Chemie

08.10.2012
Basisschulung Chemie
Grundlagen Chemie
Referentin: Carmen Noehl
Tel.: 488 216-1
[email protected]
Basisschulung Teil I - Chemie
Basisschulung Teil I - Chemie
Basisschulung Teil I:
Wenn’s knallt
und stinkt…
Was ist Chemie?
Basisschulung Teil I - Chemie
Basisschulung Teil I - Chemie
Was ist Chemie?
Was bedeutet der Begriff Chemie?
Historische Entwicklung
Teilgebiete der Chemie
Allgemeine Chemie
- Elemente (Atomaufbau)
- Periodensystem
- Moleküle
- Reaktionen
Chemie im Alltag
Öffentlichkeit:
"Chemie ist alles, was nicht natürlich ist."
Historiker:
„Chyma (gr.) = Metallguss“
Naturwissenschaftler:
„Lehre von Aufbau, Eigenschaften und
Umwandlung von Substanzen* “
*
Historische Entwicklung
= Elemente + Verbindungen
Historische Entwicklung
Basisschulung Teil I - Chemie
Basisschulung Teil I - Chemie
Antike (600-300 v. Chr.):
Praktisches Wissen über
Stoffumwandlungsprozesse
Töpferei, Metallguss,
Brauen, Backen, Färben,
Heilmittel
Naturphilosophische Ansätze
Theorie der 4 Erdelemente,
aus denen alle Stoffe bestehen
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Historische Entwicklung
Historische Entwicklung
Moderne Chemie (seit 1790):
Aus der griechischen Theorie
und den alten Handwerkskünsten entwickelte sich in
Alexandrien die Alchimie
Metallveredlung
Arzneimittel / Lebenselexir
Basisschulung Teil I - Chemie
Basisschulung Teil I - Chemie
Mittelalter (bis 1650 n. Chr.):
Im Spätherbst 1895, entdeckte
der Würzburger Professor
Wilhelm Conrad Röntgen
"eine neue Art von Strahlen".
benutzte als erster eine Waage,
um chemische Erscheinungen zu
erklären
formulierte als erster das 1.
Grundgesetz der Chemie =
Erhaltung der Massen
Alfred Nobel erfand
wirkungsvolle Sprengstoffe für
friedliche und militärische
Zwecke.
Teilbereiche Chemie heute
Basisschulung Teil I - Chemie
Basisschulung Teil I - Chemie
Andere berühmte Chemiker
Louis Pasteur erforschte die
Rolle der Mikroorganismen und
entdeckte die Möglichkeit, diese
durch ERHITZEN abzutöten und
dadurch Lebensmittel haltbar zu
machen, zu konservieren bzw. zu
pasteurisieren.
Chemiker angesehen:
Andere berühmte Chemiker
Basisschulung Teil I - Chemie
Basisschulung Teil I - Chemie
Andere berühmte Chemiker
Antoine Lavoisier wird als erster
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Wichtigste Teilbereiche
Chemische Industrie zählt heute zu den
wichtigsten Industriezweigen und ist
bedeutender Wirtschaftszweig
wichtigste Erzeugnisse sind u. a.
Grundchemikalien, Düngemittel,
Kunststoffe, Lacke, Pharmaprodukte,
Pestizide…
Basisschulung Teil I - Chemie
Basisschulung Teil I - Chemie
Chemie heute
untersucht kohlenstoffhaltige Verbindungen,
die NICHT von Lebewesen hergestellt werden
Biologie + Medizin: Arzneimittel, Lebensmittel,
Konservierungsstoffe…
Petrochemie: Kunststoffe, Reinigungsmittel,
Farben/ Lacke…
Grenzbereich zwischen Physik und Chemie
Thermodynamik, Elektrochemie, Technik (Akkus,
Katalysatoren…)
Anorganische Chemie (Salze, Metalle…)
Physikalische Chemie (Akkus, Katalysatoren…)
behandelt Elemente des Periodensystems, die
nicht ausschliesslich aus Kohlenstoffketten
bestehen + deren Verbindungen
Salze, Metalle + deren Verbindungen
(Legierungen)
Schaffung neuer Werkstoffe mit speziellen
physikalischen und chemischen Eigenschaften
Biochemie
Basisschulung Teil I - Chemie
Basisschulung Teil I - Chemie
Physikalische Chemie
beschäftigt sich mit den grundlegenden
Phänomenen der Chemie
Organische Chemie (Medizin, Lebensmittel…)
Anorganische Chemie
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Basisschulung Teil I - Chemie
Organische Chemie
Im Laufe der Zeit hat sich die Chemie in
verschiedene Fachgebiete verzweigt:
befasst sich mit Stoffwechselvorgängen,
Genetik
Grenzbereich zur Biologie
Überschneidung mit Disziplinen Pharmazeutische
und Medizinische Chemie
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Allgemeine Chemie
Basisschulung Teil I - Chemie
Basisschulung Teil I - Chemie
Allgemeine Chemie
Grundlagen der Chemie, die in fast allen
Teilbereichen von Bedeutung sind
Elemente = Atome + Aufbau
Periodensystem der Elemente (PSE)
Chemische Bindung (Moleküle)
Chemische Reaktionen (Industrie + Alltag)
Elemente = Atome
Schon gehört ?
Element (ATOM) = kleinste Einheit, in die sich
Materie mit chemischen oder mechanischen
Mitteln zerlegen lässt.
Die Erde besteht zu 90 % aus 5 Elementen:
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Basisschulung Teil I - Chemie
Definition:
Im PSE sind sind alle bekannten Elemente
aufgeführt derzeit 118 Elemente
Forschung neue Elemente entdeckt
Jedes Element hat einen Namen
Element-Kürzel besteht aus einem oder zwei
Buchstaben (bei neueren Elementen auch drei).
Symbol
Anteil
Sauerstoff
O
49,9 %
2.
Silicium
Si
25,9 %
3.
Aluminium
Al
7,5 %
4.
Eisen
Fe
4,7 %
5.
Calcium
Ca
3,7 %
90.8 %
Atomaufbau
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Periodensystem der Elemente
(PSE)
Element
1.
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Atomaufbau
Atomkern = positive Protonen + gleiche
Anzahl neutraler Neutronen
Atomhülle = negative Elektronen, die sich auf
verschiedenen Energieniveaus (=Schalen)
kreisförmig um Atomkern bewegen
Immer gleich viele Elektronen in der Hülle wie
Protonen / Neutronen im Kern.
Einfachstes Element
= Wasserstoff (H)
1 Elektron kreist auf 1 Schale
um den Atomkern (1P+1N)
Ordnungszahl
Elementsymbol
Elementname
Rel. Atommasse
6
C
Kohlenstoff
12.01
Fe
O
Hg
Feste Elemente
Gasförmige Elemente
Flüssige Elemente (20 °)
Radioaktive Elemente
Hg 80
Feste Elemente
Von den gasförmigen Elementen sind 6
Edelgase, davon 1 Element zusätzlich auch
radioaktiv (Radon Rn).
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N7
Br 35
Von den chemischen Elementen sind bei
Raumtemperatur * nur Quecksilber und
Brom flüssig.
11 gasförmige Elemente
Ne 10
8 Elektronen kreisen auf 2
Schalen um den Atomkern
(8P+8N)
2 flüssige Elemente
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Periodensystem der Elemente
Auflistung der
Elemente nach
steigender
Protonenzahl und
chemischer
Ähnlichkeit
Schon komplizierter:
= Sauerstoffatom (O)
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Atomaufbau
S 16
Li 3
Alle anderen Elemente sind feste Stoffe,
bzw. Metalle.
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I
VIII
II
III
IV
V
PSE Perioden
VI VII
Perioden horizontale Reihen:
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Nebengruppen
gibt Anzahl der Schalen (=Perioden) an
in 1. Periode alle Elemente mit nur 1 Schale
(K-Schale) H; He
In 2. Periode alle Elemente mit 2 Schalen
(K- und L-Schale) Li bis Ne, usw…
Insgesamt 6 Schalen: K – L – M – N – O - P
VIII
I
Innere Schale:
max. 2 Elektronen
alle anderen Schalen:
Je max. 8 Elektronen
Insgesamt 6 Schalen:
K–L–M–N–O–P
II
III
IV
V
VI VII
Nebengruppen
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Basisschulung Teil I - Chemie
Schalenmodell
Untergruppen
Beispiel Schwefel (S):
16 Elektronen
PSE Hauptgruppen
PSE Hauptgruppen
Elementfamilien mit chem. ähnlichen Elementen:
Gruppe I : Elemente mit 1 Elektron auf äußeren
Schale Wasserstoff bis Fancium
Gruppe II: Elemente mit 2 Elektronen auf
äusseren Schale
…
Gruppe VIII: Elemente mit 8 Elektronen auf
äusseren Schale (= Edelgase)
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Basisschulung Teil I - Chemie
Hauptgruppen vertikale Spalten:
HG I
HG II
HG III
HG IV
HG V
HG VI
HG VII
HG VIII
Alkalimetalle
Erdalkalimetalle
Erdmetalle
Kohlenstoff – Sillicium-Gruppe
Stickstoff- Phosphor-Gruppe
Chalkogene
Halogene
Edelgase
Eigenschaften der Elemente werden durch die
Elektronenzahl auf der äußeren Schale bestimmt.
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Ordnungszahl bestimmen
Edelgase Elemente der Hauptgruppe VIII
Heliumatom (He) = Edelgas
K-Schale
1. Reihe (Periode) = 1 Schale
1. HG = max. 1 Elektron aussen
Insgesamt also: 1 Elektron
K-Schale
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Wasserstoffatom (H)
Besonderheit Edelgase
1. Reihe (Periode) = 1 Schale
8. HG = max. 8 Elektronen aussen
Insgesamt also: 2 Elektronen
Nur Edelgase kommen in Natur als Einzelatome
vor!
Edelgase haben auf der äußeren Schale maximal
mögliche Elektronenzahl = stabilste
Konfiguration
alle Elemente streben « ideale » Edelgaskonfiguration an müssen sich mit anderen
Elementen verbinden, also Elektronen abgeben,
aufnehmen oder teilen.
Chemische Verbindung
(Moleküle)
Moleküle
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Basisschulung Teil I - Chemie
Definition:
Alle Elemente (außer Edelgase) kommen in
Natur in größeren Einheiten vor (z. B. als
Moleküle)
Anzahl der Atome = tiefgestellte Zahl
Beispiele:
Wasserstoff = H2
Sauerstoff = O2
Ozon = O3
Wasser = H2O
2 oder mehrere Atome sind fest miteinander
verknüpft
Chemische Verbindungen
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Basisschulung Teil I - Chemie
Moleküle
Moleküle = kleinste Teile, die eine chemische
Verbindung darstellen.
Alle Stoffe bestehen aus relativ wenigen
Bausteinsorten, d. h. aus 80-100 Elementen
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Schon gehört ?
Chemische Verbindungen
•
•
•
Hauptsächlich: O, C, H, N
Weitere Elemente: Ca, Cl, P, K, S, Na, Mg
10 Spurenelemente: Fe, F,I, …
Diese Elemente verbinden sich zu Wasser
(60%), Proteinen, Lipiden, Kohlenhydraten,
Mineralstoffen, Aminosäuren, DNA, etc.
= Moleküle
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Der Mensch besteht aus ca. 21 Elementen:
Durch Kombination entstehen mehrere
Millionen unterschiedliche Verbindungen
(z.B. Wasser, Sand, Pflanzen- u. Tiergewebe,
Kunststoffe…)
Art der Zusammensetzung bestimmt
chemische und physikalische Eigenschaften
Chemie = umfangreiche Wissenschaft
Elektronen können durch elektromagnetische
Wechselwirkung an mehrere Atome gebunden
sein so entstehen chemische Verbindungen
Wasserstoffatom (H)
Sauerstoffatom (O)
Wasserstoffatom (H)
Chemische Reaktionen
Basisschulung Teil I - Chemie
Basisschulung Teil
I - Chemie 2011
Weiterbildung
RC-Personal
Wie entstehen Moleküle?
Definition:
Bei einer chemischen Reaktion werden
Elektronen übertragen.
Verbindungen werden gelöst und neue geknüpft .
chemische Reaktion beinhaltet
immer eine Stoffumwandlung
+
B
AB
Die Chemische Reaktion
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Chemische Reaktionen
A
• aus Elementen werden Verbindungen
• aus chemischen Verbindungen werden
höhere Verbindungen
• Reaktionen werden begleitet von
- Wärmezufuhr (endotherme Reaktion) oder
- Freisetzung von Wärme (exotherme Reaktion).
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Bekannte chemische Reaktionen
Der Ablauf chemischer Reaktionen wird als
Reaktionsgleichung dargestellt – sie
beschreibt:
Ausgangsstoffe einer Reaktion (Edukte)
Endprodukte einer Reaktion (Produkte)
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Basisschulung Teil I - Chemie
Reaktionsgleichungen
Knallgasreaktion:
Korrosion:
2 H2 + O2 2H2O (Wasser)
4Fe + 3O2 2Fe2O3 (Eisenoxid)
Reaktionsgleichung
Reaktionsgleichung
2H2
Eisenoxid (Korrosion)
+
O2
Edukte:
- Sauerstoff liegt immer molekular vor O2
- Wasserstoff H2
2H2O
Endprodukt:
- Wasser
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Basisschulung Teil I - Chemie
Wasser
+
4 Fe
3 O2
Edukte:
- Eisen Fe
- Sauerstoff O2
2Fe2O3
Endprodukt:
- Eisenoxid
Die Chemische Reaktion
Reaktionsgleichung – 2 Produkte
Fe + S → FeS
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Kein echtes Gleichheitszeichen benutzt, weil:
1)
Die neu entstandenen Stoffe verfügen über andere
spezifische Eigenschaften, wie z. B.
2)
Farbe
Geruch
Dichte
Viskosität
Siedepunkt
Der Pfeil deutet die Richtung an, in der sich der
Vorgang abspielt.
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Chemische Reaktionen im Alltag
Basisschulung Teil I - Chemie
Basisschulung Teil I - Chemie
Chemische Reaktionen im Alltag
finden z. B. beim Kochen, Backen, Braten
statt
komplexe Stoffumwandlungen führen zum
typischen Aroma von Speisen
finden auch in unserem Körper statt
Nahrung wird bei körpereigenen Abbauvorgängen
chemisch in Bestandteile zerlegt und in Energie
umgewandelt
Analyse
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oft in eingeschränktem Sinn als Abkürzung
für „Produkt der chemischen Industrie“
chemische Reinigung ist eigentlich physikalischer
Vorgang Lösen der Verunreinigung
Putzen ohne Chemie wie z. B. Kalkentfernung ist
chemischer Vorgang, bei dem Kalk durch Säure
umgewandelt wird in Calciumsalze und CO2
I
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« Chemie » im Sprachgebrauch
AB
A
+
B
VIII
II
III
IV
V
VI VII
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Nebengruppen
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