Notizen, Zusammenfassungen, Arbeiten, Prüfungen und Probleme für Chemie

Chemische Reaktionen

Eine chemische Reaktion ist ein Prozess, bei dem ein oder mehrere Stoffe (Edukte oder Reaktanten) in einen oder mehrere andere Stoffe (Produkte) umgewandelt werden. Dieser Prozess beinhaltet eine Neuordnung der Atome.

Grundlegende chemische Gesetze

• Gesetz der Massenerhaltung: Die Gesamtmasse der Reaktanten entspricht der Gesamtmasse der Produkte.
• Gesetz der konstanten Proportionen: Wenn sich zwei oder mehr Elemente zu einer bestimmten Verbindung vereinigen, ist das Verhältnis ihrer Massen stets konstant.
• Gesetz der multiplen Proportionen: Wenn zwei Elemente mehr als eine Verbindung miteinander bilden können, dann stehen die Massen des einen Elements, die sich mit einer konstanten Masse des anderen Elements verbinden, in einem

Systeme in der Thermodynamik

Ein System ist der Teil des Universums, der isoliert betrachtet oder untersucht wird. Der Rest wird als Umgebung bezeichnet.

• Offenes System: Austausch von Materie und Energie mit der Umgebung.
• Geschlossenes System: Austausch von Energie, aber nicht von Materie.
• Isoliertes System: Kein Austausch von weder Materie noch Energie.

Bei chemischen Reaktionen besteht das System typischerweise aus den beteiligten Chemikalien (Edukte und Produkte).

Thermodynamik und Energieaustausch

Die Thermodynamik ist der Teil der Chemie, der sich mit dem Studium des Energieaustauschs eines chemischen Systems mit seiner Umgebung befasst.

Es gibt chemische Systeme, die bei der Umwandlung von Edukten zu Produkten Energie freisetzen. Dies sind exotherme

Kohlenwasserstoffe enthalten nur Kohlenstoffatome und Wasserstoff. Sie sind wenige dicht und gut brennbar. Sie kommen in Öl und Erdgas vor. Einstufung der offenkettigen Kohlenwasserstoffe: gesättigte (Alkane) und ungesättigte (Alkene und Alkine), geschlossene Ketten oder cyclische alicyclische (Cycloalkane und Cycloalkene) sowie Aromaten. Sie werden Kohlenwasserstoffe genannt, wobei einige Präfixe die Zahl der Kohlenstoffatome und Suffixe für Alkane, Alkene und Alkine angeben. Alkohole: Oxidierte organische Verbindungen, die im Molekül eine oder mehrere Hydroxylgruppen (OH) enthalten. Sie werden mit der Nachsilbe -ol benannt. Sie sind gute Lösungsmittel und Kraftstoffe. Organische Säuren: Carbonsäuren enthalten die Gruppe (COOH). Sie... Weiterlesen "Kohlenwasserstoffe: Eigenschaften, Klassifikation und Umweltaspekte" »

Chemische Reaktionen

Chemische Reaktionen sind Prozesse, in denen Stoffe, die als Reaktanten bezeichnet werden, zu anderen Stoffen, den Produkten, umgewandelt werden. Die Gesamtmasse bleibt dabei konstant (Gesetz von Lavoisier).

Reaktionsgleichung

Die Darstellung chemischer Reaktionen erfolgt durch Reaktionsgleichungen. Wenn die Anzahl der Atome jedes Elements auf beiden Seiten der Gleichung nicht übereinstimmt, muss ein stöchiometrischer Koeffizient hinzugefügt werden.

Ausbeute einer Reaktion

Die Ausbeute einer Reaktion, in der Regel in %, gibt das Verhältnis der tatsächlich erhaltenen Produktmenge zur theoretisch berechneten Produktmenge an.

Grundlegende chemische Gesetze

• Gesetz von der Erhaltung der Masse (Lavoisier)

  In einem geschlossenen

Chemische Reaktionen und Bindungstypen

Reaktionen mit Metallen

Metall + O₂ → Basisches Oxid
Basisches Oxid + H₂O → Hydroxid
Hydroxid → Salz + H₂O

Metall + H₂O → Hydrid

Reaktionen mit Nichtmetallen

Nichtmetall + O₂ → Saures Oxid
Saures Oxid + H₂O → Säure
Säure → Salz + H₂O

Basische Oxide

Basische Oxide sind binäre Verbindungen, die durch die Reaktion eines Metalls mit Sauerstoff entstehen.

Beispiele:
Na + O₂ → Na₂O
Ca + O₂ → CaO
Al + O₂ → Al₂O₃

Basische Oxide reagieren mit Wasser zu Hydroxiden:
Na₂O + H₂O → 2NaOH
CaO + H₂O → Ca(OH)₂
Al₂O₃ + 3H₂O → 2Al(OH)₃

Bindungstypen

Elektronegativität

Die Elektronegativität ist ein Maß für die Fähigkeit eines Atoms oder einer Atomgruppe, Elektronen anzuziehen. Sie spielt eine... Weiterlesen "Chemische Bindungen und Reaktionen: Ein Leitfaden" »

Alpha-Zerfall (α)

Bei radioaktiven Nukliden mit sehr großer Ordnungszahl (> 82) tritt oft ein Zerfall unter Emission eines Alpha-Teilchens (α) auf. Durch die hohe Anzahl an Protonen übersteigt die Coulomb-Abstoßung die nuklearen Kräfte. Der instabile Atomkern emittiert daher ein Teilchen, das aus zwei Protonen und zwei Neutronen besteht (ein Heliumkern). Die Ordnungszahl (Z = Anzahl der Protonen) sinkt dabei um zwei und die Massenzahl um vier.

Die Zerfallsenergie (Q) ist die Energie, die bei diesem Prozess freigesetzt wird. Q entspricht der Massendifferenz zwischen dem Mutterkern und dem Tochterkern plus dem Alpha-Teilchen. Diese Energie Q erscheint als kinetische Energie des Alpha-Teilchens und des Tochterkerns. Alpha-Teilchen haben... Weiterlesen "Arten des radioaktiven Zerfalls" »

Molekularkräfte: Adhäsion und Kohäsion

Molekularkräfte sind Anziehungskräfte zwischen Molekülen. Sie werden in Adhäsion und Kohäsion unterteilt.

Adhäsion

Adhäsion ist die Anziehungskraft zwischen zwei Molekülen unterschiedlicher Art. Wenn man beispielsweise einen Glasstab in einen Behälter mit Wasser taucht und dann herauszieht, kann man feststellen, dass etwas Wasser daran haften bleibt. Dies zeigt, dass die Anziehungskräfte zwischen den Wassermolekülen und dem Glas größer sind als die, die sich zwischen den Wassermolekülen manifestieren.

Kohäsion

Kohäsion ist die Anziehungskraft zwischen Molekülen der gleichen Art. Wenn wir stattdessen denselben sauberen, trockenen Stab in einen Behälter mit Quecksilber einführen und dann... Weiterlesen "Adhäsion, Kohäsion, Kapillarität: Molekularkräfte" »

Chemische Bindungen: Ionen-, Kovalente & Metallische Bindung

Ionenbindung

Die Ionenbindung ist eine Bindung, die aus der elektrostatischen Anziehungskraft zwischen Ionen entgegengesetzter Ladung resultiert, d.h. zwischen einem stark elektropositiven und einem stark elektronegativen Atom. Dabei kommt es zur Übertragung von Elektronen von einem Atom zum anderen. Diese Bindung tritt in der Regel zwischen einem Metall und einem Nichtmetall auf. Es findet eine vollständige Elektronenübertragung von einem Atom zum anderen statt, wodurch Ionen unterschiedlicher Ladung entstehen.

Das Metall gibt ein oder mehrere Elektronen ab, um positiv geladene Ionen oder Kationen mit einer stabilen Elektronenkonfiguration zu bilden. Diese Elektronen nimmt das... Weiterlesen "Chemische Bindungen: Ionen-, Kovalente & Metallische Bindung" »

Physikalische Eigenschaften des Wassers

Die ungewöhnlich hohen Koch- und Schmelzpunkte im Vergleich zu denen seiner Familie sind auf die Existenz von Wasserstoffbrückenbindungen zurückzuführen. Die Dichte von Wasser steigt zwischen 0 und 4 °C; zwischen 5 und 100 °C sinkt sie. Die Wärmekapazität des Wassers ist hoch. Hohe Werte der Wärmekapazität und latente Wärme des Schmelzens und Verdampfens (q = Masse * spezifische Wärmekapazität * Temperaturänderung; latente Wärme = Wärmebedarf, um einen Zustand in einen anderen zu überführen, ohne die Temperatur zu erhöhen). Verdampfungswärme = 539,5 cal/g, Schmelzwärme = 79,7 cal/g. Grundwasserleiter haben eine stark stabilisierende Wirkung auf das Klima als thermische Regulatoren.... Weiterlesen "Wasser: Eigenschaften, Härte, biologische Bedeutung & Kontamination" »

Freie Energie und Arten von Reaktionen

Wir können vier Arten von Reaktionen betrachten:

1. Exotherme Reaktionen

(ΔH < 0) mit zunehmender Entropie (ΔS > 0), zum Beispiel:

2H₂O₂ (l) → 2H₂O (l) + O₂ (g)

Die Terme ΔH und -TΔS sind beide negativ, so dass ΔG bei allen Temperaturen immer negativ ist. Daher sind diese Reaktionen immer spontan.

2. Endotherme Reaktionen

(ΔH > 0) mit zunehmender Entropie (ΔS > 0), zum Beispiel:

SO₃ (g) → SO₂ (g) + 1/2 O₂ (g)

Die Spontaneität dieser Reaktion wird durch den Entropieterm begünstigt (-TΔS < 0), aber durch den Enthalpieterm benachteiligt (ΔH > 0). Diese Reaktionen sind spontan bei Temperaturen, die hoch genug sind, so dass der negative Beitrag des Terms -TΔS den Beitrag... Weiterlesen "Freie Energie, Thermodynamik und Reaktionen" »