6_Chemische Reaktionen

Bundesrealgymnasium Imst
Chemie 2010-11
Klasse 4
Chemische Reaktionen
Inhalt
6
Chemische Reaktionen ................................................................................................... 18
6.1
Reaktionsgleichungen .............................................................................................. 18
6.2
Mol, molare Masse ................................................................................................... 19
6.3
Säuren und Laugen ................................................................................................... 19
6.4
Neutralisationsreaktionen ......................................................................................... 19
6.5
Salze ......................................................................................................................... 19
6.6
Fällungsreaktionen ................................................................................................... 20
6.7
Indikatoren ............................................................................................................... 20
6.8
Elektrochemische Reaktionen .................................................................................. 20
6.8.1
Elektrolyse .......................................................................................................... 20
6.8.2
Galvanisches Element ........................................................................................ 21
6.8.3
Akkumulatoren ................................................................................................... 21
6.9
Energieumwandlung................................................................................................. 21
6.9.1
Exotherme Reaktionen ....................................................................................... 21
6.9.2
Endotherme Reaktionen ..................................................................................... 21
6.9.3
Reaktionsgeschwindigkeit .................................................................................. 22
6.9.4
Chemisches Gleichgewicht ................................................................................ 22
6.9.5
Katalysatoren ...................................................................................................... 23
6.9.6
Entzündungstemperatur ...................................................................................... 23
6.9.7
Flammpunkt ....................................................................................................... 23
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6
Chemische Reaktionen
Chemische Reaktionen
6.1 Reaktionsgleichungen
Eine chemische Reaktionsgleichung veranschaulicht mit Formeln, Symbolen und Zeichen die
Vorgänge bei einer chemischen Reaktion.
Formelgleichungen
In einer Formelgleichung werden die reagierenden Stoffe mit ihren Formeln oder Symbolen
angegeben. Die Stoffmengen sind ablesbar.
Möglichkeiten einer Darstellung von Reaktionsgleichungen am Beispiel der
Ammoniaksynthese.
Vorgehensweise bei der Erstellung einer Reaktionsgleichung:
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6.2 Mol, molare Masse
Da Atome schon bei kleinen Stoffportionen in großer Zahl vorliegen, bildet man
Zähleinheiten. Man bündelt 602 200 000 000 000 000 000 000 zu einer Einheit. Diese Einheit
wird als 1 Mol bezeichnet und die Schreibweise ist 6,022 · 1023 (Teilchen).
Die Stoffmenge 1 mol enthält 6,022 · 1023 Teilchen
Diese Zahl wird als AVOGADROSCHE Zahl NA bezeichnet.
Die molare Masse eines Stoffes ist die Summe aller Massen der Teilchen eines Mols dieses
Stoffes.
Die molare Masse eines chemischen Elements entspricht deshalb der Atommasse (im PSE)
ausgedrückt in Gramm.
Molare Masse
M
= Atommasse * Avogadrosche Zahl
=
u
*
NA
Ein Mol eines Gases nimmt unter Normalbedingungen (Temperatur = 20 °C, Druck =
101,325 kPa) immer einen Raum von 22,4 Liter ein.
6.3 Säuren und Laugen
Definition nach Arrhenius:
Säuren sind Stoffe, die in Wasserstoff-Ionen (H+) und Säurerest-Ionen dissoziieren
Basen sind Stoffe, die in negativ geladene Hydroxid-Ionen (OH-) und positive Metall-Ionen
Reste dissoziieren.
Definition nach Brönsted:
Säuren sind Stoffe, die Protonen abgeben (Protonendonatoren).
Basen sind Stoffe, die Protonen aufnehmen (Protonenakzeptoren).
Oxoniumionen
In wässrigen Lösungen existieren keine ungebundenen Protonen (H+). Diese lagern sich an
die freien Elektronenpaare des Sauerstoffs im Wassermolekül. Das dabei entstehende H3O+
Ion wird als Oxoniumion bezeichnet.
Die Oxoniumionen selbst sind hydratisiert, d. h. es lagern sich weitere Wassermoleküle an.
Dabei entstehen weitere Ionen wie H5O2+, H7O3+, H9O4+, H13O6+. Allgemein werden diese
Ionen als Wasserstoffionen bezeichnet.
6.4 Neutralisationsreaktionen
Sonderfall der Säure-Base Reaktion. Es reagieren Oxonium-Ionen mit Hydroxid-Ionen zu
Wasser. Wasser ist der charakteristische Bestandteil bei allen Neutralisationsreaktionen.
6.5 Salze
Bei der Reaktion zwischen Säure und Basen entstehen Wasser und Salz. Salze sind typische
Ionenverbindungen.
Allgemein:
Metall
+ Nichtmetall
Salz
Metall
+ Säure
Salz + Wasserstoff
Metalloxid
+ Säure
Salz + Wasser
Nichtmetalloxid
+ Base
Salz + Wasser
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6.6 Fällungsreaktionen
Bei Fällungsreaktionen fällt aus Lösungen von frei beweglichen Ionen ein Feststoff aus.
Beispiele:
Ionen (mit Silbernitrat AgNO3):
Chlorid-Ionen
Sulfat-Ionen
Ionen (mit Bariumchlorid):
Blei-Ionen
Ionen (mit Schwefelwasserstoff):
Ag+ + Cl- AgCl↓↓ (weiß)
Ba2+ + SO42- BaSO4↓ (weiß)
Pb2+ + S2- PbS↓
6.7 Indikatoren
Indikatoren sind Stoffe, die den pH-Wert bestimmter
Stoffe anhand eines Vergleiches mit einer Farbskala
anzeigen. Oft
ft verwendet man hier Lackmus,
Bromthymolblau oder Phenolphthalein.
Phenolphthalein Letzteres zeigt
nur bei Zugabe einer alkalischen Lösung einen
Farbwechsel. Es gibt für eine genauere Messung des
pH-Wertes auch Universalindikatoren. Diese werden,
meist in Form eines Papierstreifens, mit der zu
prüfenden Lösung benetzt, anschließend vergleicht man
die Färbung des Papierstreifens mit der Farbskala.
Farbskala Man
spricht nun entweder von einer sauren, alkalischen oder
neutralen Lösung.
6.8 Elektrochemische Reaktionen
Elektrochemische Reaktionen gehören zu den Redoxreaktionen (Elektronenübergang).
Chemische Energie wird in Elektrische umgewandelt oder umgekehrt.
6.8.1 Elektrolyse
Mithilfe des elektrischen
Stroms
können
Ionenverbindungen
rbindungen aus ihrer
Schmelze oder Lösung in die
Elemente zerlegt werden.
Taucht man zwei Elektroden,
die
mit
einer
Gleichspannungsquelle
verbunden sind
in eine
Schmelze oder Lösung so
wandern die negativen Ionen
zum positiven Pol (Anode)
und die positiven Ionen zum
negativen Pol (Katode).
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6.8.2 Galvanisches Element
Ein galvanisches Element ist eine
elektrochemische Zelle. Es besteht
aus zwei miteinander kombinierten
Elektroden.
6.8.3 Akkumulatoren
Akkumulatoren sind ebenfalls galvanische Elemente,
die sich mehrfach aufladen lassen.
Gesamtzellenreaktion
Pb + PbO2 + 4 H3O+ + 2 SO42- ↔ 2 PbSO4 + 6 H2O
6.9
Energieumwandlung
6.9.1 Exotherme Reaktionen
Als exotherm bezeichnet man in der
Chemie einen Vorgang, meist eine
chemische Reaktion, bei dem Energie
in Form von Wärme an die
Umgebung abgegeben wird. Bei einer
exothermen Reaktion ist die so
genannte Reaktionsenthalpie ∆RH
negativ. Die Enthalpie H ist der
Wärmegehalt eines Systems bei
konstantem Druck.
6.9.2 Endotherme Reaktionen
Wie bei exothermen Reaktionen erfolgt auch bei endothermen Reaktionen der Ablauf in zwei
Schritten. Zunächst muss eine bestimmte Aktivierungsenergie aufgebracht werden,
anschließend wird ein Teil dieser Energie wieder frei. Der Unterschied zur exothermen
Reaktion liegt darin, dass diese freiwerdende Energie geringer als die Aktivierungsenergie ist
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und daher nicht ausreicht, die Reaktion
weiter
voranzutreiben.
Die
Reaktionsenergie ist positiv. Daher muss,
um die Reaktion nicht zu unterbrechen,
während
der
Reaktion
Energie
kontinuierlich von außen zugeführt
werden.
6.9.3
Reaktionsgeschwindigkeit
Die grundlegende Größe, mit der
in der Kinetik gearbeitet wird, ist
die
Reaktionsgeschwindigkeit.
Sie gibt an, wie viele Teilchen pro
Zeit in einer chemischen Reaktion
umgesetzt
werden.
Diese
Geschwindigkeit hängt dabei von
vielen Faktoren ab. Je nach
zugrunde liegendem Modell gibt
es unterschiedliche Möglichkeiten, die Reaktionsgeschwindigkeit zu betrachten.
Ein wichtiger Faktor, der zu
berücksichtigen ist, ist die
Konzentration der vorliegenden Stoffe. Je mehr Teilchen
ein Volumen enthält, desto
mehr Kollisionen wird es in
einer Zeitspanne geben. Da
eine Reaktion aber nur
stattfinden kann, wenn zwei
Teilchen miteinander kollidieren,
steigt
die
Reaktionsgeschwindigkeit mit der Konzentration der Edukte.
6.9.4 Chemisches Gleichgewicht
Nach
der
Einstellung
des
chemischen Gleichgewichts ändern
sich die Konzentrationen der
reagierenden Stoffe nicht mehr. Die
Geschwindigkeiten der Hin- und
Rückreaktionen sind gleich.
Stichworte:
Einstellzeit,
Gleichgewichtszustand
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Beeinflussung der Gleichgewichtsreaktion
Temperatur
- Erhöhung
- fördert endotherme Reaktionen
- Erniedrigung
- fördert exotherme Reaktionen
Konzentration
- Erhöhung
- Erniedrigung
- fördert die den Stoff verbrauchende Reaktion
- fördert die den Stoff bildende Reaktion
Druck
- Erhöhung
- Erniedrigung
- fördert die Reaktion mit Volumenabnahme
- fördert die Reaktion der Volumenzunahme
6.9.5 Katalysatoren
Katalysatoren verringern die
Aktivierungsenergie
und
erhöhen
dadurch
die
Reaktionsgeschwindigkeit. Der
Verlauf
der
katalysierten
chemischen Reaktion wird als
Katalyse bezeichnet.
6.9.6 Entzündungstemperatur
Die
Zündtemperatur
(auch
Zündpunkt,
Selbstentzündungstemperatur,
Entzündungstemperatur oder Entzündungspunkt) ist diejenige Temperatur, auf die man
einen Stoff oder eine Kontaktoberfläche erhitzen muss, damit sich eine brennbare Substanz
(Feststoff, Flüssigkeit, deren Dämpfe oder Gas) in Gegenwart von Luft ausschließlich
aufgrund seiner Erhitzung – also ohne Zündquelle wie einen Zündfunken – selbst entzündet.
Sie ist bei jedem Stoff unterschiedlich hoch und in vielen Fällen vom Druck abhängig.
6.9.7 Flammpunkt
Der Flammpunkt eines Stoffes ist die niedrigste Temperatur, bei der sich über einem Stoff
ein zündfähiges Dampf–Luft-Gemisch bilden kann. Ist das Volumen des Gemisches groß
genug, kann eine Explosion erfolgen. Unterhalb des Flammpunktes kann sich die Flammfront
nicht von der Zündquelle weg ausbreiten, da die Wärme aus der Oxidation nicht ausreicht, um
das Gemisch auf die zur Verbrennung nötige Temperatur aufzuheizen. Literaturwerte für
Flammpunkte gelten allgemein für einen Luftdruck von 1013 mbar. Bei höherem Druck liegt
der Flammpunkt höher – da mehr Luft aufgeheizt werden muss, ist auch eine höhere
Konzentration an Dampf nötig.
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