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LM- Chemie (Fach) / H- Wasserchemie (Lektion)
Teil H
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- Warum sind Wassermoleküle permanente Dipolmoleküle? dies beruht auf einer unsymmetrischen Ladungsverteilung: durch hohe ΔEN zwischen den einzelnen Atomen des Moleküls aufgrund der räumlichen Struktur des Moleküls zwischen einzelnen Wasser- Molekülen entstehen H- Brücken! dies ist keine echte chemische Bindung sonder nur eine starke Anziehungskraft
- Welche Löslichkeiten werden unterschieden? Lösen durch Umgeben mit Wasser, ohne dabei die molekulare Struktur oder Ladung zu verändern (z.B. Alkohl, Glucose) Lösen hochmolekularer Stoffe (Proteine) durch Einlagerung von Wasser in die Molekülstruktur = kolloidale Lösungen Lösen in Wasser durch elektrolytische Dissoziation und Bildung positiv und negativ geladener Ionen (Salze) Die Suspension ist keine Lösung sondern ein Gemenge
- Was ist eine Diffusion? selbsttätige Verteilung (Vermischung) eines Stoffes in einem anderen bis zum Konzentrationsausgleich tritt bei Flüssigkeiten und Gasen auf Ursache ist die Wärmebewegung der Moleküle Beispiel: Gase in der Luft
- Was ist Osmose? Diffusion durch eine semipermeable Membran Der dabei entstehende Druck heißt osmotischer Druck Die Größe des osmotischen Druckes hängt ab von der Konzentration der Lösung Osmose ist ein wichtiger biochemischer Vorgang Beispiele: Aufnahme von Nährstoffen, Kirsche im Regen
- Was ist eine Säure- Basen- Reaktion? Bei einer Säure- Base- Reaktion handelt es sich um Protonenübergänge (Protolysen) Der Begriff Säure bzw. Base charakterisiert die Funktion dieser Moleküle Die den Säuren und Basen gemeinsame Funktion besteht in der Wanderung eines Protons
- Säure- Base- Reaktion: Was passiert bei einer Neutralisation? die saure Wirkung (H+- Ionen) und die alkalische Wirkung (OH-- Ionen) heben sich gegenseitig auf Neutralisation: H+ + OH- = H2O Entscheidend ist das Verhältnis der Konzentrationen von H+ - und OH- - Ionen: Konz. H+ > Konz. OH- = saure Lösung Konz. H+ = Konz. OH- = neutrale Lösung Konz. H+ < Konz. OH- = alkalische Lösung
- Nennen Sie drei Beispiele für eine Neutralisations- Reaktion Neutralisation von Salpetersäure mit Natronlauge: HNO3 + NaOH ---> H2O + NaNO3 Säure + Base ---> Wasser + Salz Neutralisation von Phosphorsäure mit Ca- Hydroxid: 2H3PO4 + 3Ca(OH)2 ---> 6H2O + Ca3(PO4)2 Neutralisation von Schwefelsäure mit Ammoniak: H2SO4 + 2NH3 ---> (NH4)2SO4
- Was ist der pH- Wert? Der pH- Wert ist definiert als der negative dekadische Logarithmus, also der mit (-1) multiplizierte Exponent der Wasserstoffionen- Konzentration pH= -log Konz. H+ pOH = -log Konz. OH-
- Wie wird der pH- Wert gemessen? pH- Elektrode : pH- abhängige Spannungsmessung. Sehr genau, auch in Suspensionen möglich Indikatoren: Farbstoffe, die in einem bestimmtem pH- Bereich ihre Farbe ändern; oft schwache Säuren, deren undissoziierte Moleküle eine andere Farbe aufweisen als deren dissoziierte Säurereste. Beispiel: Lackmus H - IND (rot) ---> H+ + IND- (blau)
- Was beschreibt die Säurestärke? Das Verhältnis der Konzentrationen der dissoziierten Anteile der Säure zu den undissoziierten Anteilen der Säure
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- Über welche Größen wird die Säurestärke beschrieben? Säure- Konstante = Ks- Wert Ks = c (H+) x c (A-) : c (HA) pKs- Wert = -log Ks Eine starke Säure hat einen großen Ks- Wert und einen kleinen pKs- Wert zu einer starken Säure gehört eine schwache korrespondierende Base
- Nennen Sie vier Beispiele für korrespondierende Säure- Base- Paare Säure: HCl Base: Cl- Säure: NH4+ Base: NH3 Säure: H3O+ Base: H2O Säure: H2O Base: OH-
- Wie reagieren Carbonate mit Säuren? Nennen Sie zwei Beispiele Reaktion von Natriumcarbonat mit Schwefelsäure: Na2CO3 + H2SO4 ---> H2CO3 + Na2SO4 Entfernen von Kalkstein mit Salzsäure: CaCO3 + 2HCl ---> H2CO3 + CaCl2 H2CO3 ---> H2O + CO2
- Wie reagieren Ammoniumsalze mit Basen? Nennen Sie zwei Beispiele. Reaktion von Ammoniumsulfat mit Natronlauge: (NH4)2SO4 + 2NaOH ---> 2NH3 + 2H2O + Na2SO4 Reaktion von Ammoniumchlorid mit Calciumhydroxid 2NH4Cl + Ca(OH)2 ---> 2NH3 + 2H2O + CaCl2
- Was sind Puffer? Puffer halten den pH- Wert einer Lösung trotz Zusatz von H+ - oder OH-- Ionen weitgehend konstant Sie bestehen aus einem Säure- Basen- Paar: H+- Ionenfänger (Base) und OH-- Ionenfänger (Säure) Die Herstellung erfolgt praktisch aus einer schwachen Säure und dem Salz dieser Säure und einer schwachen Base und dem Salz dieser Base
- Nennen Sie vier Beispiele für Pufferlösungen. Wie werden diese bezeichnet, wie sind sie zusammengesetzt und welchen pH- Pufferbereich haben sie? Acetatpuffer. Zusammensetzung: Säure HAc + konjugierte Base Ac- pH-Pufferbereich: 3,7- 5,7 Phosphatpuffer. Zusammensetzung: Säure H2PO4- + konjugierte Base HPO 42- pH- Pufferbereich: 6,2- 8,2 Carbonatpuffer. Zusammensetzung: Säure: H2CO3 + konjugierte Base HCO3- pH- Pufferbereich: 6,8- 8,0 Ammoniakpuffer. Zusammensetzung: Säure NH4+ + konjugierte Base NH3 pH- Pufferbereich: 8,2- 10,2
- 1. Wovon ist der pH- Pufferbereich abhängig? 2. Was bestimmt den pH- Wert innerhalb des Pufferbereichs? 3. Wann ist die Pufferwirkung besonders gut? Der pH- Pufferbereich ist abhängig von der Stärke der Säure bzw. der Base Innerhalb des Pufferbereichs bestimmt das Verhältnis von Säure (Base) und deren Salz den pH- Wert Die Pufferwirkung ist besonders gut bei einem Verhältnis von 1:1 der Säure (Base) zu deren Salz
- Nennen Sie ein Beispiel zur Pufferwirkung am Beispiel des Essigsäure / Acetat- Puffers: nach Zugabe von HCl: HAc + H+Cl- ---> keine Reaktion NaAc + H+Cl- ---> HAc + NaCl nach Zugabe von NaOH: HAc + Na+OH- ---> NaAc + H2O NaAC + Na+OH- ---> keine Reaktion
- Wie kann man die Wasserhärte einteilen? Gesamthärte (GH) Carbonathärte (CH) Nichtcarbonathärte (NCH)
- Was ist die Gesamthärte? Härtebildner des Wassers sind die darin gelösten Calcium- und Magnesium- Ionen (prinzipiell auch die Strontium- und Barium- Ionen, die jedoch sehr selten vorkommen)
- Was ist die Carbonathärte? Wasserhärte Carbonate und Hydrogencarbonate Da die Carbonathärte bei kochen ausfällt (vorübergeht), wurde sie früher vorübergehende oder temporäre Härte genannt
- Carbonathärte- Was geschieht beim erhitzen von Wasser? Durch Erhitzen (kochen) von Wasser entstehen aus Hydrogencarbonaten Kohlendioxid und unlösliche Carbonate: Ca(HCO3)2 ---> CaCO3 + CO2 + H2O Mg(HCO3)2 ---> Mg(OH)2 + 2CO2 + 2H2O
- Was ist Nichtcarbonathärte? Wasserhärte Chloride, Sulfate, Nitrate, Phosphate, Silikate etc. der Erdalkalimetalle früher auch bleibende oder permanente Härte des Wassers genannt
- Wie wird die Wasserhärte angegeben? in Graden: 1°dH = 1 deutscher Härtegrad = 10mg CaO/ l = 0,178 mmol/ l = 7,14 mg MgO/ l = 0,178 mmol/ l GH = °CH + °NCH
- Welche Härtebereiche kann man dem Wasser zuordnen? 1-7 °dH = weiches Wasser 7-14 °dH = mittelhartes Wasser 14-20 °dH = hartes Wasser >21°dH = sehr hartes Wasser