Grundwissen SG 9 - Johannes-Turmair
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Grundwissen Chemie: SG 9 1/34 Grundwissen Chemie: SG 9 2/34 PhysikoderChemie? Teilchen Erkläre den Unterschied zwischen physikalischen Beschreibe die Teilchen, aus denen Stoffe Vorgängen und chemischen Reaktionen. grundsätzlich bestehen können. Bei physikalischen Vorgängen bleibt der Stoff • Atom: ungeladenes, kleinstes Teilchen eines Elementes (z.B. Wasserstoffatom) • Molekül: mehrere verbundene Atome (z.B. H2O, CO2) • Ion: elektrisch geladenes Teilchen bestehen, es ändert sich nur sein Aggregatzustand. Bei chemischen Reaktionen werden unter Energieumsatz Teilchen umgruppiert. Dabei Ladung Atom-Ionen Molekül-Ionen entstehen andere Stoffe mit neuen Eigenschaften. Kation positiv Na+, Ca2+ + H3O +, NH4 Anion negativ Cl-, O2OH-, NO3 Grundwissen Chemie: SG 9 3/34 Grundwissen Chemie: SG 9 4/34 Aggregatzustä nde AnderungenvonAggregatzustä nden Benenne die einzelnen Aggregatzustände und beschreibe sie mit Hilfe des Teilchenmodells. Benenne die Übergänge zwischen den einzelnen Aggregatzuständen. Gas gasförmig (g) (gaseous) sind dicht gepackt n ie re re su bl im sind frei bewegen sich beweglich aneinander vorbei haben geringen haben großen Abstand Abstand su bl im sind auf festen Gitterplätzen , en st e n f un p en rd am er ve rd si ve en nd ko Die Teilchen … n Flüssigkeit ie re Feststoff fest (s) (solid) schmelzen erstarren flüssig (l) (liquid) Grundwissen Chemie: SG 9 5/34 Grundwissen Chemie: SG 9 6/34 Gemische Reinstoffe Erläutere den Begriff Gemisch. Erläutere den Begriff Reinstoff. Gemische Reinstoffe • enthalten mehrere Stoffe, die sich mit physikalischen Methoden (z. B. Destillation, Zentrifugation) trennen lassen. • unterscheiden sich je nach Zusammensetzung in ihren Eigenschaften. • unterteilt man in • bestehen aus nur einer Stoffart und sind daher physikalisch nicht weiter trennbar. • haben bei gleichen Bedingungen konstante Kenneigenschaften (z.B. Siedepunkt, Dichte). • unterteilt man in heterogene G. mehrere Phasen z.B. Emulsion homogene G. eine Phase z.B. Lösung Grundwissen Chemie: SG 9 Verbindungen Elemente mehrere Atomsorten nur eine Atomsorte z.B. H2O, NaCl z.B. Al, He, Cl2, O3 7/34 Grundwissen Chemie: SG 9 8/34 ZweiatomigeElemente Reaktionstypen Zähle zweiatomige Elemente auf. Erläutere die drei Grundtypen chemischer Reaktionen. H2, N2, O2 Elemente der 7. Hauptgruppe: F2, Cl2, Br2, I2 Synthese: A + B AB Teilchen mehrerer Edukte lagern sich zu einem Produkt zusammen (z.B. Knallgasprobe). Eselsbrücke: “Der HNO-Arzt wohnt im 7. Stock“ Analyse: AB A + B Teilchen eines Eduktes trennen sich zu mehreren Produkten (z.B. Elektrolyse von Wasser). Umsetzung: AB + C A + BC Teilchenumlagerung von mehreren Edukten zu mehreren Produkten (z.B. Fotosynthese) Grundwissen Chemie: SG 9 9/34 Grundwissen Chemie: SG 9 10/34 Nachweisreaktionen ChemischeFormel Nenne und beschreibe die Nachweisreaktionen für Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid. Benenne die einzelnen Bestandteile einer chemischen Formel und erläutere, welche Informationen man dem angegebenen Beispiel entnehmen kann: 2 Wasserstoff Nachweis: Knallgasprobe RG mit zu prüfenden Gas wird über eine Kerzenflamme gehalten: pfeiffende Verbrennung Sauerstoff Nachweis: Glimmspanprobe Glimmender Holzspan wird in RG mit zu prüfenden Gas gehalten: Aufflammen Kohlenstoffdioxid - Nachweis mit Kalkwasser Zu prüfendes Gas wird in Kalkwasser geleitet: Trübung durch weißen Kalkniederschlag Grundwissen Chemie: SG 9 11/34 (s) Elementsymbole „H, O“: Es liegt eine Verbindung der Nichtmetalle Wasserstoff und Sauerstoff vor. Index „2“: Ein Molekül besteht aus zwei H-Atomen und einem O-Atom. Es handelt sich also um Wasser. Koeffizient „3“: Es liegen drei Wassermoleküle vor. Aggregatzustand „(s)“: Das Wasser ist fest/gefroren. Grundwissen Chemie: SG 9 12/34 Verbindungstypen Wertigkeit Erläutere den Unterschied zwischen Molekülformel und Verhältnisformel. Erläutere die Bedeutung der Wertigkeit bei Verhältnisformeln und Molekülformeln. Nichtmetall - Nichtmetall - Verbindungen bilden einzelne Moleküle mit einer konkreten Anzahl von Atomen, die in Molekülformeln dargestellt werden (z.B. H2O, NH3, CCl4). Mit der Wertigkeit lassen sich die Indexzahlen chemischer Formeln ermitteln. Unterscheide: Metall - Nichtmetall - Verbindungen bilden Ionenverbände (Salze) im konstanten Zahlenverhältnis, die in Verhältnisformeln dargestellt werden (z.B. PbS, NaCl, Cu2S, Al2O3). Ionenwertigkeit = Ladung der Ionen Al3+ ist dreiwertig, O2- ist zweiwertig: Al2O3 stöchiometrische Wertigkeit Anzahl der Elektronen, die einem Atom zur Edelgaskonfiguration fehlen N ist dreiwertig, H ist einwertig: NH3 Grundwissen Chemie: SG 9 13/34 Grundwissen Chemie: SG 9 14/34 BenennungvonMolekü len BenennungvonSalzen Nach welchem Prinzip werden Moleküle aus zwei Elementen benannt? Nach welchem Prinzip werden Salze benannt? Bsp.: NaBr, MnO2, Al2O 3 Bsp.: CS2 , N2O 5 Salzname: Name Kation (Wertigkeit) + Name Anion Molekülname: Name (1. Element ) + Stammname + id griechische Zahlwörter verraten die Atomzahl: mono, di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, okta, nona, deka, … Natriumbromid Mangan(IV)-oxid Aluminium(III)-oxid Bsp.: Kohlenstoffdisulfid, Distickstoffpentaoxid Grundwissen Chemie: SG 9 15/34 Grundwissen Chemie: SG 9 16/34 WichtigeIonen Reaktionsgleichungerstellen Benenne folgende Ionen: Erläutere die Einzelschritte zum Erstellen einer Reaktionsgleichung am Beispiel der vollständigen Verbrennung von Glucose. 1 2 3 4 5 NH4+ HOHNO3NO2- 6 7 8 9 10 SO42SO32S2PO43O 2- 11 12 13 14 FClIBr 15 CO3216 HCO317 C418 SiO44- 1 Ammonium 6 Sulfat 11 Fluorid 15 Carbonat 2 Hydrid 7 Sulfit 12 Chlorid 16 3 Hydroxid 8 Sulfid 13 Iodid 4 Nitrat 9 Phosphat 14 Bromid 18 Silicat 5 Nitrit 10 Oxid Hydrogencarbonat 17 Carbid 1. Edukte und Produkte anschreiben Glucose + Sauerstoff Kohlenstoffdioxid + Wasser 2. chemische Formeln erstellen … C6H12O 6 + … O2 … CO2 + … H2O 3. Stoffausgleich durch Koeffizienten C6H12O 6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O Grundwissen Chemie: SG 9 17/34 Grundwissen Chemie: SG 9 18/34 Verbrennungsreaktionen Aktivierungsenergie,InnereEnergie Erläutere die drei Typen von Verbrennungsreaktionen. Erläutere die Begriffe Aktivierungsenergie und Innere Energie Eine Verbrennung ist eine Reaktion mit Sauerstoff. Dabei entstehen Sauerstoffverbindungen (Oxide). Man unterscheidet: • stille Verbrennung: langsam, ohne Flammen • Verbrennung: schnell, mit Flammen • Explosion: sehr schnell, mit Knall und Flammen Die Aktivierungsenergie EA ist die Energie, die zum Starten einer Reaktion aufgewendet werden muss (z. B. zum Lockern von Bindungen). Grundwissen Chemie: SG 9 19/34 Die Innere Energie Ei ist die Summer aller Energiearten in einem System. Ändert sich ihr Betrag bei einer chemischen Reaktion, so gilt: Ei = Ei(Produkte) - Ei(Edukte) ≠ 0 Grundwissen Chemie: SG 9 20/34 exothermeReaktion endothermeReaktion Erläutere den Begriff exotherme Reaktion unter Verwendung eines beschrifteten Energiediagramms. Erläutere den Begriff endotherme Reaktion unter Verwendung eines beschrifteten Energiediagramms. Bei einer exothermen Reaktion wird Energie frei: Eine endotherme Reaktion nimmt Energie auf: innere Energie E1 innere Energie E1 Übergangszustand: instabil EA EA Ei(E) Übergangszustand: instabil 2 H2 + O2 2 H2 + O2 Ei(P) Edukte: metastabil Produkte: metastabil i > 0 i < 0 Ei(P) 2 H2 O Produkt(e): stabil Reaktionszeit t Ei(E) 2 H2 O Edukt(e): stabil Reaktionszeit t Grundwissen Chemie: SG 9 21/34 Grundwissen Chemie: SG 9 22/34 Katalysator Reaktionsgeschwindigkeit Erläutere den Begriff Katalysator. Erläutere Möglichkeiten zur Beschleunigung chemischer Reaktionen. Ein Katalysator … • verringert die Aktivierungsenergie EA • beschleunigt die Reaktion • lässt die Reaktionsenergie Ei konstant • liegt nach der Reaktion unverändert vor. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist umso größer, je häufiger die Eduktteilchen wirkungsvoll zusammen stoßen. Sie steigt also • mit der Stoffkonzentration (Teilchenzahl) • mit der Temperatur (Teilchengeschwindigkeit) • mit der Oberflächengröße (häufigerer Teilchenkontakt) • bei gezieltem Teilchenkontakt (Katalysator) Bsp.: Braunstein, Platin, Enzyme Grundwissen Chemie: SG 9 23/34 Grundwissen Chemie: SG 9 24/34 Atombau SymbolschreibweisederElemente Beschreibe die atomaren Grundbausteine. Erläutere die allgemeine Symbolschreibweise für Elemente am Beispiel eines Fluorid-Ions: A Ez Z Ort Elementarteilchen Ladung ma /u Hülle Elektron e- - ≈0 Kern Proton p+ + ≈1 Kern Neutron n 0 ≈1 19 F9 Elementsymbol E (Abkürzung laut PSE) F = Fluor Massenzahl A (Gesamtmasse des Teilchens): Anzahl (p+ + n) = 19 Kernladungszahl Z (Ordnungszahl im PSE): Anzahl (Protonen) = 9 Ladungszahl z (Ladung des Teilchens): Anzahl (p+ - e-) = -1 Grundwissen Chemie: SG 9 25/34 Grundwissen Chemie: SG 9 26/34 ElementundIsotop AtommodellnachBohr Erkläre die Begriffe Element und Isotop. Erläutere das Schalen- oder Energiestufenmodell nach Niels Bohr. Alle Atome mit der gleichen Protonenzahl Z zählt man zu einem Element. Atome des gleichen Elements, die sich in ihrer Neutronenzahl und damit Massenzahl A unterscheiden, nennt man Isotope. Sie zeigen das gleiche chemische Verhalten und stehen im Periodensystem am gleichen Ort (gr. isos topos). z.B. 12 6 C und 146 C sind Kohlenstoffisotope. Grundwissen Chemie: SG 9 27/34 Edelgaskonfiguration Erläutere den Begriff Edelgaskonfiguration. Das Atom besteht aus einem positiv geladenen Atomkern (Protonen und Neutronen) und einer negativ geladenen Hülle (Elektronen). Die Elektronen können sich nur auf bestimmten Schalen bzw. Energiestufen (n = 1, 2, …) aufhalten. Die n-te Energiestufe kann maximal 2 n2 Elektronen aufnehmen. Grundwissen Chemie: SG 9 28/34 Ionisierungsenergieund Elektronenaffinitä t Erläutere die Begriffe Ionisierungsenergie und Elektronenaffinität. Ist die Valenzschale eines Atoms voll besetzt, so ist es besonders reaktionsträge (vgl. Edelgase): 1. Periode: Elektronenduplett ab 2. Periode: Elektronenoktett Atome können diesen Edelgaszustand erreichen, indem sie Elektronen aufnehmen oder abgeben: Metalle 2+ z.B. Mg Mg + 2 e Nichtmetalle z.B. Cl + e Cl Die Ionisierungsenergie ist die Energie, die zur vollständigen Abtrennung eines Elektrons aus der Atomhülle benötigt wird. Die Elektronenaffinität ist die Energie, die frei wird (oder aufgewendet werden muss) um ein Elektron in die Valenzschale aufzunehmen. Trend im PSE Grundwissen Chemie: SG 9 29/34 Grundwissen Chemie: SG 9 ChemischeBindungenimVergleich Salze Vergleiche die drei chemischen Bindungstypen. Charakterisiere die Ionenbindung und leite daraus typische Salzeigenschaften ab. Stoffart Salze Bindungspartner Metall-Kation / Nichtmetall-Anion Moleküle Nichtmetall / Nichtmetall Metalle Metall / Metall Bindungskräfte Ionenbindung 30/34 Salze sind Verbindungen aus Metall-Kationen und Nichtmetall-Anionen, die sich gegenseitig elektrostatisch anziehen. Dadurch besetzen sie feste Plätze im Ionengitter: Atombindung Metallbindung Grundwisssen Che emie: SG G9 31/34 typische Salzeigenschaften: • hohe Schmelz- und Siedepunkte • spröde • Schmelze/Lösung elektrisch leitfähig • kristallin elektrisch isolierend Grundwissen Chemie: SG 9 32/34 M Metallle Molekü le Ch harakkterisiere die Me etallbindun ng und leite e daaraus typissche M Metalleigen nschaaften ab. Charakterisiere die Elektronenpaarbindung (= kovalente Bindung, Atombindung). Im m Mettallgittter w werde en possitiv gelade g ene M Metallaatomrümp pfe du urch delokaalisierrte Elektro onen zzusam mmen ngehalten. In Molekülen werden zwei Nichtmetall-Atome durch gemeinsam beanspruchte Elektronen zwischen den Atomen zusammen gehalten. Durch diese gemeinsamen, bindenden Elektronenpaare wird die Edelgaskonfiguration erreicht. tyypisch he Me etalleiigenscchafte en: • hoh he Sch hmelzz- und d Siedepunkte • Leittfähiggkeit für f die e Wärrme und u Elektrizzität (sinkt bei Tem mperaturerhöhung) • Verrformbarke eit • hoh he Dicchte Lewis-Formel (= Valenzstrichformel): Grundwissen Chemie: SG 9 33/34 Grundwissen Chemie: SG 9 34/34 Valenzstrichformelnermitteln ChemischesRechnen Erkläre das Aufstellen einer Valenzstrichformel am Beispiel Ammoniak NH3 . Drücke folgende Größen durch zwei andere Größen aus und gib ihre Einheiten an. Dichte Stoffmenge Molmasse Molvolumen Stoffmengenkonzentration Summe der vorhandenen Valenzelektronen (VE) ermitteln: 5 (N) + 1 (H) + 1 (H) + 1 (H) = 8 Summe der für die Edelgaskonfiguration notwendigen VE ermitteln: 8 (N) + 2 (H) + 2 (H) + 2 (H) = 14 Summe der fehlenden VE ermitteln: 14 - 8 = 6 3 bindende Elektronenpaare
