Elemente Wo?

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Dr. Stefan Wuttke
Butenandstr. 11, Haus E, E 3.039
[email protected]
www.wuttkegroup.de
Anorganische-Chemie
Grundpraktikum für Biologen 2014/2015
Inhaltliche Schwerpunkte
 Stöchiometrie – chemisches Rechnen
 Chemisches Gleichgewicht – Massenwirkungsgesetz
 Chemische Bindung
 Säure-Base-Theorie
 Komplexchemie
 Redox-Theorie
 Löslichkeitsgleichgewichte
 Anionen-Kationen-Nachweise
Stefan Wuttke
#2
Materie
Materie
Physikalische
Heterogene
Umwandlung
Gemische
(variable Zusammensetzung)
Homogene
Stoffe
Homogene
Gemische
(variable Zusammensetzung)
Reine Stoffe
(definierte Zusammensetzung)
Verbindungen
Stefan Wuttke
Chemische
Umwandlung
Elemente
#3
Was ist Chemie?
Chemie befasst sich mit der Zusammensetzung,
Charakterisierung und Umwandlung von Materie.
Materie ist alles Stoffliche, aus dem unser Universum
aufgebaut ist, also alles, was eine Masse hat und einen
Raum einnimmt.
Materie besteht aus chemischen Elementen und lässt
sich in diese durch chemische oder physikalische
Methoden trennen.
Stefan Wuttke
#4
Periodensystem der Elemente
Stefan Wuttke
#5
Biologisches Vorkommen der
Elemente
Elemente
Wo?
Menge im
menschlichen Körper
(70 kg)
Mengenelemente:
Nichtmetalle
C, H, O, N, P, S
Hauptbestandteil aller
Biomoleküle (Proteine,
Zucker..)
zusammen
68 kg
Metalle und Chlorid
Na, K, Mg, Ca, Cl
als Ionen (Elektrolyte)
zusammen
1,5 kg
Hämoglobin
5g
bekannte Funktionen
in Enzymen
Zn 2 g, sonst,
5-100 mg
Spurenelemente:
Fe
Zn, Cu, Mn, Co, Mo,
Se, F, I
Stefan Wuttke
#6
Ordnungszahlen, Massenzahlen,
Isotope und Atommassen
Massenzahl
(Anzahl der Protonen und Neutronen)
12
6
C
Symbol des Elements
Ordnungszahl
(Anzahl der Protonen bzw. der Elektronen)
Isotope des Elements Wasserstoff
(Mischelemente)
Symbol
Name
Anzahl
Protonen
Anzahl
Elektronen
Anzahl
Neutronen
1H
Wasserstoff
1
1
0
2H
Deuterium
1
1
1
3H
Tritium
1
1
2
Reinelemente: Natrium, Aluminium, Phosphor, Fluor – 19 Reinelemente
Stefan Wuttke
#7
Ordnungszahlen, Massenzahlen,
Isotope und Atommassen
Massenzahl
12,01
(Anzahl der Protonen und Neutronen)
12
6
C
Atommasse [u]
Symbol des Elements
Ordnungszahl
(Anzahl der Protonen bzw. der Elektronen)
Die atomare Masseneinheit u ist 1/12 der Masse des Kohlenstoffisotops 12C.
1 u = 1,66054·10-24 g
1 g = 6,02214·1023 u
Die Atommasse eines Elements errechnet sich aus den Atomassen der Isotope
unter Berücksichtigung der natürlichen Isotopenhäufigkeit
Beispiel:
Natürlich vorkommendes Chlor besteht aus zwei Isotopen; 75,78 %
und aus 24,22 % 37Cl mit einer Atommasse von 36,966 u.
Stefan Wuttke
35Cl
mit einer Atommasse von 34,969 u
#8
Wie zählen wir Mengen in der Chemie?
Stöchiometrie
Gebiet der Chemie, das sich mit den
Mengen der eingesetzten und gebildeten
Stoffe chemischer Reaktionen
beschäftigt
Stoicheion
metron
=
=
Element
messen
Die Stöchiometrie basiert auf dem Konzept von Atommassen,
chemischen Formeln und dem Gesetz der Erhaltung der
Masse (1789 - Antoine Lavoisier).
Vor wie nach dem Experiment liegt dieselbe Materie vor.
Stefan Wuttke
#9
Wie zählen wir Mengen in der Chemie?
Stefan Wuttke
# 10
Wie zählen wir Mengen in der Chemie?
n(Stoffmenge) = 1 mol = 6,022·1023 Teilchen (NA)
Teilchen können sein: Atome, Moleküle, etc…
1 mol H2 = 2 g
1 mol C = 12 g
Die Berechnung der molaren Masse M einer
Substanz besteht in der Addition aller Molteilgewichte.
Beispiel:
Berechnung des Molekulargewichtes (=molare Masse) von Glukose – C6H12O6
Stefan Wuttke
# 11
Wie zählen wir Mengen in der Chemie?
Konzentration – Stoffmenge pro Volumen
c(X) =
1 mol/l =
𝒏(𝑋)
𝑽
1 mol des gelösten Stoffes
in einem Volumen von 1 l
Herstellung einer Lösung mit einer bestimmen Konzentration:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Molgewicht (M) der Substanz berechnen.
Wie viel Lösung brauche ich?
Benötigte Menge der Substanz abwiegen.
Diese wird in ein geeichtes Gefäß (z.B. Messkolben) vorgelegt.
Zufügen einer kleinen Mengen der Lösung – auflösen der Substanz.
Auffüllen bis zur Eichmarke.
Stefan Wuttke
# 12
Kurze Zusammenfassung
Stoffmenge
n=
𝑚(𝑋)
𝑴(𝑿)
Konzentration
c(X) =
𝒏(𝑋)
𝑽
Übungsaufgaben:
Berechnen Sie die molare Masse von Ca(NO3)2.
Wie viele Mol Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3) sind in 508 g NaHCO3 enthalten?
Berechnen Sie die Konzentration einer Lösung, die aus 5g Glukose (C6H12O6) und 100 ml Lösung
hergestellt wird.
Wie viel Gramm Na2SO4 befinden sich in 15 ml einer 0,50 M Na2SO4-Lösung?
Wie viel Milliliter einer 0,5 M Na2SO4-Lösung werden benötigt, um 0,038 mol dieses Salzen
abzumessen?
Stefan Wuttke
# 13
Molvolumen von Gasen
1 mol (Gas unter Normalbedingungen)
hat immer ein molares Volumen von 22,4 l/mol.
Stefan Wuttke
# 14
Oktettregel
Atome sind im Allgemeinen bestrebt, 8 Außenelektronen zu besitzen. Das
entspricht dem Elektronenoktett in der Außenschale eines Edelgas-Atoms.
 besonders günstiger Elektronenzustand
Stefan Wuttke
# 15
Lewis-Strukturformel
Beispiel Wasser
1.
Summieren Sie die Valenzelektronen aller Atome.
2.
Schreiben Sie die Symbole der Atome auf, um zu zeigen, welches Atom mit welchem verknüpft ist,
und verbinden Sie sie mit einer Einfachbindung (ein Strich, der für zwei Elektronen steht).
3.
Vervollständigen Sie die Oktette um alle an das Zentralatom gebundenen Atome.
4.
Platzieren Sie jedes übrig gebliebene Elektron am Zentralatom.
5.
Wenn nicht genug Elektronen vorhanden sind, um dem Zentralatom ein Oktett zu geben,
versuchen Sie es mit Mehrfachbindungen.
Beispiele:
Cl2
Stefan Wuttke
PCl3
CO2
N2
H2N-CO-NH2
# 16
Periodensystem der Elemente
Stefan Wuttke
# 17
Mesomerie - Resonanzformeln
Beschreibt das Phänomen, dass sich für eine Verbindung
verschiedene äquivalente Lewis-Formeln aufstellen lassen.
Ozonmolekül - O3
O
O
+
O
O
-
-
O
+
O
Die eigentliche Anordnung der Elektronen in Molekülen wie O3
muss als eine Mischung der Resonanzformeln betrachtet werden.
Stefan Wuttke
# 18
Resonanz in der organischen Chemie
Benzol
Die sechs π-Elektronen sind über den gesamten Ring delokalisert.
Verbindungen mit delokalisierten π-Elektronen
sind in der Regel energetisch günstiger und
damit stabiler als solche mit lokalisierten Mehrfachbindungen.
Stefan Wuttke
# 19
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