Grundwissen Chemie 9. Jahrgangsstufe Sprachlicher Zweig

Grundwissen Chemie 9. Jahrgangsstufe Sprachlicher Zweig
1. Stoffeigenschaften und Teilchenmodell
a) Teilchenmodell
•
Alle Stoffe bestehen aus kleinsten Teilchen
•
Die Teilchen eines Stoffes sind untereinander gleich. Die Teilchen
verschiedener Stoffe unterscheiden sich in ihrer Größe, ihrer Masse und
ihren Anziehungskräften
b) Aggregatszustand und Teilchenmodell
Aggregatszustand
fest
flüssig
gasförmig
Anordnung der
Teilchen
regelmäßig
unregelmäßig
völlig ungeordnet
Abstand zwischen
den Teilchen
Teilchen
berühren sich
Teilchen
berühren sich
Abstand sehr
groß
Teilchen
wechseln ihre
Plätze
sehr schnell, frei
beweglich
Teilchenbewegung Teilchen
schwingen auf
ihren Plätzen
Anziehungskräfte
zwischen den
Teilchen
wirken sehr stark wirken stark
sind nicht
wirksam
2. Elemente und Verbindungen
a) Einteilung der Stoffe:
•
Stoffgemische bestehen aus mehreren Reinstoffen. Ihre Eigenschaften
hängen vom Mischungsverhältnis ab
Homogene Gemische (Legierungen, Lösungen, Gasgemische) sehen nach
außen einheitlich aus
•
Ein Reinstoff hat charakteristische Stoffeigenschaften und ist durch
physikalische Verfahren nicht weiter aufzutrennen
•
Bei Reinstoffen unterscheidet man Verbindungen und Elemente.
Verbindungen können durch chemische Reaktionen zersetzt werden. Sie
enthalten mindestens zwei Atomsorten (z.B. Wasser, Natriumchlorid)
Elemente können chemisch nicht zersetzt werden; sie enthalten nur eine
Atomsorte (z.B. Helium, Wasserstoff, Eisen)
b) Teilchen
•
Atome
•
sind die Grundbausteine
•
Sie sind unzerstörbar, d.h. sie können durch chemische Vorgänge weder
erzeugt noch vernichtet werden
•
Es gibt genauso viele Atomarten, wie es Elemente gibt. Die Atome eines
Elements sind untereinander (annähernd) gleich. Atome unterschiedlicher
Elemente unterscheiden sich in Ihrer Masse und Größe.
•
Moleküle
•
sind Molekülverbände d.h. sie bestehen aus mehreren Atomen
Ionen
•
sind elektrisch geladene Teilchen. Man unterscheidet
•
Kationen (positiv geladene Teilchen) und
•
Anionen (negativ geladene Teilchen)
•
Außerdem unterscheidet man zwischen Atom- und Molekülionen
3. Chemische Reaktionen und Energie
a) Chemische Reaktion
Eine chemische Reaktion ist eine Umgruppierung von Atomen. Dabei
werden Edukte (Ausgangsstoffe) verbraucht und Produkte (Endstoffe)
gebildet. Mit chemischen Reaktionen ist ein Energieumsatz verbunden
b) Reaktionsenergie
•
Bei jeder chemischen Reaktion ändert sich die Innere Energie der beteiligten
Stoffe. Die Differenz zwischen der Inneren Energie der Produkte und der
Inneren Energie der Edukte heißt Reaktionsenergie.
•
Bei exothermen Reaktionen ist die Innere Energie der Produkte niedriger
als die der Edukte; die Reaktionsenergie ist negativ
•
Bei endothermen Reaktionen ist die Innere Energie der Produkte höher als
die der Edukte; die Reaktionsenergie ist positiv
c) Energiediagramm
exotherme Reaktion:
endotherme Reaktion:
d) Aktivierungsenergie
Die zum Auslösen einer chemischen Reaktion benötigte Energie bezeichnet man
als Aktivierungsenergie
e) Katalysator
•
Ein Katalysator ist ein Stoff, der den Ablauf einer chemischen Reaktion so
ändert, dass die Aktivierungsenergie geringer ist.
•
Dadurch wird die Reaktion beschleunigt
•
Der Katalysator liegt nach der Reaktion unverändert vor
4. Die chemische Formelsprache
a) Elementsymbole stehen
•
für die Atomart der betreffenden Elemente oder
•
für ein Atom eines Elements, z.B. Cu (Kupfer) oder Fe (Eisen)
b) Chemische Formel
•
Molekülformeln (z.B. H2O) geben an, wie viele Atome welcher Art das
Molekül enthält
•
Verhältnisformeln (z.B. NaCl) geben das Atomanzahlverhältnis der
beteiligten Elemente an
•
Indizes gelten nur für das in der Formel davor stehende Element
c) Reaktionsgleichung
•
Ein Reaktionsschema beschreibt eine chemische Reaktion durch die
Namen der Edukte und Produkte
z.B. Kupfer + Jod → Kupferiodid
•
Eine Reaktionsgleichung beschreibt eine chemischen Reaktion durch
Formeln und Koeffizienten
•
Die Koeffizienten beschreiben das Mengenverhältnis, in dem die Stoffe
miteinander reagieren
z.B. 2 Cu (s) + I2 (g) → 2 CuI (s); exotherm
d) Wertigkeit
•
Unter der Wertigkeit eines Atoms versteht man die Anzahl der WasserstoffAtome, die dieses Atom, in einer Verbindung bindet oder ersetzt
•
Wasserstoffatome sind immer einwertig
•
Sauerstoffatomen sind fast immer zweiwertig
•
In binären Verbindungen ist das Produkt aus Index und Wertigkeit für beide
Atomsorten gleich.
Beispiel: Im Kohlenstoffdioxid sind vierwertige Kohlenstoffatome und
Sauerstoffatome verbunden. Daraus ergibt sich die Formel CO2
5. Atombau und Periodensystem
a) Atombau
•
Ein Atom besteht aus Atomkern und Atomhülle
•
Der Kern ist positiv geladen und enthält fast die gesamte Masse des Atoms
•
Die Atomhülle enthält die negativ geladenen Elektronen
b) Bau des Atomkerns
•
Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen
•
Unterscheiden sich die Atome eines Elementes in der Neutronenzahl und
damit in ihrer Masse, handelt es sich um Isotope
c) Aufbau der Atomhülle
•
Die Atomhülle ist in Energiestufen gegliedert, die als Schalen
veranschaulicht werden können
•
Für die maximale Anzahl z an Elektronen pro Schale gilt die Gleichung
z = 2n² (n = Energiestufe)
•
Die Verteilung der Elektronen eines Atoms auf die verschiedenen
Energiestufen bezeichnet man als Elektronenkonfiguration des Atoms
•
Die Elektronen der äußeren Schale bezeichnet man als Außen- oder
Valenzelektronen; sie bestimmen das chemische Verhalten der Elemente
d) Periodensystem (PSE)
•
Im PSE sind die Elemente nach steigender Kernladungszahl ( = Ordnungszahl) angeordnet
•
Die (waagrechten) Zeilen im PSE sind die Perioden (Periodennummer=
Zahl der besetzten Energiestufen
•
Die (senkrechten) Spalten im PSE sind die Gruppen (Gruppennummer=
Zahl der Valenzelektronen
•
Ordnungszahl= Zahl der Protonen = Zahl der Elektronen
e) Elementfamilien
•
Alkalimetalle (I. Hauptgruppe) sind reaktionsfreudige Leichtmetalle mit
niedrigen Schmelztemperaturen und geringer Härte
•
Halogene (VII. Hauptgruppe) sind reaktionsfreudige Nichtmetalle, die aus
zweiatomigen Moleküle bestehen
•
Edelgase (VIII. Hauptgruppe) kommen als einzelne, unverbundene Atome
vor und gehen praktisch keine Verbindungen ein. Helium besitzt zwei, die
anderen Edelgase acht Valenzelektronen („Elektronenoktett“)
f) Oktettregel
•
In den meisten Verbindungen nehmen die Atome die Elektronenkonfiguration
der Edelgasatome an, so dass sie auf der äußeren Schale acht (bzw. auf der
ersten Schale zwei) Elektronen haben
•
Metallatome geben bei Reaktionen mit Nichtmetallatomen Elektronen ab und
werden zu Kationen. Metallatome sind Elektronendonatoren
•
Nichtmetallatome nehmen bei chemischen Reaktionen mit Metallatomen
Elektronen auf und werden so zu Anionen. Nichtmetallatome sind
Elektronenakzeptoren
6. Chemische Bindungsarten
Bindungstyp
Ionenbindung
Atombindung
Metallbindung
Bindungspartner
Metall + Nichtmetall
Nichtmetall + Nichtmetall
Metalle
Art der Teilchen
Kationen + Anionen
Moleküle
Atomrümpfe (Kationen) +
frei bewegliche Elektronen
Bindung durch
elektrostatische Anziehung Gemeinsame Elektronenzwischen Kationen und
paare
Anionen
elektrostatische Anziehung
zwischen Atomrümpfen
und Elektronen
Name des
Verbandes
Ionengitter
Molekül
Metallgitter
Fixpunkte
meist sehr hoch
meist niedrig
meist hoch
Aggregatszustand
fest
bei Raumtemperatur
fest, flüssig oder gasförmig
fest (Ausnahme:
Quecksilber)
Verformbarkeit
hart und spröde
unterschiedlich
meist gut verformbar
Elektrische
Leitfähigkeit
Leiter 2. Klasse d.h. leiten Nichtleiter
als Schmelze oder Lösung
Leiter 1. Klasse d.h. leiten
auch in festem Zustand
7. Valenzstrichformeln (Lewis-Formel)
a) durch sie werden die Valenzelektronen eines Atoms bzw. in einem Molekül
dargestellt
b) Regeln zum Erstellen von Valenzstrichformeln
•
Ein Punkt stellt ein Elektron dar, ein Strich zwei Elektronen (ein
Elektronenpaar)
•
Die Atomsorte, die im Molekül am seltensten vorkommt, steht meist in der
Mitte, die anderen Atome sind möglichst symmetrisch darum angeordnet
•
Die Zahl der bindenden Elektronenpaare berechnet man so:
Man berechnet die Zahl der Valenzelektronen, die benötigt würden, wenn
jedes Atom einzeln Edelgaskonfiguration erreichen sollte; davon zieht man
die Zahl der vorhandenen Valenzelektronen ab: Die Differenz ergibt die Zahl
der bindenden Elektronen, alle anderen Valenzelektronen sind nicht bindend.
•
Ein Wasserstoff-Atom ist immer einbindig
•
Bei den Atomen der zweiten Periode darf auf keinen Fall das
Elektronenoktett überschritten werden
•
Besonders bei den Atomen der zweiten Periode kommen auch
Mehrfachbindungen (Doppel- und Dreifachbindungen) vor
9. Die Stoffmenge
a) Definition
1 Mol ist die Stoffportion, die 6,022 x 1023 Teilchen eines Stoffes enthält
b) Molare Größen
•
Die molare Masse M ist die Masse von 1 mol eines Stoffes M=m/n
•
Die molare Masse hat den gleichen Zahlenwert wie die Molekül- oder
Formelmasse, aber statt der Einheit u die Einheit g/mol
•
Das molare Volumen ist für alle Gase gleich und beträgt bei
Normalbedingungen 22,4 l/mol