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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... Continue reading "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.... Continue reading "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... 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" »

Was ist eine chemische Reaktion?

Eine chemische Reaktion ist ein Prozess, bei dem eine oder mehrere Substanzen in eine oder mehrere andere Substanzen umgewandelt werden.

Was sind Reaktanten?

Reaktanten sind die Ausgangsstoffe einer chemischen Reaktion.

Was sind Produkte?

Produkte sind die Stoffe, die als Ergebnis einer chemischen Reaktion entstehen.

Reaktion: Kohlenstoff + Sauerstoff = Kohlendioxid

Wer sind die Reaktanten und wer die Produkte?

Die Reaktanten (die Ausgangsstoffe) sind Kohlenstoff und Sauerstoff, während das Produkt (das Ergebnis) Kohlendioxid ist.

Gesetz der Erhaltung der Masse

1. Die Masse eines Systems bleibt konstant, unabhängig von den Umwandlungen, die in ihm stattfinden.
2. Bei jeder chemischen Umwandlung in einem geschlossenen System

Chemische Bindungen

Eine chemische Bindung ist die Verbindung zwischen Atomen, Molekülen oder Ionen, um große Strukturen zu bilden. Die Moleküle wiederum können durch intermolekulare Kräfte gebündelt werden, um multimolekulare Strukturen zu bilden.

Ionische Bindung

Sie entsteht als Folge der elektrostatischen Kräfte, die zwischen entgegengesetzt geladenen Ionen ausgeübt werden, wodurch ein ionischer Kristall entsteht.

Eigenschaften von ionischen Substanzen

• Zerbrechlich
• Hohe Schmelztemperatur
• Im festen Zustand keine elektrische Leitfähigkeit, aber im flüssigen Zustand oder in wässriger Lösung schon
• Löslich in polaren Lösungsmitteln, aber nicht in unpolaren

Kovalente Bindung

Sie entsteht, wenn zwei Atome Elektronen teilen, sodass ihre Valenzschale... Continue reading "Chemische Bindungen: Arten und Eigenschaften" »

Zusammenfassung der Biochemie

Energie ist für alle biochemischen Prozesse wichtig. Alle Atome enthalten Energie, und sie gehen chemische Bindungen ein, wodurch wir überleben. Wir beziehen unsere Energie aus der Nahrung, die in chemische Energie umgewandelt wird (diese kann im Gegensatz zu anderen Energieformen wie Licht und Wärme gespeichert werden).

Thermodynamik

• Erstes Gesetz: Energie wird weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur umgewandelt.
• Zweites Gesetz: Bei jeder Energieübertragung geht ein Teil als Wärme verloren.

Atomstruktur

Die Grundeinheit der Materie sind Atome. Sie bestehen aus Protonen (positiv geladen), Elektronen (negativ geladen) und Neutronen (neutral).

• Wenn man die Anzahl der Protonen ändert, erhält man ein anderes Element.