Take home message Stöchiometrie - FSMB
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Jörg Eppinger - Experimentalchemie für Maschinenbau - I. Grundlagen - Folie 23 Take home message Stöchiometrie Dasbeherrscht sollte beherrscht Das sollte werden: werden: Aufstellen und Ausgleichen von Reaktionsgleichungen (Massenerhaltung) Stöchiometrisches Rechnen Z = n * NL, M = n/m, c = n/Vsolv , p * V = n * R * T Wichtige Konstanten und Größen: NA = 6.022 1023 mol-1 VM = 24.46 L (Standardbedingungen) VM = 22.41 L (Normalbedingungen) c(H2O) = 55.5 mol/L Das kommt noch: Gefühl entwickeln für wichtigste Wertigkeiten (Oxidationsstufen) der einzelnen Elemente zur Vorhersage der Stöchiometrie von Verbindungen (multiple, konstante, äquivalente Proportionen) Jörg Eppinger - Experimentalchemie für Maschinenbau - I. Grundlagen - Folie 38 Take home message Thermodynamik Das sollte beherrscht werden: Definitionen und Aussagen von ΔG, ΔH, ΔS; Prinzip der Zustandsfunktionen Zusammenhang von H, S und G und ihre Auswirkungen auf chemischen Reaktionen Berechnung von Bildungs- und Reaktionsenthalpien (Satz von Heß, BornHaber Kreisprozess) Das kommt noch: Anwendung des Massenwirkungsgesetzes Unterschiede zwischen Kc, Kp, Kx Prinzip von Le Chatelier, Einfluß von p, T auf K Ostwald‘sches Verdünnungsgesetz Löslichkeitsprodukt Verwendung und Aussagen von Phasendiagrammen Jörg Eppinger - Experimentalchemie für Maschinenbau - I. Grundlagen - Folie 52 Take home message Kinetik Das sollte beherrscht werden: Das sollte beherrscht werden: Unterschied zwischen Kinetik und Thermodynamik Zusammenhänge zwischen EA , k und Boltzmanfaktor Wirkungsweise eines Katalysators Aufstellen von Geschwindigkeitsgesetzen Ableiten der Reaktionsordnung Integrierte Geschwindigkeitsgesetze Vereinfachungen für komplexe Geschwindigkeitsgesetze Wichtige Formeln: Kinetik: kReaktion = k0 · e-(EA/(R·T)) Thermodynamik: ΔG = ΔH - T·ΔS Übergang: ΔG = -R·T · ln(k+/k-) Das kommt noch: Jörg Eppinger - Experimentalchemie für Maschinenbau - II. Atombau und PSE - Folie 83 Take home message Atombau Das sollte beherrscht werden: Kernchemie: - Elementarteilchen und Wechselwirkungen - Arten des radioaktiver Zerfall, Eigenschaften - Isotopeneffekt Bohr‘sches Atommodell: Grundlagen und Unzulänglichkeiten Orbitalmodell: - Was ist ein Orbital - Quantenzahlen und deren Bedeutung - Form und Orientierung von s, p, d-Orbitalen Mehrelektronensysteme: Periodensystem: - Elektronische Struktur von Atomen - Konzept von „Penetration and Shielding“ - Effektive Kernladung - Auffüllregeln - 2 grundlegende Ordnungsprinzipien - Periodische Eigenschaften (Größe, Atomisierungsenergie IE, EA) - Elektronegativität nach Pauling Formale Oxidationszahlen: korrekte Zuordnung in Verbindungen Jörg Eppinger - Experimentalchemie für Maschinenbau - III. Grundlagen der chemischen Bindung - Slide 23 Take home message - Lewis Formeln Das sollte beherrscht werden: Aufstellen von Lewisformeln Mesomerie, isoelektronische Verbindungen Konzept der Hybridisierung Erklärung von Einfach- und Mehrfachbindungen Unterschiede zwischen verschiedenen Bindungstypen Wie sehen eigentlich SF6, IF7 oder HClO4 aus??? Jörg Eppinger - Experimentalchemie für Maschinenbau - III. Grundlagen der chemischen Bindung - Slide 32 Take-home message - VB DasDas sollte beherrscht werden: sollte beherrscht werden: Erklärung hypervalenter Strukturen als d-Hybride VSEPR-Theorie: 1) Platzbedarf von Liganden/freien EP bestimmt Struktur 2) Fine-tuning durch Berücksichtigung von Elektronegativitäten Moleküldynamik: fluktuierende Geometrien Intermolekulare Wechselwirkungen - Warum ist O2 ein Diradikal? - Warum haben CH4 oder H2O je zwei erste Ionisierungspotentiale? - Können d-Orbitale tatsächlich zur Hybridisierung herangezogen werden? - Wie sieht B2H6 aus? - Warum wird in Carbonylkomplexen (M-C≡O) die CO-Bindung geschwächt? - Warum werden die Protonen von koordiniertem Wasser acider? - Woher kommt die Bindungsenergie? Jörg Eppinger - Experimentalchemie für Maschinenbau - III. Grundlagen der chemischen Bindung - Slide 67 Take-home message MO-Theorie Das sollte beherrscht werden: Verständnis für die Grundlagen der MO Theorie Regeln, die die Kombination von AO‘s zu MO‘s bestimmen Aufstellen einfacher MO Diagramme Anwendung des Konzepts der Liganden Gruppenorbitale Anwendung des Konzepts der π/σ-Separierung Wichtig: strikte Trennung von VB (Valenz Bond) und MO (Molekül Orbital) Theorie Jörg Eppinger - Experimentalchemie für Maschinenbau - III. Grundlagen der chemischen Bindung - Slide 94 Take-home message: Zwischenmolekulare Kräfte Das sollte beherrscht werden: Van-der Waals Wechselwirkungen und Edelgase Joule-Thompson Effekt Aufstellen und interpretieren von Phasendiagrammen: - Trippelpunkt - kritischer Punkt - Schmelzen und Mischungen - Phasenregel Kolligative Eigenschaften Polare Bindungen H - Brücken Zwischenmolekulare Kräfte Bestimmen Zustands- und Phasendiagramme Jörg Eppinger - Experimentalchemie für Maschinenbau - IV. Das Massenwirkungsgesetz- Folie 19 Take-home message: Massenwirkungsgesetz Das sollte beherrscht werden: Ableitung des MWG aus Kinetik des Gleichgewichts: chem. GG = dynamisches GG! Thermodynamische Grundlage: ΔGReaktion = 0 ΔG0 = -RTlnK Formulierung des Massenwirkungsgesetz (MWG) Achtung: unterschiedliche Formulierung für c, X, p! Prinzip des kleinsten Zwanges: Gleichgewichtsverschiebung durch c, p, T Löslichkeitsprodukt MWG als Grundlage für Stöchiometrien im Gleichgewichtszustand Jörg Eppinger - Experimentalchemie für Maschinenbau - IV. Das Massenwirkungsgesetz- Folie 39 Take-home message: Säuren/Basen Das sollte beherrscht werden: Brønsted: Säuren = H+-Donor, Basen = H+-Akzeptor Säurekonstante: Ks = [A-aq] [H3O+aq] [HA] pKS = -log Ks Basenkonstante: KB = [A-aq] [H3O+aq] [HA] pKB = -log KB Trends der Säurestärke Autoprotolyse des Wassers pH = -log[H+aq]; Starke Säuren: Schwache Säuren: Puffer: pH + pOH = pKw = 14 pH = -log[HA]0 pH = pKs - log[HA]0 pH = pKs - log([HA]/[A-]) Weitere Säuretypen: Schmelzen: Lux/Flood Allgemein: Lewis-Konzept, Pearsons HSAB-Prinzip Brønsted’scher Säure/Base Begriff = Spezialfall der Lewis Säuren und Basen Jörg Eppinger - Experimentalchemie für Maschinenbau - IV. Das Massenwirkungsgesetz- Folie 70 Take-home message: Redoxchemie Das sollte beherrscht werden: Begriffe: Oxidation = e--Abgabe, Reduktion = e--Aufnahme Disproportionierung / Komproportionierung Regeln + Definitionen zur Bestimmung von formalen Oxidationszahlen Aufstellen von Redox-Teilgleichungen Redox-Gesamtgleichung und Stoffgleichung Richtung einer Redoxreaktion Elektrochemische Spannungsreihe, Nernst‘sche Gleichung: Elektromotorische Kraft [Produkte] E = E00 - 0.059 log z [Edukte] Danielelement, Bleiakku Korrosionsprozesse (edel, unedel) Elektronenübertragungsprozesse = Grundlage chemischer Reaktionen Jörg Eppinger - Experimentalchemie für Maschinenbau - II. Atombau und PSE - Folie 57 Take home message Nichtmetalle Das sollte beherrscht werden: Formeln, Namen und Herstellung von: - Elementen, - Elementwasserstoffen, - HNO3, H3PO4 Zusätzlich: - Formeln, Namen der Elementoxide Verständnis: - Zuordnung der Oxidationszahlen Speziell: - Abschätzung/Begründung von Reaktivitäten --> warum ist Fluor so reaktiv, H2O2 und H4N2 explosiv? --> warum ist N2 -Fixierung so schwierig? --> Allgemeine Grundlage für Vorkommen (Erze, Erden ...) Generell: Schwerpunkt auf Verständnis, nicht auf Auswendiglernen von Abläufen Jörg Eppinger - Experimentalchemie für Maschinenbau - VI. Chemie der Metalle - Folie 65 Take home message Metalle Das sollte verstanden sein: Allgemein: - Was ist ein Metall, generelle Eigenschaften, Besonderheiten - Einflüsse auf Redoxpotentiale - Warum sind Edelmetalle edel? - Welche Oxidationsstufen sind stabil, warum? - Herstellung der Elemente - Formeln, Namen Eigenschaften eines Ions / OZ (e.g. wichtig CrO42-, Cr2O72-, MnO4-) Verständnis: - Zuordnung der Oxidationszahlen Ligandenfeldtheorie: - Aufspaltung Tetraeder, Oktaeder - Zusammenhang LFSE und h.s. / l.s. - Erwing-Williams-Reihe - spektrochemische Reihe Generell: Schwerpunkt auf Verständnis, nicht auf Auswendiglernen von Abläufen
