LM- Chemie (Fach) / Zusammenfassung (Lektion)

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• Erläutern Sie das Prinzip einer Ionenbindung an Beispielen Bei einer Ionenbindung verbinden sich Metall mit Nichtmetall. Das Metall- Atom gibt ein Außenelektron ab, wird dadurch zum Metall- Kation. Das Nichtmetall- Atom nimmt das Elektron auf und wird dadurch zum Nichtmetall- Anion. Durch die unterschiedliche Ladung entsteht durch elektrostatische Bindung eine Ionenbindung Beispiel: Kaliumsulfid   2K+ + S2-  --> K2S Calciumsulfid   Ca+  +  O-   ---> CaO Magnesiumchlorid   Mg2+  +  2Cl-  ---> MgCl2
• Erläutern Sie das Prinzip einer Atombindung am Beispiel Wasser Bei einer Atombindung werdenElektronenpaare gebildet, die gemeinsam von zwei Atomen genutzt werden. Einfach besetzte Atomorbitale werden zu doppelt besetzten Molekülorbitalen. Atombindung zwischen zwei Nichtmetallen. Beispiel: 2H + O --> H2O
• Definieren Sie Säure nach Arrhenius Säuren sind Verbindungen, die in wässriger Lösung in positiv geladene Wasserstoffionen (Hydroniumion) H+ und negativ geladene Säurerest- Ionen dissoziieren: Säure +  H2O ---> H+ + Säurerest-
• Definieren Sie Säure nach Brönsted Säuren sind Protonenlieferanten (donatoren). D.h. sie geben in einer chemischen Reaktion Wasserstoffionen (Protonen) ab
• Wie ist Base nach Arrhenius definiert? Basen sind Verbindungen, die in wässriger Lösung in positiv geladene Metallionen und negativ geladene Hydroxid- Ionen (OH-) dissoziieren: Base + H2O ---> Metall+ + OH-
• Wie ist Base nach Brönsted definiert? Basen sind Protonenabnehmer (acceptor) d.h. sie nehmen in einer chemischen Reaktion Wasserstoffionen (Protonen) auf
• Was versteht man unter dem pH- Wert? Der pH- Wert ist der negative dekadische Logarithmus von H3O+ Ein Maß für den sauren oder basischen Charakter einer wässrigen Lösung pH <7 saure Lösung; pH =7 neutrale Lösung; pH >7 alkalische Lösung
• Nennen sie sechs Eigenschaften von Säuren und Basen. Erläutern Sie diese kurz Färbung von Stoffen: Phenolphtalein durch Säure farblos, durch Base rosa; Bromehymolblau durch Säure gelb, durch Base blau; Lackmus durch Säure rot, durch Base violett Gesundheitsrisiken für Menschen: ätzende Wirkung (zerstören lebendes Gewebe); z.T. reizend für Haut, Schleimhäute, Augen, Atmungsorgane (kann Entzündungen verursachen) Reaktionen mit anorganischen Stoffen: Säuren lösen unedle Metalle unter Entwicklung von H+; Säuren lösen Carbonate unter Bildung von CO2 Zersetzung von organischen Stoffen: Zersetzung von Fleisch, Wolle und Haaren unter der Einwirkung von konzentrierter Natronlauge (in Abflussreinigern enthalten) Reinigungs- und Desinfektionsmittel: Kali- und Natronlauge werden in 2%iger Konzentration als Reinigungs- und Desinfektionsmittel eingesetzt (z.B. in Melkanlagen und in der Lebensmittelverarbeitungstechnik) Leitung von Strom: Starke Säuren, in Wasser gelöst, leiten Strom. dies geschieht durch Elektrolyse
• Nennen Sie wichtige Säuren Salzsäure HCl Salpetersäure HNO3 Salpetrige Säure HNO2 Kohlensäure H2CO3 Schwefelsäure H2SO4 Schwefelige Säure H2SO3 Schwefelwasserstoffsäure H2S Phosphorsäure H3PO4 Phosphorige Säure H3PO3 Milchsäure C3H6O3 Äpfelsäure C4H6O5 Weinsäure C4H6O6 Zitronensäure C6H8O7
• Nennen Sie wichtige Basen Natriumhydroxid NaOH Kaliumhydroxid KOH Calciumhydroxid CaOH2 Bariumhydroxid BaOH2 Magnesiumhydroxid AlOH3 Ammoniak NH3
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• Wie werden Säuren und Basen eingeteilt? nach dem Vorhandensein von Sauerstoff nach der Stärke von Säuren und Basen nach der Wertigkeit nach der Ladung nach der Flüchtigkeit von Säuren Reine Säuren/Basen vs. konzentrierte wässrige Lösungen
• Was sind Mineralstoffe? Mineralstoffe sind chemische Elemente, die in der Trockensubstanz von Lebensmitteln als anorganische Verbindungen vorliegen
• Welche Bedeutung haben Mineralstoffe? essentielle Nährstoffe: als Bau- und Wirkstoffe Textur von Lebensmitteln: z.B. Viskosität, Wasserbindung, Eiweißstabilität Sensorik von Lebensmitteln: z.B. Farbe, Geschmack Verarbeitungs-/ Zubereitungsprozesse von Lebensmitteln: z.B. Garen von Gemüse, Säuerungsmittel, Emulsionen Haltbarkeit von Lebensmitteln: z.B. Bräunungsreaktionen, Lipidoxidationen, mikrobieller Verderb, Fruchtreifung/ -qualität
• Wie werden Mineralstoffe eingeteil? Mengenelemente: >50mg/kg Körpersubstanz z.B. Natrium, Magnesium, Phosphor, Schwefel Spurenelemente: <50mg/kg Körpersubstanz z.B. Silicium, Fluor, Kupfer, Zink
• Wie hoch sind die Mineralstoffgehalte in Lebensmitteln? Nennen Sie fünf Beispiele Der Mineralstoffgehalt der meisten Lebensmittel beträgt ≤ 1% Beispiele: Pilze 0,8% Gemüse 0,9% Fleisch 1,0% Fisch 1,0% Eier 1,0%
• Einfluss von Verarbeitungs- und Zubereitungsprozessen von Mineralstoffen? Kein Einfluss durch Hitze- oder Lichteinwirkung, Oxidation oder extreme pH- Werte Verminderung des Mineralstoffgehalts durch Auswaschung z.B. kochen von Gemüse oder physikalische Separation z.B. Getreidevermahlung
• Wie kann der Mineralstoffgehalt in Lebensmitteln bestimmt werden? Lebensmittel wird getrocknet und vermahlen definierte Probenmenge wird in Porzellantiegel eingewogen Material wird im Muffelofen bei 550°C geglüht nach Erreichen der Massenkonstanz wird das Material rückgewogen Organische Substanzen der Lebensmittel- Trockensubstanz verbrennen zu CO2, H2O, und NOx; Mineralstoffe verbrennen zu Asche
• Nennen Sie drei Analyseverfahren zur Bestimmung des Gehalts einzelner Mineralstoffe Flammenphotometrie Spektralphotometrie Atomabsorptionsspektrometrie
• Welche Bindungsformen können Mineralstoffe in Lebensmitteln vorweisen? Mineralstoffe sind in Lebensmitteln Ionen und sind in der wässrigen Phase als freie Teilchen gelöst oder als Salz ausgefällt. Metallionen können in Komplexverbindungen eingebunden sein (Chelate)
• Wie sind Salze aufgebaut? Verdeutlichen Sie an einem Beispiel Salze sind ionische Verbindungen Kation + Anion Beispiel:  Na --> Na+          Cl --> Cl-                    EN 0,9     ΔEN 2,3   EN 3,2 Aufgrund der hohen Elektronegativität nimmt Chlor ein Elektron vom Natrium auf. Beide bekommen eine stabile Edelgaskonfiguration und werden zu Kation + Anion Ionengitter wird gebildet aufgrund der Ladungsunterschiede. Durch Art der Ionen und ihrer Lage zueinander kommen verschiedene charakteristische Kristallformen zustande
• Wie werden Salze eingeteilt? nach der Anzahl verschiedener Kationen bzw. Anionen:                      einfache Salze (ein Kation und ein Anion) z.B. CaCO3, NH4NO3  Doppelsalze (zwei Kationen und zwei Anionen) z.B. CaCO3xMgCO3 nach dem Vorhandensein von H- Atomen bzw. OH- Gruppen:            ohne H- Atome bzw. OH- Gruppen z.B. CaCO3, Ca3(PO4)2                 mit H- Atomen (Hydrogensalze) z.B. CaHPO4, NaHCO3                     mit OH- Gruppen (Hydroxidsalze) z.B. Ca5(PO4)3(OH) nach dem Vorhandensein von Kristallwasser:                                        Kristallwasserfreie Salze z.B. CuSO4                                       Kristallwasserhaltige Salze z.B. CuSO4 x 5H2O
• Was sind Lösungen? homogene Mischungen von zwei oder mehr Stoffen Lösungsmittel (Komponente mit dem größten Mengenanteil) und gelöste Stoffe (übrige Komponenten) In einer Lösung sind die aufgelösten Stoffe so weitgehend verteilt, dass sie nur noch in Einzelteilchen (Ionen oder Moleküle) vorliegen und deshalb auch unter dem Mikroskop nicht mehr sichtbar sind --> feindisperses System
• Welche zwei Arten von feindispersen Systemen gibt es? Ionendisperses System: geladen Molekulardisperses System: ungeladen
• Was sind Suspensionen? Lösung mit Feststoff in Flüssigkeit z.B. Saft, Salzlösung
• Was sind Emulsionen? Lösung mit Flüssigkeit in Flüssigkeit z.B. Milch, Weinbrand
• Was sind Schäume? Lösung mit Gas in Flüssigkeit z.B. Eiscreme, Mineralwasser
• Warum ist Wasser ein besonders wichtiges Lösungsmittel? Durch sein Dipol- Molekül ist Wasser ein sehr gutes polares Lösungsmittel. Die gewinkelte Struktur verstärkt Ladungsverschiebungen
• Wie laufen Lösungsprozesse ab? Erläutern Sie am Beispiel Wasser. H2O- Dipole umlagern das Salzkristall H2O- Dipole lösen schwach gebundene Ionen vom Kristallrand Ionen werden von Wassermolekülen umhüllt (Hydrathülle) Vollständige Hydratation der Ionen
• Was ist Gitterenergie? Energieänderung beim Ionengitterabbau zum Abbau des Ionengitters müssen die Anziehungskräfte der entgegengesetzt geladenen Ionen überwunden werden Die erforderliche Energiemenge wird der Lösung als Wärme entzogen, die Temperatur sinkt: endothermer Teilprozess
• Was ist Hydratationsenergie? Energieänderung bei der Hydratation der Ionen Die aus dem Ionengitter herausgelösten Ionen reißen Dipol- Wassermoleküle an sich (Hydratation) beim Aufprall wird kinetische in thermische Energie umgewandelt, die Temperatur steigt: exothermer Teilprozess
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• Warum können sich Lösungen erwärmen oder abkühlen? ΔLösungsenergie = ΔGitterenergie + ΔHydratationsenergie WENN ΔGitterenergie größer als ΔHydratationsenergie, DANN Lösung kühlt sich ab (endotherm) WENN ΔGitterenergie kleiner als ΔHydratationsenergie, DANN Lösung erwärmt sich (exotherm)
• Definieren Sie Löslichkeit! Die Löslichkeit gibt an, wie viel Gramm eines reinen Stoffes je Liter Lösungsmittel bei einer bestimmten Temperatur maximal gelöst werden können
• Welche Faktoren beeinflussen Löslichkeit? Erläutern Sie Polarität des Lösungsmittels:                                                             Polare Stoffe (z.B. Salze, Hydroxide, Zucker) lösen sich gut in polaren Stoffen (z.B. Wasser, Alkohol)                                                  Unpolare Stoffe (z.B. Fette, Kohlenwasserstoffe) lösen sich gut in unpolaren Stoffen (z.B. Aceton, Benzin, Benzol)                                  Polare Stoffe sind schwer- und unlöslich in unpolaren Stoffen und umgekehrt Temperatur:                                                                                                  Bei Feststoffen steigt die Löslichkeit i.d.R. mit zunehmender Temperatur. Auch der Lösungsvorgang wird durch Erwärmung häufig beschleunigt (v.a. bei endotherm lösenden Salzen).                 Bei Gasen sinkt die Löslichkeit i.d.R. mit zunehmender Temperatur. Gase sind im Allgemeinen nur schwer wasserlöslich (Ausnahmen z.B. NH3, HCl aufgrund ihrer Protolyse mit H2O) Druck (Gase):                                                                                            Bei hohem Druck nimmt die Häufigkeit, mit der Gasmoleküle in die Lösung eintreten, zu. Die Konzentration der gelösten Gase steigt daher proportional zum Druck pH- Wert:                                                                                                    manche chemischen Verbindungen verändern ihre Struktur in Abhängigkeit vom pH- Wert                                                                     pH- Wert beeinflusst die Reaktionsgeschwindigkeit Komplexbildner:                                                                                       Bestehen aus Zentralion (meist Metallion z.B. Fe3+, Cu2+, Ca2+) und Liganden (Anionen oder Moleküle, die um das Zentralatom angeordnet sind und es binden) --> z.B. EDTA                                    schwer zu lösen, da stark gebunden
• Welche Konzentrationsangaben werden verwendet? Massenkonzentration= Masse einer Komponente/ Volumen der Lösung (g/l) Volumenkonzentration= Volumen einer Komponente/ Volumen der Lösung (l/l) Stoffmengenkonzentration= Stoffmenge einer Konzentration/ Volumen der Lösung (mol/l)
• Was sind Fällungsreaktionen? Fällungsreaktion ist eine chemische Reaktion, bei der in Wasser gelöste Ionen zu einem oder mehreren unlöslichen Salzen zusammentreten: A+ + B-   +    C+ + D-     --->        A+ + D-        +          CB↓                         lösliche Edukte (Ionen)      lösliches Produkt    unlösliches Produkt Das unlösliche Produkt fällt aus und setzt sich ab; die Ausfällung wird als Niederschlag bezeichnet Ausfallen eines Stoffes wird mit ↓ oder (s) für solid hinter der Summenformel des Stoffes gekennzeichnet
• Welche Bedeutung haben Fällungsreaktionen? für Analytische Methoden: Qualitative Analytik: Was ist in der Probe enthalten? Nachweis der Anwesenheit von bestimmten Stoffen in einer Probe Quantitative Analytik: Wie viel ist in der Probe enthalten? Bestimmung der Menge oder Konzentration eines Stoffes in einer Probe
• Was versteht man unter einer chemischen Reaktion? Nennen Sie die Teilprozesse Vorgang, bei dem Stoffe so aufeinander einwirken, das neue Stoffe mit anderen Eigenschaften entstehen. Teilprozesse: Stoffumwandlung: Ausgangsstoffe (Edukte) --> Reaktionsprodukte (Produkte) Bindungsänderung: Aufspalten chemischer Bindungen --> Knüpfen neuer chemischer Bindungen Energieumsatz: Atome/ Moleküle entstehen
• Welche Typen chemischer Reaktionen gibt es? Erläutern Sie kurz Protolysen: Übertragung von Protonen (Säure- Base- Reaktion) Redoxreaktionen: Übertragung von Elektronen Komplexreaktionen: Übertragung von Atomen oder Molekülen Fällungsreaktionen: Ionen bilden in Lösungen unlösliche Stoffe
• Welchem Energieumsatz unterliegen chemische Reaktionen? Spaltung einer chemischen Bindung: erfordert Energieaufnahme Anziehungskräfte werden überwunden Stoffsystem wird energiereicher endothermer Vorganh Aufbau einer chemischen Bindung: führt zu Energiefreisetzung tritt als Folge des Zusammenstoßes der Teilchen auf Stoffsystem wird energieärmer exothermer Vorgang
• Was sind die Triebkräfte einer chemischen Reaktion? Gibbs- Energie ΔG Reaktionsenthalpie ΔHR = Energieumsatz einer Reaktion bei konstantem Druck Reaktionsentropie ΔSR = Maß für die Unordnung in einem System ΔG = ΔHR - (T x ΔSR)            T= Temperatur ΔG < O --> freiwillig ablaufende Reaktion = exergone Reaktion ΔG > 0 --> nicht freiwillig ablaufende Reaktion = endergone Reaktion
• Wozu dienen Aktivierungsenergie? viele chemische Reaktionen laufen nicht von selbst ab, auch wenn sie ein großes Potential an Reaktionswärme freigeben können. Erst durch Zugabe von Energie werden die Reaktionen gestartet Aktivierungsenergie ist also die Energie, die benötigt wird, um eine chemische Reaktion einzuleiten
• Wozu dienen Katalysatoren? setzen die für eine Reaktion benötigte Aktivierungsenergie herab, beschleunigen somit die Reaktion. Sie sind bereits in sehr geringen Konzentrationen wirksam und können eine Reaktion in eine gewünschte Richtung lenken. Aus der Reaktion gehen sie unverändert hervor.
• Welche Faktoren beeinflussen die Reaktionsgeschwindigkeit? Kurze Erklärung Konzentration der Edukte: Je mehr Teilchen ein Volumen enthält, desto mehr Kollisionen wird es in einer Zeitspanne geben. Die Reaktionsgeschwindigkeit steigt mit der Konzentration der Edukte Reaktionsdauer: mit zunehmender Reaktionsdauer sinkt die Konzentration der Edukte und damit auch die Reaktionsgeschwindigkeit Temperatur: Damit Teilchen miteinander reagieren, müssen sie in einer gewissen Intensität aufeinanderstoßen. Bei höheren Temperaturen bewegen sich die Teilchen schneller und stoßen daher häufiger und heftiger aufeinander. Zerteilungsgrad der Edukte: Bei Reaktionen, an denen Feststoffe als Edukte beteiligt sind, steigt die Reaktionsgeschwindigkeit mit deren Zerteilungsgrad. Je feiner ein Stoff ist, desto größer ist für die chemische Reaktion die wirksame Oberfläche Katalysatoren: Sie setzen die benötigte Aktivierungsenergie herab und beschleunigen somit die Reaktion
• Was sind Gleichgewichtsreaktionen? zahlreiche chemische Reaktionen sind prinzipiell umkehrbar in welche Richtung die Reaktion vorwiegend verläuft, ist von den jeweiligen Reaktionsbedingungen abhängig Umkehrbarkeit wird durch entgegengesetzt gerichtete Pfeile mit jeweils halber Spitze gekennzeichnet Beide Reaktionen laufen gleichzeitig ab nach einer bestimmten Zeit kommt es zu der Einstellung einer konstant bleibenden Konzentration der an der Reaktion beteiligten Stoffe (chemisches Gleichgewicht) überwiegt die Hinreaktion im Gleichgewichtszustand, liegen vorwiegend Produkte vor (längerer Pfeil nach rechts) Überwiegt die Rückreaktion im Gleichgewichtszustand, liegen vorwiegend Edukte vor (längerer Pfeil nach links)
• Durch welche Faktoren werden Gleichgewichtsreaktionen beeinflusst? Mit Erklärung Konzentration der Reaktionsteilnehmer:                                            Zugabe begünstigt den Verbrauch dieser Teilchen                             Entfernung begünstigt Bildung dieses Teilchens Temperatur:                                                                                               Anstieg begünstigt endotherme Vorgänge                                             Abfall begünstigt exotherme Vorgänge Druck (bei Gasen):                                                                                     höherer Druck begünstigt die Verminderung der Teilchenzahl (=größere Dichte, geringeres Volumen)                                                 niedrigerer Druck begünstigt die Erhöhung der Teilchenzahl (=geringere Dichte, größeres Volumen)
• Weshalb wird in Autobatterien keine konzentrierte, sondern verdünnte Schwefelsäure (ca-38 Gew.-%) als Elektrolytlösung eingesetzt? Bei einer Konzentration von 38% besitzt Schwefelsäure die beste Leitfähigkeit
• Welche Bindungen entstehen bei Mineralstoffen und wie? Ionische Verbindung tritt auf. Bei dieser verbindet sich Metall mit Nichtmetall. Das Metall- Atom gibt ein Außenelektron ab und wird somit zum Metall- Kation. Das Nichtmetall- Anion nimmt dieses Elektronauf und wird somit zum Nichtmetall- Anion. Durch die unterschiedliche Ladung der Ionen entsteht elektrostatische Anziehung --> Ionenbindung
• Weshalb wird Wasser sehr häufig als Lösungsmittel verwendet? Für welche Stoffe ist es ungeeignet? Durch sein Dipol- Molekül ist Wasser ein sehr gutes polares Lösungsmittel Die gewinkelte Struktur verstärkt Ladungsverschiebungen. Zum lösen ungeegnet ist Wasser z.B. bei Fetten und Kohlenwasserstoffen (unpolare Stoffen). Diese lassen sich nur schwer oder gar nicht in Wasser lösen Merksatz: Ähnliches löst sich in Ähnlichem
• Welche Löslichkeiten werden unterschieden? Lösen durch Umgeben mit Wasser: ohne dabei die molekulare Struktur oder Ladung zu verändern (Bsp. Alkohol, Glucose) kolloidale Lösungen: Lösen hochmolekularer Stoffe (Proteine) durch Einlagerung von Wasser in die Molekülstruktur Lösen in Wasser durch elektrolytisch Dissoziation: und Bildung positiv und negativ geladener Ionen (Salze)
• Was ist Diffusion? Diffusion ist die selbsttätige Verteilung eines Stoffes in einem anderen bis zum Konzentrationsausgleich. Diffusion tritt auf bei Flüssigkeiten und Gasen durch die Wärmebewegung der Moleküle. Bsp. Gase in der Luft

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