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Grundlagen der Chemie (Fach) / SI-Einheiten, Materie, Gemische - Reine Stoffe, Trennmethoden (Lektion)

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• Kennzeichen von Materie Besitzt Masse Beansprucht Raum (Volumen ⇒ gemessen Länge3) Größensymbol: m Einheitensymbol: kg (= Masse des Internationalen Kilogrammprototyps) Nicht mit Gewicht verwechseln! Gewicht = Masse x Gravitationsbeschleunigung (Kraft, die auf einen Körper wirkt) Gewicht Einheit: N (Newton)
• Beschreibung SI-Einheiten Internationales Einheitssystem Für physikalische Größen 7 Basisgrößen 
• Tripelpunkt des Wassers Punkt, an dem sich Wasser als Festkörper, Flüssigkeit und Wasserdampf im Gleichgewicht befindet Entsprechender Druck und Temperatur führen dazu, dass die drei Phasen gleichzeitig vorkommen Liegt bei 273,16 K = 0°C
• Größensymbol und Einheitenzeichen für Temperatur Größensymbol: T Einheitenzeichen: K (Kelvin)
• Größensymbol und Einheitenzeichen für Stoffmenge Größensymbol: n Einheitenzeichen: mol 1 Mol enthält genau so viele Atome, wie Atome in 0,012 Kilogramm des Kohlenstoff-Isotops 12C in ungebundenem Zustand enthalten sind Teilchenanzahl in 1 Mol = 6,022 x 1023 = Avogadrozahl [NA]
• Formel für den Mittelwert Summe aller Einzelwerte / Anzahl der Messwerte Mittelwert darf maximal mit einer Kommastelle mehr angegeben werden
• Formel für Standardabweichung Maß für Streuung der Einzelwerte um Mittelwert (Messwert 1 - Mittelwert)2 + (Messwert 2 - Mittelwert)2 + ... / Anzahl Messwerte - 1Aus dem Ergebnis die Wurzel ziehen Ergebnis bekommt so viele Dezimale, bis mindestens eine Ziffer ≠ Null erscheint
• Formel für Präzision V Standardabweichung in % Durchschnittliche Abweichung der Messwerte vom Mittelwert in %
• Formel für Richtigkeit R Maß für Abweichung des Mittelwerts vom Sollwert/wahren Wert/µ0 Mittelwert abzüglich Sollwert x 100 / Sollwert
• Formel Energie Steht in Beziehung zur Masse über Gleichung von Einstein E = mc2
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• Aggregatzustände von Materie Fest (mittlere Energiedichte, erstarrte kondensierte Raumgitter) Flüssig (maximale Energiedichte, Raumgitter zusammengebrochen) Gasförmig (minimale Energiedichte, maximale Ausdehnung)
• Bezeichnung Übergänge in einzelne Aggregatzustände Sublimieren ⇒ fest wird gasförmig Resublimieren ⇒ gasförmig wird fest Schmelzen ⇒ fest wird flüssig Erstarren/gefrieren ⇒ flüssig wird fest Verdampfen/Sieden ⇒ flüssig wird gasförmig Kondensieren ⇒ gasförmig wird flüssig
• Bestandteile von Materie Unterteilbar in heterogenen Gemischen und homogenen Stoffen Homogene Stoffe unterteilbar in homogenen Gemischen und reinen Stoffen Reine Stoffe unterteilbar in Verbindungen und Elementen
• Heterogene Gemische Wenn zwei oder mehrere Stoffe miteinander vermengt, Grenzen aber klar erkennbar sind Physikalisch trennbar Sind quasi nicht vermischt, liegen aneinander Salatdressing (Essig und Öl), Sand und Wasser
• Homogene Gemische Bilden äußerlich eine Einheit, da einzelne Phasen/Bestandteile nicht erkennbar sind Luft Physikalisch trennbar
• Reinstoffe Stoff der einheitlich zusammengesetzt ist Bestehen nur aus einer Teilchensorte Verbindungen oder Elemente Chemisch trennbar Physikalisch nicht trennbar (Dekantieren, Filtrieren, ...) Haben klar definierte Eigenschaften:- Schmelzpunkt- Siedepunkt- Dichte = Masse/Volumen- Brechzahl/Brechungsindex
• Element Atome mit gleicher Protonenzahl (Kernladungszahl = Ordnungszahl des Elements) im Kern (Kästchen im PSE) Immer einatomig Reinstoff Gekennzeichnet mit Symbol aus einem oder zwei lateinischen Buchstaben, erster groß-, zweiter kleingeschrieben Element = Mg Elemente = Mg2
• Verbindung Substanz aus zwei oder mehreren chemischen Elementen Dargestellt als chemische Formel Reinstoffe
• Phasen Abgegrenzte Menge eines einheitlichen/homogenen Stoffes Jede Phase hat Phasengrenze Heterogene Gemische bestehen aus mindestens zwei Phasen Dichte/Brechungsindex innerhalb der Phase sind homogen
• Klassifizierung heterogener Gemische Gemenge (fest / fest) ⇒ Erde, SandTrennbar durch Sortieren, Sieben, etc. Suspension (fest / flüssig) ⇒ Schlamm, eingelegte GurkenTrennbar durch Sedimentieren, Dekantieren, Filtrieren Emulsion (flüssig / flüssig) ⇒ Essig und Öl, MilchGemisch aus zwei nicht miteinander mischbaren FlüssigkeitenTrennbar durch Zentrifugieren, Scheidetrichter Aerosol (fest / gasförmig) ⇒ RauchTrennbar durch Sedimentieren, Filtrieren Aerosol (flüssig / gasförmig) ⇒ Nebel, SchaumTrennbar durch Sedimentieren
• Trennmethoden heterogener Gemische Sortieren ⇒ Stoffe auslesen/ordnen (groß/klein, rot/schwarz) Sedimentieren (durch Einsatz von Schwerkraft/Zentrifugalkraft), Zentrifugieren, Dekantieren ⇒ Feststoff setzt sich von Flüssigkeit ab Filtrieren ⇒ Feststoff von Flüssigkeit abtrennen mit Hilfe eines Filters (das, was im Filter zurückbleibt = Rückstand / das, was durchläuft = Filtrat) Extrahieren ⇒ Lösen eines Stoffes in Flüssigkeit Abdampfen, Trocknen ⇒ Leichter verdampfbare Phase wird durch Erhitzen als Dampf entfernt
• Trennverfahren homogener Gemische Kristallisation Aktivkohle Ionenaustauscher Chromatographie Destillation
• Aktivkohle Trennt homogene Gemische durch Adsorption (physikalischer Prozess, bei dem Stoffe auf der Oberfläche eines anderen Stoffes haften bleiben und sich auf dessen Oberfläche anreichern) Große Oberfläche durch winzige Poren, die Gase oder Flüssigkeiten festhalten
• Ionenaustauscher Materialien, mit denen im Wasser gelöste Ionen gegen andere Ionen der gleichen Art ersetzt werden können Prinzip: Je höher Ladung der Ionen ist, um so stärkere Bindung an Ionenaustauscher Lösung fließt durch Ionenaustauscher ⇒ auszutauschende Ionen werden an Ionenaustauschmaterial gebunden ⇒ Ionenaustauscher gibt gleiche Menge vorher gebundener Ionen an Flüssigkeit ab Geschirrspüler (zur Wasserenthärtung)
• Destillation Trennverfahren um verdampfbare Flüssigkeiten zu gewinnen oder Lösungsmittel von schwer verdampfbaren Stoffen abzutrennen Gemisch wird zum Sieden gebracht Entstehender Dampf wird anschließend kondensiert und durch Abkühlen verflüssigt
• Unterschied zwischen physikalischer und chemischer Trennung Physikalisch: Man erhält genau die Reinstoffe (Elemente oder Verbindungen), die im Gemisch enthalten waren   Chemisch: Es entstehen neue Verbindungen bei chemischen Prozessen
• Aufbau des Periodensystems Darstellung aller chemischen Elemente mit ihrem Symbol Geordnet nach steigender Kernladung/Ordnungszahl Entsprechend ihrer chemischen Eigenschaften eingeteilt in Perioden (waagerechte Zeilen), Haupt- und Nebengruppen (senkrechte Spalten) Gelber Block = Nebengruppen Nummer Hauptgruppe = Anzahl Außenelektronen Nummer Periode = Anzahl Schalen Ordnungszahl = Anzahl Protonen und Anzahl Elektronen
• Ordnungszahl =Kernladungszahl Anzahl Protonen in Atomkern Bei ungeladenen Atomen ist Anzahl Protonen = Anzahl Elektronen Atome mit gleicher Ordnungszahl gehören zum selben chemischen Element und verhalten sich ähnlich bei chemischen Reaktionen Bestimmt Einordnung in PSE Nimmt zu von oben nach unten und von links nach rechts
• Periode Zeilen im PSE Nummer = Anzahl Schalen Kernladungszahl steigt innerhalb einer Periode und Elektronenschalen werden aufgefüllt Atomradius nimmt ab, Elektronegativität nimmt zu
• Hauptgruppe im PSE Insgesamt 8 Stück Gruppen 1, 2 und 13 - 18 Elemente mit ähnlichen Eigenschaften stehen in der Gruppe untereinander Elemente dieser Gruppen versuchen durch Reaktion mit anderen Stoffen eine Edelgaskonfiguration der Elektronenhülle zu erreichen Müssen dafür gleich viele Elektronen abgeben/aufnehmen ⇒ daher gleiche Eigenschaften Gruppe 1: Alkalimetalle Gruppe 2: Erdalkalimetalle Gruppe 13: Erdmetalle Gruppe 14: Kohlenstoff-Silicium-Gruppe Gruppe 15: Stickstoff-Phosphor-Gruppe Gruppe 16: Chalkogene Gruppe 17: Halogene Gruppe 18: Edelgase
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• Nebengruppen des PSE Insgesamt 10 Stück Alle Elemente sind Metalle Gruppen 3 - 12
• Atommasse Summe aus Protonen und Neutronen Nimmt zu von links nach rechts und von oben nach unten Atommasse (auf-/abgerundet) - Anzahl der Protonen = Anzahl Neutronen
• Elektronegativität Maß für Fähigkeit eines Atoms in chemischer Bindung die Bindungselektronen an sich zu ziehen Um so mehr Außenelektronen (Hauptgruppe) vorhanden um so stärker zieht es Außenelektronen von anderen Atomen an Nimmt von oben nach unten ab und von links nach rechts zu Nichtmetalle haben hohe Elektronegativitätswerte Metalle geben gerne Elektronen ab Ausnahme: Edelgase (reaktionsträge) Bei Atomen aus 4. HG ist Aufnahme/Abgabe der Elektronen von "Partner" abhängig (der mit der höheren Elektronegativität nimmt Elektronen auf) Fluor am elektronegativsten, da geringster Atomradius und 7 Außenelektronen
• Metalle Geben ihre Elektronen sehr gerne ab Leiten sehr gut Strom Haben glänzende Oberfläche und sind undurchsichtig Sind gute Wärmeleiter Metalleigenschaft im PSE von links nach rechts abnehmend und von oben nach unten zunehmend
• Nichtmetalle Nehmen sehr gerne Elektronen auf Haben relativ hohe Elektronegativitätswerte Leiten meistens keinen Strom (außer Kohlenstoff) Nichtmetalleigenschaft im PSE nimmt von links nach rechts und von oben nach unten zu
• Atomtheorie von Dalton Elemente bestehen aus extrem kleinen Teilchen = Atome In gleichen Elementen sind Atome gleich und unterscheiden sich von anderen Elementen in ihrer Masse Atome werden bei chemischer Reaktion nie zerstört = Gesetz von der Erhaltung der Masse
• Rutherford'sches Atommodell Kern-Hülle-Modell nach Rutherford Positive Ladung ist in der Mitte konzentriert Elektronen kreisen darum Durchmesser Atomkern: 10-14 m Durchmesser gesamtes Atom: 10-10 m  Kern ist 10.000 x kleiner als gesamtes Atom
• Bohr'sches Atommodell Elektronen bewegen sich auf festgelegten Bahnen um Kern herum Jede Bahn entspricht einem bestimmten Energieniveau Elektronen können nur bestimmte Mengen Energie aufnehmen/abgeben Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen
• Absorptionsspektrum Bildet sich, wenn Gase durch Energie angeregt werden Entsteht wenn breitbandiges weißes Licht Materie durchstrahlt und dabei Photonen absorbiert werden Absorbierte Photonen fehlen im durchtretenden Licht Spektrum deshalb bei betreffenden Wellenlängen dunkel oder schwarz Entstandene Absorptionsspektrum charakteristisch für Art der Materie Dient der Analyse von Stoffen
• Emissionsspektrum Wird ausgestrahlt, ohne dass elektromagnetische Strahlung gleicher Frequenz eingestrahlt wird Durch Gase bei niedrigem Druck ausgestrahlt Spektrallinien entstehen (abgegebene/absorbierte Licht einer genau definierten Frequenz)
• Ionisierungsenergie Wenn so viel Energie zugeführt wird, dass Elektron Atomverband verlässt Atom wird "ionisiert" = Energieübergang
• Quantenzahlen Elektronen verteilen sich auf verschiedene Energieniveaus Niveau = Schalen Hauptniveaus werden mit K, L, M, N bezeichnet, bzw. mit n = 1, 2, 3, 4 (Hauptquantenzahlen) Verschiedene Unterniveaus innerhalb eines Hauptniveaus Durch Nebenquantenzahl charakterisiert Muss immer kleiner als n sein
• Orbital(modell) Orbital = Schale Dient der Interpretation der Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons Durch Heiseberg'sche Unschärferelation wurde deutlich, dass Orbitalmodell keine Bahnen wie im Atommodell aufweist In erstes Orbital passen max. 2 Elektronen Weitere Schalen können 8 Elektronen aufnehmen Elektronenkonfiguration 1s2 = 2 Elektronen in 1. Kammer einsetzen Elektronen zählen um Element herauszufinden = Ordnungszahl ⇒ Für Reihenfolge der Besetzung Skizze Chemietutorium!
• Hund-Regel Macht eine Aussage darüber, in welcher Drehimpulskonfiguration die Elektronen in den Orbitalen eines Atoms im Grundzustand vorliegen Jedes Orbital wird erst einfach besetzen, dann erfolgt Doppelbesetzung im entgegen gesetzten Spin Bei Besetzung immer "nach oben" beginnen Spin = Elektron
• Oktettregel Atome sind bestrebt, 8 Elektronen in der Außenschale zu haben (außer Wasserstoff) Wollen Edelgaskonfiguration erreichen Wird durch Aufnahme/Abgabe von Elektronen erreicht
• Valenzelektronen Außenelektronen Elektronen, die auf äußerster Schale zur Reaktion mit anderen Elementen zur Verfügung stehen
• Kationen Positiv geladenes Ion (elektrisch geladenes Atom) Entstehen aus Atomen, durch Abgabe von Elektronen oder Aufnahme von Wasserstoff-Ionen
• Anion Negativ geladenes Ion
• Zwitterion Molekül (Verbindung aus zwei oder mehreren zusammenhängenden Atomen) mit zwei oder mehreren funktionellen Gruppen (Verbindung aus Atomen mit gleichen Stoffeigenschaften und Reaktionsverhalten), von denen eine positiv und eine andere negativ geladen ist. Molekül ist insgesamt elektrisch neutral.
• Gesättigte Lösung Menge eines Stoffes, die sich in bestimmter Menge eines Lösungsmittels löst Zuführen eines Stoffes zu einer Lösung, bis Konzentration erreicht ist, bei der der Stoff nicht weiter aufgenommen werden kann.

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