Naturwissenschaftliches Arbeiten 1 1 Aggregatzustände 2 2 Stoff

Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
1
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
2
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
1
Energie
8 NTG
9 SG
2
Energie
8 NTG
9 SG
3
Naturwissenschaftliches
Arbeiten
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
sieden
Aggregatzustände
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
3
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Stoff
Einteilung der Stoffe:
Mischen
Reinstoff
Stoff
Bei
gleichen
Bedingungen
(Temperatur, Druck):
immer gleiche qualitative und
quantitative Eigenschaften
(z.B. Farbe, Geruch, Geschmack,
Aggregatzustand, Schmelz- und
Siedetemperatur, Dichte)
Reinstoff
Stoffgemisch
Trennen
Stoffgemisch
Keine konstanten Eigenschaften;
diese ändern sich mit der
Zusammensetzung.
z.B.: Salzwasser
z.B.: Gold, Wasser, Wasserstoff
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
4
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Element
Verbindung
8 NTG
9 SG
4
Reinstoff
Einteilung der Stoffe:
Reinstoff
Energie
Element
Verbindung
besteht aus nur einer
Atomart
besteht aus verschiedenen
Atomarten in einem festen,
für die Verbindung charakteristischen Zahlenverhältnis
Atom
Gold
Au
Molekül
Wasserstoff
H2
Wasser
H2O
Sie lässt sich durch eine Analyse
in Elemente zerlegen.
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
5
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
5
Stoffgemisch
Einteilung der Stoffe:
homogenes Stoffgemisch
heterogenes Stoffgemisch
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
6
homogen
heterogen
nur eine Phase:
haben ein einheitliches
Aussehen
(z.B. Luft)
mindestens zwei Phasen:
verschiedene Stoffe
erkennbar
(z.B. Zigarettenrauch)
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
6
Chemische Reaktionen sind
Stoff- und Energieumwandlungen.
Auf Teilchenebene sind sie gekennzeichnet durch:

Chemische Reaktion
Umgruppierung von Atomen

Umbau von chemischen Bindungen

erfolgreiche Teilchenzusammenstöße
2 H2
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
7
+
O2
2 H2O
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
wird frei
Energie
8 NTG
9 SG
7
Synthese:
A
+
z.B.: Wasserstoff
Grundtypen
B
C
Sauerstoff
Wasser
chemischer Reaktionen
Analyse:
C
z.B.:
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
8
A
Wasser
+
Wasserstoff
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Glimmspanprobe
Energie
B
Sauerstoff
8 NTG
9 SG
8
 Sauerstoff
Verbrennung in reinem Sauerstoff ist heftiger als in Luft
 glimmender Holzspan glüht auf
Nachweisreaktionen
Knallgasprobe
 Wasserstoff
Wasserstoff in Kontakt mit Sauerstoff explosionsfähig
 Geräusch (Druckwelle) bei Entzündung
Kalkwasserprobe  Kohlenstoffdioxid
Kohlstoffdioxid bildet in Kalkwasser (Calciumhydroxid-Lösung)
schwer lösliches Calciumcarbonat (Kalk)  Trübung
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
9
Energie
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
8 NTG
9 SG
9
Der gesamte Energievorrat im Inneren eines Systems ist dessen
innere Energie Ei. [Ei] = 1 kJ (alte Einheit: kcal)
Innere Energie Ei
Energieabgabe bei einer chemischen Reaktion:
exotherme Reaktion (∆Ei < 0).
Energieaufnahme bei einer chemischen Reaktion:
endotherme Reaktion (∆Ei > 0).
ex otherm
endotherm
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
andere
Energieformen,
z.B. Wärme, …
8 NTG
9 SG
10
System
mit der inneren
Energie Ei
endotherm
exotherm
Energie
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
8 NTG
9 SG
10
Die Änderung der inneren Energie eines Systems bei
chemischen Reaktionen kann durch ein Energiediagramm dargestellt
werden.
z.B. exotherme Reaktion
Ei
Aktivierungsenergie EA
Energiediagramm
E1
Edukte
abgegebene
Energie
ΔEi < 0
E2
Produkte
Reaktionsverlauf
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
11
Energie
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Ein
•
•
•
8 NTG
9 SG
11
8 NTG
9 SG
12
Katalysator ist ein Stoff, der
die Aktivierungsenergie herabsetzt
die Reaktion beschleunigt und
nach der Reaktion unverändert vorliegt.
Katalysator
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Molekül
Energie
8 NTG
9 SG
12
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
Teilchen, die aus mindestens zwei Nichtmetall-Atomen
bestehen, werden als Moleküle bezeichnet. Moleküle von
Elementen bestehen aus gleichartigen Atomen (Cl2, O2, N2,
H2), Moleküle von Verbindungen aus verschiedenartigen
Atomen (NH3, H2O, CO2, CH4).
Wasserstoffmolekül
Sauerstoffmolekül
Wassermolekül
Kohlenstoffdioxidmolekül
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
13
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
Salze: Verbindungen aus Ionen
Kationen
Anionen
Salze
Na+
NH4
Cl-
NH4Cl
+
Cl
Ca(NO3)2
Donator - Akzeptor
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
14
Donator - Akzeptor
Struktur - Eigenschaften
Energie
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Die Molekülformel gibt
an, aus wie vielen
Atomen
jeweils
ein
Molekül
(NichtmetallNichtmetall-Verbindung)
besteht.
Molekülformel
Stoff - Teilchen
NO3
NO3-
Energie
Die Verhältnisformel gibt das
Zahlenverhältnis der Ionen in
einem Salz (Metall-NichtmetallVerbindung) an.
Verhältnisformel
Gleichgewicht
Molekül-Ionen
z.B.: NH4+, SO42-, NO3-
-
Ca
Stoff - Teilchen
Atom-Ionen
z.B.: Na+, Ca2+, Cl-
-
2+
Gleichgewicht
8 NTG
9 SG
15
Atommodelle
Struktur - Eigenschaften
n=2
n=1
 Energiestufenmodell
8 NTG
9 SG
14
CaF2
C4H10
(Butanmolekül)
Energie
Donator - Akzeptor
Energie
 Modell nach Dalton
(Wasserstoffperoxidmolekül)
Stoff - Teilchen
n=3
NaCl
H2O2
Gleichgewicht
Masse
C-Atom 12u
H-Atom 1u
Kationen:
positiv geladene Ionen
Anionen:
negativ geladene Ionen
NaCl
Atom-Ionen und Molekül-Ionen
13
Salz
.
Kationen und Anionen
8 NTG
9 SG
8 NTG
9 SG
15
Daltonsche Atommodell
 Atom als kompakte Kugel (z.B.: C-Atom, H-Atom).
Energiestufenmodell oder Quantenmodell
 beschreibt den Aufbau der Atomhülle
 Elektronen auf Energiestufen
 eine Energiestufe kann von maximal 2n2 Elektronen
besetzt werden
Orbital: Raum um den Atomkern, in welchem ein
Elektron mit hoher Wahrscheinlichkeit anzutreffen ist.
Orbitalmodell: beschreibt die Atombindung:
 Orbitalmodell
(ab 9 NTG / 10 SG)
 jedes Orbital fasst maximal zwei Elektronen
 Atombindung kommt durch Überlappung zweier
Orbitale zustande (z.B. Wasser-Molekül).
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
16
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
16
Atomhülle: Elektronen eAtomkern:
Neutronen n und Protonen p+
Atom
A
Z
(Lithium)
X
+
Protonenzahl Z (Ordnungszahl)
definiert die Atomart.
3 p , 4 n, 3 e-
Nukleonenzahl A (Massenzahl)
Nukleonenzahl A:
A=7
Rel. Atommasse mA: 7 u
A=Z+N
Ordnungs-, Elektronen-,
Protonen-, Kernladungszahl: Z= 3
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
17
Donator - Akzeptor
Struktur - Eigenschaften
Entstehung von Ionen
durch Aufnahme oder
Abgabe von Elektronen
Edelgasregel
(Oktettregel)
Energie
Stoff - Teilchen
Gleichgewicht
Na

8 NTG
9 SG
Na+
1e-
+
E
E
17
+
Ausbildung einer
Atombindung durch
gemeinsames Nutzen
von Elektronen
Edelgaskonfiguration: Atome erreichen in ihrer höchsten Energiestufe
die gleiche Anzahl an Valenzelektronen wie die Edelgas-Atome.
Edelgasatome haben acht Valenzelektronen.
(Ausnahme: Edelgasatom Helium: 2 Valenzelektronen)
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
18
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
18
Jede chemische Bindung beruht auf der Wechselwirkung
(Anziehungs- und Abstoßungskräfte) zwischen positiven und
negativen Ladungen.
Chemische Bindung
Ionenbindung
positive
Teilchen
negative
Teilchen
 Ionenbindung
 Metallbindung
Metallbindung
Atombindung
Kationen
Atomrümpfe
Atomkerne
Anionen
Elektronen(gas)
Bindungselektronen
 Atombindung
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
19
Donator - Akzeptor
Struktur - Eigenschaften
Mehrfachbindung
z.B.:
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
Energie
8 NTG
9 SG
19
Eine Atombindung kommt durch die Überlappung von
Atomorbitalen zustande.
Einfachbindungen und Dreifachbindungen erlauben eine
Drehung der Molekülteile gegeneinander. Doppelbindungen
lassen keine freie Drehung zu.
Atombindung
Einfachbindung
Stoff - Teilchen
Gleichgewicht
8 NTG
9 SG
20
Einfachbindung
Doppelbindung
–C–C–
C=C
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Dreifachbindung
–C
Energie
C–
8 NTG
9 SG
20
Valenzstrichformeln enthalten Striche zur Symbolisierung bindender und nicht bindender Elektronenpaare.
Die
Valenzstrichformel
erlaubt
die
Andeutung
von
Bindungswinkeln. Es gilt stets die Edelgasregel.
Valenzstrichformel
(Strukturformel)
Beispiel Wassermolekül
(O-Atom: Oktett, Hülle des Neonatoms,
H-Atom: Duplett, Hülle des Heliumatoms)
Beispiel Kohlenstoffdioxidmolekül
(C-Atom: Oktett, Hülle des Neonatoms
O-Atom: Oktett, Hülle des Neonatoms)
H
O
H
O C O
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
21
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
8 NTG
9 SG
21
Die Masse eines Teilchens (Atom, Molekül, Ion) kann in der
Einheit Gramm g oder in der atomaren Masseneinheit u
angegeben werden.
Teilchenmasse
(Atom-, Molekül-, Ionenmasse)
Ein u ist definiert als der 12. Teil der Masse eines
Kohlenstoffatoms 12C.
1u = 1,66 · 10-24 g
1g = 6,022 · 1023 u
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
9 SG
22
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
9 SG
22
Angabe der Quantität einer Stoffportion durch:
Masse m, Volumen V, Teilchenanzahl N, Stoffmenge n
V (H2O) = 1 l
Stoffmenge n
n (H2O) = 55,5 mol
25
m (H2O) = 1000g
[n] = 1 mol
o
Wasser (4 C)
N (H2O) = 3,34*10
(Teilchen)
Die Stoffmenge n ist der Teilchenanzahl N proportional.
1 Mol ist die Stoffmenge einer Stoffportion, die aus ebenso
vielen Teilchen (Atomen, Molekülen, Ionen) besteht,
wie Atome in 12 g des Kohlenstoffatoms 12C enthalten sind.
1 mol entspricht 6,022 · 1023 Teilchen
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
9 SG
23
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
m
M
V
n=
Vm
n=
Zusammenhang zwischen
Quantitäts- und Umrechnungsgrößen
n=
N
NA
n = c ⋅V
m
N =
mA
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
10 SG
24
Energie
n
Stoffmenge [mol]
m
Masse [g]
9 NTG
9 SG
23
mA Atomare Masse
M
Molare Masse [g/mol]
V
Volumen [l]
Vm Molares Volumen (Gase: 22,4 l/mol)
N
Teilchenanzahl
NA Avogadrokonstante (6,022 ·1023 mol-1)
c
Konzentration [mol/l]
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
10 SG
24
Elektronegativität
 Eigenschaft der Atome, Bindungselektronen anzuziehen
 Die Atombindung ist umso polarer,
Elektronegativitätsdifferenz ∆ EN ist.
Elektronegativität EN
je
größer
die
 Die EN hängt von der Kernladung und der Größe der Atome ab:
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
10 SG
25
Intermolekulare Wechselwirkungen
 Van der Waals WW
 Wasserstoffbrücken
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Struktur - Eigenschaften
Energie
Donator - Akzeptor
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
10 SG
25
van der Waals WW
 Anziehungskräfte zwischen spontanen und induzierten Dipolen
 steigen mit zunehmender Kontaktfläche und Molekülmasse
 wirken zwischen allen Molekülen (auch unpolaren)
Dipol-Dipol-WW
 WW zwischen permanenten Dipol-Molekülen (z.B. HCl)
 Dipol-Dipol-WW
Gleichgewicht
Stoff - Teilchen
Gleichgewicht
Wasserstoffbrücken
 sind bei geringer Molekülgröße die stärksten WW
 kommen bei Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs,
des Sauerstoffs und des Fluors vor (NH3, H2O, HF)
9 NTG
10 SG
26
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
10 SG
26
Säure: Protonendonator
Saure Lösungen enthalten mehr Oxonium- als Hydroxidionen:
Säure - saure Lösung
n (H3O+) > n (OH-)
neutrale Lösung
Neutrale Lösungen enthalten gleich viel Teilchen beider Ionensorten:
Base – basische / alkalische Lösung
n (H3O+) = n (OH-)
Base: Protonenakzeptor
Alkalische Lösungen enthalten mehr Hydroxid- als Oxoniumionen:
n (H3O+) < n (OH-)
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
10 SG
27
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Säure
Wichtige Säuren
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
10 SG
28
Energie
9 NTG
10 SG
Säure-Anion
“Salzsäure”
HCl
 in Urinsteinentferner
Chlorid
Cl-
Salpetersäure
 in Dünger
Nitrat
NO3-
Schwefelsäure
H2SO4
 in Autobatterien; im sauren Regen
Sulfat
SO42-
Kohlensäure
H2CO3
 in Erfrischungsgetränken
Carbonat
CO32-
Phosphorsäure
H3PO4
Phosphat
 in geringen Mengen in Cola enthalten
PO43-
HNO3
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Natriumhydroxid NaOH
27
Energie
9 NTG
10 SG
28
 Lsg.: Natronlauge
in Rohrreiniger, Laugengebäck
Wichtige Basen
Kaliumhydroxid KOH
 Lsg.: Kalilauge
zum Abbeizen
Calciumhydroxid Ca(OH)2
CO2-Nachweis, Kalkmörtel
 Lsg.: Kalkwasser
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
10 SG
29
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
10 SG
29
Protonenübergang von Oxonium-Ionen auf Hydroxid-Ionen unter
Wasserbildung:
H3O+ + OH-  2 H2O
Neutralisation
Bei der Reaktion äquivalenter Mengen einer starken Säure mit einer
starken Base bildet sich eine neutrale Lösung (pH=7).
Säure +
z.B. HCl
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
10 SG
30
+
Base

Wasser +
Salz
NaOH

H2O
NaCl
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
+
Energie
9 NTG
10 SG
30
Quantitatives Verfahren zur
Bestimmung einer unbekannten Konzentration
eines gelösten Stoffes (z.B. Säure) durch
schrittweise Zugabe einer Lösung bekannter
Konzentration (Titer-Lösung, z.B. Lauge)
Säure-Base-Titration
bis zum Äquivalenzpunkt ÄP (zu erkennen an
der Änderung der Indikatorfarbe).
Am ÄP gilt für die Titration von Säuren und Basen:
n (Säure) = n (Base)
n = c ⋅V
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
10 SG
31
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
10 SG
31
Ein Maß für die Oxoniumionen-Konzentration ist der pH-Wert:
pH = - lg {c(H3O+)}
pH-Wert
pH-Skala; Färbung mit Universalindikatorlösung:
Salzsäure,
c=1mol/L
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
10 SG
32
Cola
destilliertes
Wasser
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Oxidation:
Abgabe von Elektronen
Natronlauge,
c= 1 mol/L
Energie
9 NTG
10 SG
32
(Oxidationszahl steigt)
Reduktion: Aufnahme von Elektronen (Oxidationszahl sinkt)
Oxidation und Reduktion
Oxidationsmittel:
nimmt Elektronen auf und wird dabei selbst reduziert
Reduktionsmittel:
gibt Elektronen ab und wird dabei selbst oxidiert
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
33
Energie
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Galvanisches Element:
Redox-Reaktion setzt elektrische Energie frei
Batterie
(galvanisches Element)
Elektrolyse
ZnI2  Zn + I2
Galvanisches Element
∆Ei>0
Donator - Akzeptor
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
10 SG
34
∆Ei<0
Zn + I2  ZnI2
erzwungen
Stoff - Teilchen
33
Elektrolyse:
Redox-Reaktion wird durch Zufuhr von elektrischer Energie
erzwungen
Elektrolyse
Gleichgewicht
10 NTG
10 SG
freiwillig
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
9 NTG
10 SG
34
Fast alle chemischen Reaktionen können als DonatorAkzeptor-Reaktionen beschrieben werden.
• Protolyse-Reaktion: Protonen werden übertragen
• Redox-Reaktion:
Elektronen werden übertragen
Donator-Akzeptor-Reaktion
 Protolyse-Reaktion
 Redox-Reaktion
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Struktur - Eigenschaften
Energie
Akzeptor
Säure
Base
Reduktionsmittel
Oxidationsmittel
Protolyse-Reaktion
Redox-Reaktion
Gleichgewicht
Donator
10 NTG
10 SG
35
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
35
Die funktionellen Gruppen bestimmen das Reaktionsverhalten
der organischen Verbindungen.
Carbonyle
Alkohole
O
OH
C
Hydroxygruppe
Funktionelle Gruppen
Carbonylgruppe
funktionelle
Gruppen
Amine
Carbonsäuren
O
C
H
N
OH
H
Aminogruppe
Carboxygruppe
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
36
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
36
Isomerie
gleiche Summenformel,
aber verschiedene Verbindungen
Isomerie
Konstitutionsisomerie
unterschiedliche Verknüpfung
der Atome
z.B.:
Stereoisomerie
Unterschiedliche Anordnung der
Atome im Raum
z.B.:
Butan
2-Methylpropan
E-/Z-Isomerie an Doppelbindungen
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
37
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
37
Das Prinzip der Donator-Akzeptor-Reaktionen kann auf
Elektronenpaare angewendet werden.
Nukleophile Teilchen mit freien Elektronenpaaren
reagieren stets mit elektrophilen Teilchen, welche
zusätzliche Bindungen ausbilden können.
Elektrophil - Nukleophil
(Donator-Akzeptor-Prinzip)
Organische Reaktionsmechanismen werden oft nach dem kleineren
Teilchen benannt, z.B. elektrophile Addition.
Die Begriffe Nukleophil und Elektrophil gehören aber zusammen wie
z.B. Säure und Base.
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
38
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
38
Organische Verbindungen mit Einfachbindungen (Alkane, Alkohole,
Halogenalkane) haben die Tendenz zu Substitutionsreaktionen:
I I
H-C–C-H
I I
Organische Reaktionstypen I
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
+
Organische Verbindungen mit Mehrfachbindungen
Carbonyle) gehen tendenziell Additionsreaktionen ein:
l
l
l
l
C=C
Gleichgewicht
I I
H - C – C - Br
I I
+ Br2
39
l
+ Br2
HBr
(Alkene,
l
-C–C-
l
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Br
l
Br
Energie
10 NTG
10 SG
39
Kondensationsreaktion:
zwei Moleküle verbinden sich miteinander unter Abspaltung eines
kleinen Moleküls (z.B. H2O)
Hydrolyse:
Spaltung einer Verbindung durch Reaktion mit Wasser
Organische Reaktionstypen II
Kondensation
Hydrolyse
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
40
Carbonsäure
+ Alkohol
Ester
+
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Energie
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
10 NTG
10 SG
Wasser
M onosaccharide
sind entweder Polyhydroxyaldehyde oder Polyhydroxyketone
Biomoleküle:
z.B.:
Kohlenhydrate I
Traubenzucker (Glucose)
Fruchtzucker (Fructose)
40
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
41
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
41
Disaccharide und P olysaccharide
Monosaccharide werden durch glycosidische
Disacchariden oder Polysacchariden verknüpft.
Biomoleküle:
Kohlenhydrate II
Disaccharide
Polysaccharide
(z.B. Maltose, Saccharose)
(z.B. Stärke, Cellulose, Glykogen)
Saccharose
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
42
Bindungen
zu
Cellulose
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
42
Am inosäuren (2-Aminocarbonsäuren)
Rest
AminoGruppe
Biomoleküle:
CarboxyoGruppe
P roteine
Proteine
Aminosäuren durch Peptidbindungen zu Ketten verknüpft
Peptidgruppe
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
43
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
43
Fette sind Ester aus Glycerin und Fettsäuren
Biomoleküle:
Veresterung
Hydrolyse
Fette
Glycerin
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
44
Fettsäuren
Fett
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Energie
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Wasser
10 NTG
10 SG
44
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
Energie
Energie
Energie
10 NTG
10 SG
45
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
10 NTG
10 SG
46
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
10 NTG
10 SG
47
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
10 NTG
10 SG
48
Stoff - Teilchen
Donator - Akzeptor
Gleichgewicht
Struktur - Eigenschaften
Energie
10 NTG
10 SG
45
Energie
10 NTG
10 SG
46
Energie
10 NTG
10 SG
47
Energie
10 NTG
10 SG
48
Carbonyle
Alkohole
O
OH
C
Hydroxygruppe
Carbonylgruppe
funktionelle
Gruppen
Carbonsäuren
Amine
O
C
H
OH
Carboxygruppe
N
H
Aminogruppe
Ei
Ei
Aktivierungsenergie EA
E1
E2
Edukte
E1
abgegebene
Energie
ΔEi < 0
Produkte
Reaktionsverlauf
Aktivierungsenergie EA
ohne Katalysator
mit Katalysator
Edukte
abgegebene
Energie
ΔEi < 0
E2
Produkte
Reaktionsverlauf