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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
Wie zählen wir Mengen in der Chemie?
Stefan Wuttke
#2
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
#3
Molvolumen von Gasen
1 mol (Gas unter Normalbedingungen)
hat immer ein molares Volumen von 22,4 l/mol.
Stefan Wuttke
#4
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
#5
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
#6
Periodensystem der Elemente
Stefan Wuttke
#7
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
#8
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
#9
Chemische Gleichungen
Chemische Reaktionen können durch chemische
Gleichungen präzise beschrieben werden.
2 H2 + O2
Reaktanten
2 H2O
reagieren zu
H2(g)
H2O(l)
NaCl(s)
Produkte
Ausgleichen:
CH4 + O2
Stefan Wuttke
CO2 + H2O
# 10
Chemische Gleichungen
Übungsaufgabe:
Der wichtigste kommerzielle Vorgang, um N2 aus der Luft in
stickstoffhaltige Verbindungen umzuwandeln, basiert auf der
Reaktion von N2 und H2 zu Ammoniak:
N2(g) + 3 H2(g)
2 NH3(g)
Wie viel Mol NH3 können aus 3 mol N2 und 6 mol H2 gebildet
werden?
Stefan Wuttke
# 11
Chemische Gleichungen
Übungsaufgabe:
Berechnen Sie die Masse der Kupferportion, die aus 5 g
schwarzem Kupferoxid durch Reduktion mit Wasserstoff
hergestellt werden kann.
Stefan Wuttke
# 12
Chemisches Gleichgewicht
Der Zustand, in welchem sich die Konzentrationen aller
Reaktanten und Produkte in einem geschlossenen System
nicht mehr zeitlich ändern, heißt
chemisches Gleichgewicht.
Stefan Wuttke
# 13
Massenwirkungsgesetz
Hinreaktion
aA+bB
Rückreaktion
dD+eE
Hinreaktion = Rückreaktion
Gleichgewichtskonstante K =
für Lösungen
Kc =
Stefan Wuttke
𝑐D𝑑 𝑐𝑒E
𝑐A𝑎 𝑐𝑏B
D
A
𝑑
𝑎
E
B
𝑒
𝑏
für Gasreaktionen
Kp =
𝑝D𝑑 𝑝E𝑒
𝑝A𝑎 𝑝B𝑏
# 14
Massenwirkungsgesetz
K=
K >> 1
𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑡𝑒
𝑅𝑒𝑎𝑘𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛
Reaktanten
Produkte
Reaktanten
Produkte
Reaktanten
Produkte
K << 1
K=1
Stefan Wuttke
# 15
Massenwirkungsgesetz
Übungsaufgabe:
Die Reaktion von N2 mit O2 zur Bildung von NO könnte als
ein Weg zur „Fixierung“ von Stickstoff betrachtet werden:
N2(g) + O2(g)
2 NO(g)
Der Wert für die Gleichgewichtskonstante für diese Reaktion
bei 25°C ist Kc = 1·10-30 mol/l.
Beantworten Sie, ob es realistisch ist, Stickstoff durch die
Bildung von NO bei 25°C zu fixieren.
Stefan Wuttke
# 16
Massenwirkungsgesetz
Übungsaufgabe:
Bei der Reaktion von 5 mol Essigsäure und 3 mol Ethanol bei 25 °C sind bis zur Einstellung des
chemischen Gleichgewichts 2,43 mol Essigsäureethylester und 2,43 mol Wasser entstanden. Wie groß
ist die Gleichgewichtskonstante Kc?
Stefan Wuttke
# 17
Chemische Gleichungen
Übungsaufgabe:
Der wichtigste kommerzielle Vorgang, um N2 aus der Luft in
stickstoffhaltige Verbindungen umzuwandeln, basiert auf der
Reaktion von N2 und H2 zu Ammoniak:
N2(g) + 3 H2(g)
2 NH3(g)
Wie viel Mol NH3 können aus 3 ml N2 und 6 mol H2 gebildet
werden?
Verschieden von:
N2(g) + 3 H2(g)
Stefan Wuttke
2 NH3(g)
# 18
Das Prinzip des kleinsten Zwangs
Wird auf ein sich im chemischen Gleichgewicht
befindendes stoffliches System ein Zwang ausgeübt,
dann weicht dieses System dem Zwang so aus,
dass die Wirkung des Zwanges verringert wird.
[Le Châtelier und Braun]
Stefan Wuttke
# 19
Einfluss von Temperaturänderungen
auf das chemische Gleichgewicht
2 NO2
N2O4
∆RH = -59 kJ·mol
Temperaturerhöhung ist ein äußerer Zwang.
𝒄(𝑵𝟐𝑶𝟒)
𝒄(𝑵𝑶𝟐)
Für endotherme Reaktionen:
Erhöhung von T führt dazu, dass K größer wird.
Für exotherme Reaktionen:
Erhöhung von T führt dazu, dass K kleiner wird.
Temperatur
Stefan Wuttke
# 20
Einfluss von Druckeränderungen
auf das chemische Gleichgewicht
2 NO2(g)
N2O4 (g)
Druckerhöhung ist ein äußerer Zwang.
𝒄(𝑵𝟐𝑶𝟒)
𝒄(𝑵𝑶𝟐)
Druckerhöhung:
Die Reaktion, die unter Volumenabnahme
verläuft wird begünstigt.
Druckerniedrigung:
Die Reaktion, die unter Volumenzunahme
verläuft wird begünstigt
Druck
Stefan Wuttke
# 21
Einfluss von Konzentrationsänderungen
auf das chemische Gleichgewicht
2 NO2(g)
N2O4 (g)
Wenn ein chemisches System sich im Gleichgewicht befindet und wir eine Substanz
(entweder einen Reaktanten oder ein Produkt) zugeben, verschiebt sich die Reaktion derart,
dass das Gleichgewicht durch Verbrauch eines Teils der zugegebenen Substanz wieder eingestellt wird.
Umgekehrt bewegt sich durch Entzug einer Substanz die Reaktion in der Richtung,
die mehr von dieser Substanz bildet.
Stefan Wuttke
# 22
Kinetik - Thermodynamik
Kinetik – zeitlicher Ablauf chemischer Reaktionen
Thermodynamik - Energieänderungen chemischer Reaktionen
Stefan Wuttke
# 23
Übungsaufgaben
Das folgende Diagramm stellt ein Gleichgewichtsgemisch
dar, dass für eine Reaktion der Art
A+B
AB
erzeugt wird.
Wenn das Volumen 1 Liter ist, ist K
größer oder kleiner als 1?
A
B
A-B
A-B
A-B
A-B
A
A-B
Stefan Wuttke
A-B
A
A-B
A-B
B
# 24