Chemie - Klasse 9 SG

Stoffgemisch
(homogen oder heterogen)
9SG C1
Stoffgemische haben (je nach dem Mischungsverhältnis der beteiligten Stoffe) veränderliche Gemischeigenschaften.
Sie sind durch physikalische Trennverfahren
(Filtrieren, Destillieren, Sedimentieren, Extrahieren usw.) in Reinstoffe trennbar.
Man unterscheidet homogene und heterogene
Stoffgemische.
Sie bestehen aus einer einzige Phase, d.h. sie haben ein einheitliches Aussehen:
Homogene Stoffgemische
9SG C2
Feststofflösung: Feststoff ist in Flüssigkeit gelöst
(Zuckerwasser)
Gaslösung: Gas in Flüssigkeit gelöst z.B.: Kohlenstoffdioxid in Wasser
Flüssigkeitsgemisch: Lösung zweier Flüssigkeiten z.B. Alkohol in Wasser (Wein)
Legierung: homogene Mischung zweier Metalle z.B. Messing (Kupfer und Zink)
Sie bestehen aus mehreren Phasen, d.h. haben ein
uneinheitlichen Aussehen.
Heterogene Stoffgemische
9SG C3
Feststoffgemenge: fest/fest z.B. Granit
Suspension: fest/flüssig z.B. Mehl/Wasser
Emulsion: flüssig/flüssig z.B. Milch (Fetttröpfchen in Wasser)
Nebel: flüssig/gasförmig/
Rauch: fest/gas
Alle Stoffe bestehen aus kleinsten Teilchen.
Teilchenmodell
9SG C4
Teilchen können sein:
Atome (atomos gr. = unteilbar)
Moleküle (zusammengesetzte Teilchen) oder
Ionen (geladene Teilchen)
Fest, flüssig oder gasförmig
Aggregatszustände
9SG C5
Reinstoff
(Verbindung oder Element)
9SG C6
Verbindung
9SG C7
Übergang von – nach:
 festflüssig = schmelzen,
 flüssiggasförmig = verdampfen,
 flüssigfest = erstarren,
 gasförmigflüssig = kondensieren,
 festgasförmig = sublimieren,
 gasförmigfest = resublimimieren
Stoffebene:
Jeder Reinstoff hat unveränderliche Kenneigenschaften (Siedepunkt, Schmelzpunkt, Dichte, Aggregatszustand bei RT, Leitfähigkeit, Geruch, Farbe, Kristallform….)
Reinstoffe sind durch einfache physikalische
Trennverfahren (Destillieren, Filtrieren, Zentrifugieren..) nicht weiter trennbar.
Teilchenebene:
Ein Reinstoff besteht aus einer Teilchensorte
(Wasser aus Wassermolekülen)
Stoffebene: Reinstoff, der aus mind. 2 Elementen durch eine chemische Reaktion (Synthese)
entstanden ist und durch chem. Methoden (Analyse) auch wieder in diese zerlegt werden
kann.
Beispiel: Wasser kann in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden.
Teilchenebene: Stoff, der die verschiedenen
Teilchen zweier oder mehrerer Elemente in einem bestimmten Zahlenverhältnis enthält.
( H2O: H-Atome und O-Atome im Verhältnis 2:1)
Stoffebene: Reinstoff, der (chemisch) nicht
mehr weiter zerlegt werden kann;
jedem Element ist ein Elementsymbol zugeordnet
z.B. Wasserstoff: Elementsymbol H
Element
9SG C8
Teilchenebene: Verband aus Teilchen (Atomen,
Molekülen) einer einzigen Art , d.h. derselben
Protonenzahl.
z.B. Wasserstoff: Kleinstes Teilchen ist ein Molekül aus zwei Wasserstoffatomen (H-H oder H2)
Eine chemische Formel gibt das Zahlenverhältnis an, in dem die Atome in einer chemischen
Verbindung vorkommen.
Chemische Formel
9SG C9
Chemische Reaktion
9SG C10
Reaktionsgleichung
9SG C11
So gibt z.B. die Formel H2O an, dass in der Verbindung Wasser die Elemente Wasserstoff und
Sauerstoff im Verhältnis 2:1 vorkommen.
Der Index (tief gestellte Zahl) bezieht sich auf das
links davor stehende Elementsymbol.
Stoffebene: Vorgang, bei dem unter Energiebeteiligung aus einem oder mehreren Reinstoffen ein
oder mehrere neue Reinstoffe entstehen;
Chemische Reaktionen sind Stoff- und Energieumwandlungen
Teilchenebene: Chemische Reaktionen sind gekennzeichnet durch
 Umordnung und Veränderung von Teilchen
 Umbau von chemischen Bindungen
Die Reaktionsgleichung gibt an, welche Teilchen
in welchem kleinstmöglichem Zahlverhältnis
miteinander reagieren bzw. entstehen.
Beispiel: CH4 + 2 O2  CO2 + 2 H2O
Stoffebene: Bei der Umsetzung von Methan mit
Sauerstoff (= Verbrennung von Methan) entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser.
Teilchenebene:
1 Methanmolekül reagiert mit 2 Molekülen Sauerstoff zu 1 Molekül Kohlenstoffdioxid und 2
Molekülen Wasser.
Fähigkeit eines Systems, Arbeit zu verrichten.
Energie
Formen der Energie sind z.B.:
Wärme-, Licht-, Lage-, Bewegungsenergie, elektrische, mechanische, chemische Energie
9SG C12
Energie geht nicht verloren. Die verschiedenen
Energieformen sind jedoch ineinander umwandelbar.
Innere Energie
9SG C13
Die innere Energie ist die in einem Stoff oder in
Stoffen gespeicherte Energie, also der Energievorrat im Inneren eines Systems (= Edukte oder
Produkte)
Reaktion, bei der Wärme frei wird!
Ei
exotherme Reaktion
E1
Aktivierungsenergie
Edukte
Ei < 0
9SG C14
Produkte
E2
Reaktionskoordinate
(-weg)
Reaktion, bei der Wärme verbraucht wird
(ständige Wärmezufuhr).
Ei
endotherme Reaktion
Aktivierungsenergie
E1
Produkte
9SG C15
Ei > 0
E2
Edukte
Reaktionskoordinate
(-weg)
Aktivierungsenergie
9SG C16
Die zur Auslösung einer Reaktion erforderliche Energie.
Die Edukte werden durch die Aktivierungsenergie
in einen reaktiven Zustand versetzt.
Bei exothermen Reaktionen sind die Edukte in
einem metastabilen Zustand, d.h. sie reagieren
unmessbar langsam, sie gehen nicht spontan in
einen stabilen (energiearmen Zustand) über; instabil ist der Zustand nach Zuführung der EA.
Katalysator
9SG C17
Stoff, der eine chemische Reaktion beschleunigt, indem er die Aktivierungsenergie herabsetzt.
Ein Katalysator liegt vor und nach der Reaktion
unverändert vor.
Das Atom ist das kleinste Teilchen eines Elements.
Atom
9SG C18
In der Atomhülle befinden sich Elektronen, im
Atomkern, die Protonen und Neutronen.
Die Atome eines Elementes haben die gleiche Protonenzahl.
Die Nukleonenzahl A ist die Summe aus Protonenzahl
Z und Neutronenzahl N: A = Z + N
Atome gleicher Protonenzahl, aber verschiedener
Neutronenzahl und damit verschiedener Masse.
Beispiel:
Isotop
9SG C19
Molekül
9SG C20
Moleküle sind Verbände aus Nichtmetallatomen,
die bei Elementen aus gleichartigen Atomen, bei
Verbindungen aus verschiedenartigen Atomen bestehen. Die Molekülformel gibt an, wie viele Atome
im Molekül vorhanden sind.
Beispiele:
H2:
Element
H2O:
Verbindung
NH3:
Verbindung
Wasserstoff (H2)
Elemente, die als zweiatomige Moleküle vorkommen
9SG C21
Stickstoff (N2)
Sauerstoff (O2)
alle Elemente der 7. Hauptgruppe (Halogene)
Fluor (F2)
Chlor (Cl2)
Brom (Br2)
Iod (I2)
Positiv geladener Kern:
Protonen (p+) + Neutronen (n) = Nukleonen
Negativ geladene Hülle (e-)
Atombau
9SG C22
Energiestufenmodell der
Atomhülle
(Bohr`sches Atommodell)
9SG C23
Periodensystem der Elemente (PSE)
9SG C24
Metalle (links von der Diagonale)
Halbmetalle (auf der Diagonale)
Nichtmetalle (rechts von der Diagonale)
Die Atomhülle ist in „Schalen“ (Energiestufen)
K, L, M, .. Q bzw. Hauptquantenzahl (n = 1, 2 ..7)
gegliedert.
Jede Hauptschale kann maximal mit 2 n 2 Elektronen
besetzt werden. (z.B.: n=1  2e-; n=2  8e-)
Der Raum, in dem sich ein Elektron mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit aufhält, wird Orbital genannt.
(Exakte Angaben über den Ort und die Geschwindigkeit eines Elektrons lassen sich nicht machen.)
Energie, die zur Abtrennung eines
Elektrons aus einem Atom benötigt
wird
Ionisierungsenergie
9SG C25
Edelgas-Konfiguration
Oktettregel
9SG C26
Besonders stabile Elektronenkonfiguration (e- Anordnung) gleich der eines Edelgases;
In der Regel:
8 Valenzelektronen = Außenelektronen
(Elektronenoktett)
[Ausnahme Helium (Elektronendublett)]
Bei der Reaktion von Metallen mit
Nichtmetallen entstehen Salze (Ionenverbindungen).
Salze
9SG C27
Ion Ionenbindung
Ionengitter
Charakteristische Salzeigenschaften:
Kristallinität, Sprödigkeit, elektrische Leitfähigkeit in Lösungen und Schmelzen
Nicht aber im festen Zustand !
(Leiter 2. Ordnung)
Elektrisch geladene Atome (Atom-Ionen) oder
Atomverbände (Molekül-Ionen)
Anionen (negativ geladen) und
Kationen (positiv geladen) ziehen sich gegenseitig an und bilden ein Ionengitter
9SG C28
Ionenverbindungen sind Salze
MetalleMetallbindung
Metallischer Glanz, gute Wärmeleitfähigkeit
Elektrische Leitfähigkeit (Leiter 1. Ordnung)
Elektronen als Ladungsträger (ElektronengasModell)
Leichte Verformbarkeit (Metallgitter-Modell)
9SG C29
Molekular gebaute StoffeElektronenpaarbindung
(=Atombindung
=Kovalente Bindung)
9SG C30
Molekular gebaute Stoffe werden von Nichtmetallen gebildet!
Die Atome in einem Molekül sind durch ein gemeinsames Elektronenpaar verbunden.
Einfachbindung:
1 bindendes Elektronenpaar z.B.: H-H
Doppelbindung:
2 bindende Elektronenpaare z.B.: O=O
Dreifachbindung:
3 bindende Elektronenpaare z.B. N≡N
Elektronen der äußersten Schale (Energiestufe)
Valenzelektronen
Valenzstrich-Schreibweise
Punkt: ungepaartes Elektron
Strich: Elektronenpaar (2 Elektronen in einem
Orbital)
9SG C31
Teilchenmasse
Die Masse eines Teilchens (Atommasse mA, Molekülmasse mM) wird in der Regel in der atomaren Masseneinheit u angegeben, die als 1/12 der
Masse des C-12 Atoms definiert ist.
9SG C32
1u entspricht in etwa der Masse eines HAtoms.
1 Mol (Zeichen 1 mol) ist die Stoffmenge n, die aus
ebenso vielen Teilchen (Atomen, Molekülen, Ionen)
besteht, wie Atome in 12 g des Kohlenstoffnuklids 12C
enthalten sind, d.h. 1 Mol sind 6,022 x 1023 Teilchen
Mol
9SG C33
1 Mol Kohlenstoff enthält 6, o22 1023 Kohlenstoffatome und wiegt 12g.
1 Mol Kohlenstoffdioxidgas enthält 6, 022 1023 Kohlenstoffdioxidmoleküle und wiegt 44g. (12 + 2 x 16)
1 Mol Wasserstoffgas (H2) enthält 6, 022 1023 Wasserstoffmoleküle und wiegt 2g.
Die Avogadro-Konstante ist der Quotient aus der Teilchenanzahl einer Stoffportion und der Stoffmenge
dieser Stoffportion:
N A (X ) 
Avogadrokonstante NA
9SG C34
N(X )
n( X )
;
N A  
1
mol
Die Avogadro-Konstante hat für alle Stoffe den gleichen Wert:
N A  6,02  1023
1
mol
d.h.: In einem Mol eines Stoffes X sind 6,022 x 1023
Teilchen enthalten.
Die molare Masse ist der Quotient aus der Masse einer
Stoffportion und der Stoffmenge dieser Stoffportion:
M (X ) 
Molare Masse M (X)
9SG C35
m( X )
;
n( X )
M   1
g
mol
Die molare Masse ist abhängig von der Stoffart.
Der Zahlenwert der Teilchenmasse in u (Massenzahl
im PSE) ist gleich dem Zahlenwert der molaren Masse.
Beispiele: M(H2O) = 18g/mol;
M(C) = 12g/mol;
M(CO2) = 44g/mol;
M(H2)= 2g/mol
Das molare Normvolumen ist der Quotient aus dem
Normvolumen Vn einer Stoffportion und der Stoffmenge dieser Stoffportion bei Normalbedingungen
(0°C und 1013 hPa).
Molares Volumen Vmn
9SG C36
Vmn ( X ) 
Vn ( X )
;
n( X )
Das molare Normvolumen beträgt für alle Gase
22,4 l/mol.
Vmn  22,4
l
mol