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Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Die innere Energie eines Systems ist gleich der Wärme, die vom oder an das System abgegeben oder absorbiert wird, plus der am oder vom System verrichteten Arbeit.

Standardenthalpie der Bildung

Die Änderung der Enthalpie bei der Bildung eines Mols einer Verbindung aus ihren Elementen in ihrem stabilsten Aggregatzustand.

Enthalpie einer chemischen Reaktion

Die Enthalpieänderung bei einer Reaktion bei konstantem Druck.

Hess'sches Gesetz

Die Reaktionswärme einer chemischen Reaktion kann als die algebraische Summe der Wärmen der Teilreaktionen ausgedrückt werden.

Bindungsenergie oder Bindungsenthalpie

Die Wärmemenge, die bei der Bildung oder Spaltung eines Mols einer Bindung aus isolierten Atomen im gasförmigen... Continue reading "Thermodynamik und chemische Reaktionen" »

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

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... Continue reading "Chemische Bindungen und Reaktionen: Ein Leitfaden" »

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... Continue reading "Adhäsion, Kohäsion, Kapillarität: Molekularkräfte" »

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... Continue reading "Freie Energie, Thermodynamik und Reaktionen" »

Schnittmenge

Die Schnittmenge ist die Menge aller Elemente, die in allen Mengen enthalten sind.

Beispiele:

• A ∩ C = {a, c}
• B ∩ C = {2, 3}

A = {a, b, c}, B = {1, 2, 3}, C = {a, 2, 3, c, d}

Formal: {x: x ∈ A und x ∈ B}

Differenz

Die Differenz ist die Menge der Elemente, die nicht in den anderen Mengen enthalten sind.

Beispiele:

• A \ B = {a, 1}
• B \ A = {4, 6}

A = {a, b, 1, 2, 3}, B = {b, 3, 4, 6}

Formal: {x: x ∈ A und x ∉ B}

Kartesisches Produkt

Das kartesische Produkt ist die Menge aller geordneten Paare (a, b), wobei a aus der Menge A und b aus der Menge B stammt. Die Größe des kartesischen Produkts ist das Produkt der Größen von A und B.

Beispiel:

A = {a, b, c}, B = {1, 2, 3}

A × B = {(a, 1), (a, 2), (a, 3), (b, 1), (b, 2), (b, 3), (c, 1), (c,... Continue reading "Mengenlehre: Operationen und Eigenschaften" »

Grundlagen der Atomstruktur

Ordnungszahl und Massenzahl

Die Ordnungszahl (Z) gibt die Anzahl der Protonen im Kern eines Atoms an. Beispielsweise hat Natrium (Na) die Ordnungszahl 11, was bedeutet, dass es 11 Protonen und 11 Elektronen besitzt.

Die Massenzahl (A) gibt die Summe der Protonen und Neutronen im Kern eines Atoms an. Natrium hat eine Massenzahl von 23.

Die Anzahl der Neutronen kann mit folgender Formel berechnet werden: A - Z = Anzahl der Neutronen.

Atom und Molekül

In Physik und Chemie ist das Atom die kleinste Einheit eines chemischen Elements, die dessen Identität und Eigenschaften beibehält und nicht durch chemische Reaktionen geteilt werden kann.

Ein Molekül ist das kleinste Teilchen einer Substanz, das die spezifischen chemischen... Continue reading "Atomstruktur und Elektronenkonfiguration" »

Neutralisationsreaktion

Eine Neutralisationsreaktion ist eine Reaktion, bei der sich Protonen (H+)-Ionen mit Hydroxid (OH-) verbinden, gemäß der Reaktion H+ + OH- -> H2O.

Indikatoren

Indikatoren sind Stoffe, die je nach pH-Wert (Säure) eine andere Farbe annehmen. Sie zeigen uns, ob wir uns in einem sauren oder basischen Milieu befinden. Selbst eine kleine Menge Farbindikator macht dies sehr deutlich.

Korrosion und Oxidation

Korrosion ist die Oxidation von Metallen.

Oxidationsreaktion

Eine Oxidationsreaktion ist eine Reaktion, bei der ein Stoff Sauerstoff gewinnt oder Elektronen verliert.

Reduktionsreaktion

Eine Reduktionsreaktion ist eine Reaktion, bei der ein Stoff Sauerstoff verliert oder Elektronen gewinnt. Chemische Reaktionen, bei denen Elektronen... Continue reading "Chemie: Neutralisation, Oxidation, Reduktion, Verbrennung & Mehr" »

Säure-Base-Theorien

a) Theorie der ionischen Dissoziation (Arrhenius)

Arrhenius postulierte die Existenz von positiven und negativen Ionen in wässrigen Lösungen von Säuren, Basen und Salzen (Elektrolyte), um die elektrische Leitfähigkeit zu erklären.

• Säure: Eine elektrisch neutrale Substanz, die in wässriger Lösung in H⁺-Ionen (Protonen) und negative Ionen dissoziiert.
• Base: Eine elektrisch neutrale Substanz, die in wässriger Lösung in OH^--Ionen (Hydroxid-Ionen) und positive Ionen dissoziiert.

Nach dieser Theorie wäre die Neutralisationsreaktion die Reaktion, die zwischen einer Säure und einer Base abläuft, wobei Salz und Wasser entstehen.

b) Brønsted-Lowry-Theorie (konjugierte Säure-Base-Paare)

Diese Theorie betrachtet Säuren und... Continue reading "Säure-Base-Theorien und Le Chateliers Prinzip" »