Chemie (UBRM) (Fach) / Lithosphäre /Pedosphäre (Lektion)

Boden

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• Was ist die Bodenchemie und was beinhaltet sie? Bodenchemie ist ein Grenzgebiet der Chemie mit Überschneidungen zur Geochemie, Geologie, Bodenkunde, Ökologie und betrifft den Bodenschutz. chemische Prozesse, die zur Bodenbildung führen chemische Prozesse, die sich danach im Boden ereigenen.
• Woraus sind Kristalle aufgebaut? aus Atomen, Ionen oder Molekülen
• Was sind Minerale? Wie sind sie aufgebaut? Wie werden sie klassifiziert? = homogene Bausteine; "Körner", die chemisch und physikalisch gleich aufgebaut sind sind mit wenigen Ausnahmen kristallin aufgebaut Klassifizierung erfolgt nach physikalischen Eigenschaften: kristalline Form, Farbe, Glanz, Strich, Härte, Bruchfläche, spezifisches Gewicht heute sind mehr als 3000 Mineralien bekannt, nur 25 sind gesteinsbildend.
• In welche Verbindungen werden Mineralien chemisch eingeteilt? Flussspat (Calciumfluorid - CaF2) Pyrit (Eisensulfid - FeS2) Salz (Natriumchlorid - NaCl) Bleiglanz (Bleislfid - PbS)
• In welche Elemente werden Mineralien chemisch eingeteilt? - metalle: Gold (Au) Platin (Pt) Quecksilber (Hg) - Nichtmetalle: Schwefel (S)
• Was sind die häufigsten Mineralgruppen in der Erdkruste? Nennen sie auch Beispiele (mit Formel). Silikate und Quarz: Quarz (SiO2), Olivin ((Mg,Fe)2SiO4), Kalifeldspat (K[AlSi3O8]) Oxide: Korund (Al2O3), Magnetit (Fe3O4) Carbonate: Calcit (CaCO3), Dolomit (MgCO3, CaCO3) Sulfide: Pyrit (FeS2), Galenit (PbS) Sulfate: Gips (CaSO2*2H2O) Halogenide: Halit (NaCl), Fluorit (CaF2) Elemente: Kupfer (Cu), Schwefel (S)
• Was wissen Sie über Silizium (Si)? Sand und Quarz vorwiegend aus Siliziumdioxid Halbedelsteine aus Siliziumdioxid (Bergkristall, Amethyst, Rosen- und Rauchquarz, Achat, Jaspis und Opal) Silikathaltig: Ton, Schiefer, Feldspat und Sandstein Elementares Si in unterschiedlichen Reinheitsgraden in der Metallurgie, Photovoltaik, Mikroelektronik: Simg (metallurgical grade) Sisg (solar grade) Sieg (electronic grade) - Essentiell für Lebewesen, die siliziumdiocidhaltige Strukturen erzeugen; z.B. Kieselalgen, die durch Kondensation von Monokeselsäure Si(OH)4 ein Exoskelett aus Siliziumdioxid aufbauen. - Schachtelhalm: Stabilität durch ein Siliziumdioxidgerüst. - Spurenelement des menschlichen Körpers - Silizium muss in einer gut aufnehmbaren Form vorliegen - etwa in kolloidaler Lösung.
• Was sind Silikate? Salze der Kieselsäure. 
• Wie sind die Silikate angeordnet`? tetraedisch Si von 4 Sauerstoffatomen umgeben. 
• Wie wird Si frei, wofür wird es verwendet und wie enstehen Silikate? Durch Verwitterung primärer Silikate wird Si frei. Der größte Teil wird zur Bildung sekundärer Silikate verwendet. ein geringer Teil fällt als freies Siliziumoxid aus.  Silikate enstehen aus dem gelösten Si, das als Orthokieselsäure H4SiO4 = Si(OH)4 in der Lösung vorliegt.  Die Orthokieselsäure ist eine sehr schwache Säure. 
• Was gibt es zur Polymerisation und Löslichkeit der Kieselsäuren (Silikate) zu sagen? Mit steigender Konzentration steigt auch die Neigung zur Polymerisation. Monomere verbinden sich über Sauerstoffbrücken miteinander (bei pH 5-7) Die Löslichkeit der Polykieselsäuren nimmt gleichzeitig ab, sodass sich ein wasserreiches amorphes Siliziumoxid bildet. Dieses wird sehr langsam zu mehr oder weniger geordnetem Cristobalit, Tridymit oder Quarz umgewandelt. 
• Wie kann die Polymerisation verhindert werden (Silikate)? duch Adsorption des Si an andere Minerale. (z.B. Fe- oder Al-Oxide)
• Was wissen sie über Quarz (Silikate)? SiO2 mit 12% am Aufbau der Erdkruste beteiligt wichtiger Bestandteil von Graniten, Gneisen und Schiefern Hauptgemengeteil von Sand und Sandstein häufigste kristallisierte Form des SiO2 Enstehungaus Magmatiten und Metamorphiten (primärer Quarz) oder durch Verwitterung von Silikaten (sekundärer Quarz) 
• Was wissen Sie über die Löslichkeit freier Si-Oxide? Löslichkeit sehr gering steigt mit zunehmender Temperatur unabhängig vom pH (Bereich pH-Wert 2-8) ab pH 8-9 bilden sich Si-Anionen und die Löslichkeit steigt stark an Löslichkeit von Quarz: 1,4 - 3,3 mg Si/L (25°C) Löslichkeit: amorphes Si-Oxid > Opal > Quarz
• Was wissen Sie über Feldspäte? sind Alumosilikate meist ähnlicher Kristallbau wichtigste Mineralgruppe: bauen 60% der Erdkruste auf Ausgangsprodukt für die Bildung von Tonmineralen in Böden, Gewässern: Natronfeldspat, Kalkfeldspat, Plagioklas trikline Mischkristalle 
• Wie werden Gesteine definiert? Masse von reinem Mineral oder Aggregate von zwei oder mehreren Mineralien. 
• Welche Gesteinsarten gibt es? Sedimente Magmatische Gesteine Metamorphite kristalline Gesteine Magma
• Wie entstehen Sedimente? durch chemisch-physikalische Verwitterung Transport durch Wasser, Eis, Wind (fest oder gelöst) Absetzung oder Ausfällung
• Welche allgemeinen Einflussfaktoren bei der Verwitterung gibt es? - physikalische Bedingungen:  Frost, Hitze, Feuchte Ausdehung und Zusammenziehen von Mineralien durch Hydrierung oder Dehydrierung Wurzelwachstum Temperatureinfluss - chemische Bedingungen:  Lösung/Fällung Säure/Base Reaktion Redoxreaktionen Hydrolyse Komplexierung
• Welchen Einfluss hat Wasser auf die Verwitterung? trockene Luft > Verwitterung extrem langsam Wasser beschleunigt den Vorgang der Verwitterung, weil:  Wasser selbst eine chemisch aktive Substanz ist Wasser verschiedene Stoffe in Lösung hält und an relevante Stellen befördert: CO2, O2, org. Säuren, SO2(aq), H2SO4, HNO3, HNO2 Wasser eine H+-Quelle für Säure bildende Gase ist 
• Welche Vorgänge gibt es bei der chemischen Verwitterung? Hydratation / Dehydratation Lösungsprozess (Auflösungsprozess): Lösungsverwitterung bes. bei wasserlöslichen Salzen. Anlagerung von H2O-Dipolen an kationen und Anionen des Kristallgitters, daher Lösung von Ionen aus dem Kristallverband Hydrolyse Redoxreaktionen Eisenoxidation durch Mikroorganismen Komplexierung
• Was passiert bei der Hydrolyse? Wasser bewirkt dir Zersetzung leicht und schwer löslicher Salze, die aus unterschiedlich stark dissoziierten Säuren und Basen enstanden sind.  CaCO3(s) + H2O > Ca2+(aq) + HCO3- + OH-(aq)  Der Großteil der Silikate verwittert durch Hydrolyse.  Infolge der hohen Zahl fester Si-O- und Al-O-Bindungen schreitet die Verwitterung zunächst nur langsam an der Oberfläche voran. 
• Was passiert bei der sauren Hydrolyse? = Lösung von signifikanten Mengen an CaCO3 und CaCO3 MgCO3 in Gegenwart von CO2 -reichem Wasser. Duch den H+-Angriff erfolgt die Hydrolyse wesentlich intensiver als mit reinem Wasser. Die H+-Ionen stammen vor allem von der schwachen Kohlensäure H2CO3 die sich durch die Reaktion von CO2 der Luft mit H2O bildet. 
• Was passiert bei Redoxreaktionen bei der chemischen Verwitterung? Oxidierbare Elemente (FeII, SII, MnII) werden durch Luftsauerstoff in Gegenwart von Wasser und unter Mitwirkung von MO zu FeIII, SVI, MnIII und MnIV oxidiert. O- und OH-Anlagerungen bewirken Volumenvergrößerung und Verfärbung. 
• Was wird durch die Komplexierung bei der chemischen Verwitterung gebildet? Oxalat-Ion (C2O4)2-  Muskovit K{Al2(OH,F)2[AlSi3O10]}AlC2O4+ Si(OH)4  werden gebildet
• Auf welche Arten erfolgt der Transport von Sedimenten durch das Wasser? gelöst (CaCO3) suspendiert (ca 2/3 der Sedimente) am Grund mitgeschleppt (Schotter)
• Welche Sedimentarten und welche Sedimentgesteine gibt es? - Sedimentarten:  Chemische Sedimente (Ausfällung gelöster Stoffe wie kalk CaCO3, NaCl, Gibs CaSO4) biogene Sedimente (z.B. Korallenkalk, Stromatolithe) häufig Mischformen - Sedimentgesteine:  Sandstein Konglomerate Lehm Kalk
• Wie entstehen magmatische Gesteine und welche Arten gibt es? Sie enstehen durch Erstarrung der Gesteinsschmelze (Magma) Arten:  Plutonite: Magma erstarrt während des Aufstiegs in kühlere, feste Gesteine der Erdkruste; große Kristalle durch langsame Abkühleung z.B. Granit Vulkanite: Erstarrung von Lava am Meeresgrund oder an der Erdoberfläche; Feinkörnigkeit durch rasche Abkühlung z.B. Basalt
• Wie entstehen Metamorphite (metamorphe Gesteine) ? Sedimente oder Eruptivgesteine wurden durch höhere Temperaturen und Drücke umgewandelt (z.B. Gneis, Schiefer).
• Was wissen Sie über Magma? Die tieferen Teile der Erdkruste bilden bei Druckbelastung durch einen Riss in der Kruste Silikatschmelze. Beim Aufsteigen werden die gelösten Gase abgegeben. Es entsteht weitgehend entgaste Lava mit einer Temperatur von ~1000-1100 °C.  Die Lava besteht aus 46,6% SiO2, 15,1% Al2O3, 3,5% Fe2O3, 7,7% FeO, 8,6% MgO, 10,1% CaO und 2,4% Na2O
• Was sind kristalline Gesteine? Summe aus Eruptivgesteinen und Metamorphiten. 
• Wie wird die Entstehung von Krsitallkeimen ermöglicht? Wovon hängt das Aussehen ab? Was bedeutet amorph? Die Entstehung von Kristallkeimen wird durch stabile Tetraeder-Kopplungen ermöglicht.  Das Aussehen hängt ab von:  Geschwindigkeit der Bildung der Kristallisationskeime Kristallisationsgeschwindigkeit unterkühlte Flüssigkeit: Impfkristalle fördern die Kristallisation Flüssigkeiten, die dauerhaft im unterkühlten Zustand bleiben: Moleküle erstarren mit satistischer Verteilung, nicht im geordneten Gitter > amorph. 
• Wie kommt es zur Bildung von Mischkristallen? Die Anzahl der ausgeschiedenen Minerale ist unter anderem abhängig von Druck, Temperatur und Anzahl der Komponenten. Es kommt zur Bildung von Mischkristallen bei ähnlichem Atom- und Ionendruchmesser. Die Struktur des Kristalls wird nicht verändert. (Isomorphie)
• Was sind Erze? = abbauwürdige, zur Metallgewinnung geeignete Minerale Viele Erze sind anorganische Oxide, Suflide oder Carbonate 
• Was sind Chalkogene? = Erzbildner, Elemente der 16. Gruppe des Periodensystems, z.B. O und S in Form von Oxiden und Sulfiden
• Erze: Welche Erze gehören zu den Sulfiden? Pyrit - FeS2 Arsenkies - Fe(AsS) Kupferkies - CuFeS2
• Erze: Welche Erze gehören zu den Sulfiden? Pyrit - FeS2 Arsenkies - Fe(AsS) Kupferkies - CuFeS2
• Welche Erze gehören zu den Oxiden? Hämatit - Fe2O3 Brauneisenstein - Fe2O3.H2O Magnetit - Fe3O4
• Welche Erze gehören zu den Carbonaten? Spateisenstein - FeCO3 Magnesit - MgCO3
• Welche Erzvorkommen gibt es in Österreich? Tauerngolderzgänge Kupfererzgänge Siderit und Magnesit Blei - Zinkerzlager
• Welche Eigenschaften haben Metalle in Bezug auf Ionisierungsenergie, Elektronegativität und Außenelektronen? Wie kommt eine Metallbindung zustande? haben relativ geringe Ionisierungsenergien haben relativ geringe Elektronegativitäten geben ihre Außenelektronen ziemlich leicht ab  Positive Ionen sind im kristall zusammengepackt; das frei bewegliche Elektronengas (negativ geladen) hält die positiv geladenen Ionen zusammen. 
• Was sind Legierungen? Nennen Sie Beispiele. = Mischung aus mindestens zwei Komponenten (mind. 1 ist Metall)  Bsp: Messing (Cu und Zn), Bronzen (Cu und Sn)
• Schreiben sie eine kathodische Reduktion und eine anodische Oxidation von CuCl2 auf. kathodische Reduktion: Cu2+ + 2 e- > Cu anodische Oxidation: 2 Cl- > Cl2 + 2 e-
• Was ist die Kathode und was die Anode bei der Elektrolyse? Wo gibt es einen Elektronenüberschuss und wo einen -mangel? Kathode = Reduktionsmittel  Anode = Oxidationsmittel  Kationen > Kathode (e-Überschuss) Anionen > Anode (e-Mangel) 
• Bei welchen Elementen werden elekrolytische Verfahren eingesetzt? Zn, Sn, Pb Alkali- und Erdalkalimetalle Al
• Was ist eine Redox-Reihe? Redox Reaktionen zwischen Metallen und Metallionen.  Bsp. Eisennagel ind Kupfersulfatlösung
• Was versteht man unter dem Redoxpotenzial? = Neigung oder Fähigkeit eines Stoffes, Außenelektronen abzugeben. 
• Edle und unedle Metalle: Je unedler ein Metall ist, desto... leichter geben seine Atome Elektronen ab schwerer nehmen seine Ionen Elektronen auf  leichter wird es oxidiert
• Edle und unedle Metalle: Je edler ein Metall ist, desto... schwerer geben seine Atome Elektronen ab leichtern nehmen seine Ionen Elektronen auf leichter wird es reduziert
• Was ist ein Redoxpaar? Das Metall als reduzierte Form und die Metallionen als oxidierte Form bilden zusammen ein Redoxpaar.

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