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Einheit 2: Chemische Bindungen

Ionenbindung – Gitterenergie

E = -k * (Z₊Z_-e²N_A / d) * m
Dabei ist k die Coulomb-Konstante, Z₊ und Z_- sind die Ladungen der Ionen, e ist der Betrag der Elektronenladung, N_A die Avogadro-Konstante, d der internukleare Abstand und m die Madelung-Konstante (Born-Haber-Zyklus).

Born-Haber-Zyklus und Gitterenergie: Ein thermodynamischer Zyklus zur Untersuchung der Prozesse bei der Bildung eines Mols einer ionischen Verbindung aus ihren Elementen im stabilsten thermodynamischen Zustand.

Arten von Gemischen

Heterogenes Gemisch: Es ist die Vereinigung von zwei oder mehreren Stoffen, die ein uneinheitliches Aussehen haben, d.h. ihre Bestandteile sind unterscheidbar.
Homogenes Gemisch (Lösung): Die Vereinigung von zwei oder mehr Stoffen, die ein einheitliches Aussehen haben und deren Komponenten nicht unterscheidbar sind.

Reine Stoffe

Reine Stoffe sind jene, deren Eigenschaften konstant sind und sich nicht ändern, was dazu dient, sie zu identifizieren (die von Gemischen sind variabel).

• Chemische Elemente oder einfache Substanzen: Reine Substanz, die nicht in andere, einfachere reine Stoffe zerlegt werden kann.
• Chemische Verbindung: Eine reine Substanz, die aus zwei oder mehr chemischen Elementen besteht, die in einem bestimmten

Chemische Reaktionen und Energie

Chemische Verbindungen können gespeicherte Energie auf verschiedene Weisen freisetzen:

1. Thermische Energie: Führt zu Temperaturänderungen.
2. Mechanische Energie: Verursacht Bewegung von Objekten.
3. Elektrische Energie: Stromgewinnung durch chemische Reaktionen (z. B. in Batterien).
4. Lichtenergie: Freisetzung von Licht.
5. Andere: Z. B. Schallwellen.

Energieaustausch bei chemischen Reaktionen

Eine chemische Reaktion ist eine Wechselwirkung zwischen den reagierenden Stoffen, die eine Neuordnung von chemischen Bindungen beinhaltet:

• Bindungsbruch: Erfordert Energieaufwand.
• Bindungsbildung: Führt zu einem stabileren Zustand und setzt Energie frei.

Die Gesamtenergiebilanz aus Bindungsbruch und -bildung bestimmt, ob der Prozess Energie... Continue reading "Chemische Reaktionen: Energie, Enthalpie & Geschwindigkeit" »

Chemische Kinetik befasst sich mit der Untersuchung der Geschwindigkeit, mit der chemische Reaktionen ablaufen. Die Reaktionsgeschwindigkeit für eine homogene Reaktion zwischen reaktiven Gasen in Lösung oder zwischen Stoffen ist definiert als die durchschnittliche Geschwindigkeit, die das Verhältnis zwischen der Änderung der Konzentration, ausgedrückt in Mol/Liter, eines der Edukte oder Produkte und dem Zeitintervall ist, in dem die Änderung stattgefunden hat. Kollisionen sind notwendig, damit eine Reaktion stattfindet. Die Momentangeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, die die Reaktion zu einem bestimmten Moment hat. Die Theorie der Aktivierungsenergie besagt, dass eine bestimmte Energiemenge erforderlich ist, damit ein Zusammenstoß

Grundlagen der Thermodynamik und Thermochemie

• Kalorimetrie: Basiert auf der spezifischen Wärmekapazität von Wasser. Wird verwendet, um den Energiegehalt von Nahrungsmitteln zu bestimmen.
• Zustandsgröße: Eine makroskopische physikalische Größe, die den Zustand eines Systems im Gleichgewicht charakterisiert.
• Innere Energie (1. Hauptsatz): Die Änderung der inneren Energie entspricht der Summe der dem System zugeführten Wärme und der am System verrichteten Arbeit.
• Reaktionsenthalpie/-wärme: Die Wärme, die während einer chemischen Reaktion bei konstantem Druck aufgenommen oder abgegeben wird.
• Wärme: Die Energiemenge, die ein thermodynamisches System mit seiner Umgebung als Wärme austauschen kann.
• Bildungsenthalpie/-wärme: Die Wärme, die

Chemisches Gleichgewicht

Zu Beginn einer reversiblen Reaktion ist die Reaktionsgeschwindigkeit in Richtung des ersten Terms groß, da die Konzentrationen der Reaktanten hoch sind. Mit fortschreitendem Prozess und steigender Produktkonzentration erhöht sich jedoch die Reaktionsgeschwindigkeit in die entgegengesetzte Richtung, d.h. in Richtung des zweiten Terms. Es kommt ein Zeitpunkt, an dem beide Geschwindigkeiten gleich sind. In diesem Moment werden genauso viele Moleküle neu gebildet wie zerstört, und daher ändert sich die Konzentration der an der Reaktion beteiligten Stoffe nicht mehr und bleibt von diesem Moment an konstant. Wenn dies geschieht, spricht man davon, dass das chemische Gleichgewicht erreicht ist oder existiert.

Gleichgewichtskonstante

Das... Continue reading "Chemische Konzepte: Eine umfassende Übersicht" »

Chemische Reaktion

Eine chemische Reaktion ist ein Prozess, bei dem eine oder mehrere Substanzen mit anderen Substanzen reagieren und sich deren Eigenschaften verändern.

Chemische Reaktionen und chemische Gleichungen

Die chemische Gleichung ist die symbolische Darstellung der chemischen Reaktion.

Aktivierungsenergie

Damit eine chemische Reaktion stattfinden kann, müssen die Teilchen mit einer minimalen Energie kollidieren.

Reaktionsenergie

Die Energieänderung, die im Laufe der chemischen Reaktion auftritt, wird als Reaktionsenergie bezeichnet.

Reaktionsgeschwindigkeit

Die Reaktionsgeschwindigkeit beschreibt, wie schnell eine chemische Reaktion abläuft.

Einflussfaktoren auf die Reaktionsgeschwindigkeit

Art der Reagenzien

In der Regel reagieren kovalente... Continue reading "Chemische Reaktionen, Umweltverschmutzung und Auswirkungen" »

**Was ist Stahl? Was ist Guss?**

Stahl ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, wobei der Kohlenstoffanteil in der Legierungszusammensetzung nicht mehr als 2,1 % beträgt und üblicherweise zwischen 0,2 % und 0,3 % liegt.

Guss ist der Umformprozess, bei dem geschmolzenes Metall in eine Form mit der gewünschten Form gegossen wird, um es dort erstarren zu lassen.

Gussarten: Temperguss, weißes Gusseisen, Grauguss, duktiles Gusseisen und Kugelgraphitguss.

**Streckgrenze**

Wenn ein Material äußeren Belastungen ausgesetzt wird, besteht eine lineare Beziehung zwischen Spannung und Dehnung. Diese lineare Beziehung bleibt bestehen, bis ein bestimmter Bereich erreicht wird, in dem die Verformungen im Material irreversibel werden. Daher ist die Streckgrenze... Continue reading "Stahl, Guss & Metallurgie: Ein umfassender Leitfaden" »

Van-der-Waals-Kräfte

Die Van-der-Waals-Kräfte sind nicht-kovalente, chemische Bindungskräfte, die die molekulare Form stabilisieren. Sie umfassen zwei Arten von Kräften oder Wechselwirkungen: Dispersionskräfte (die Anziehungskräfte sind) und Abstoßungskräfte zwischen den Elektronenhüllen zweier benachbarter Atome.

Dispersionskräfte

Alle Atome, auch unpolare, sind aufgrund des Spins der Elektronen um den Kern kleine Dipole (siehe Atommodell). Das Vorhandensein dieser transienten Dipole führt dazu, dass auch benachbarte Atome polarisiert werden, sodass kleine elektrostatische Anziehungskräfte zwischen den Dipolen aller Atome entstehen.

Elektrostatische Abstoßung

Diese Dispersionskräfte wirken der elektrostatischen Abstoßung zwischen... Continue reading "Van-der-Waals-Kräfte: Definition, Typen und Beispiele" »

Einheit 5 - Atome und ihre Verbindungen

Das Periodensystem

Mendelejew veröffentlichte das Periodensystem, das die Eigenschaften der chemischen Elemente anhand ihrer Atommasse ordnet. Newlands entwickelte das Gesetz der Oktaven und Döbereiner die Triaden. Das aktuelle Periodensystem enthält 117 Elemente (Metalle, Nichtmetalle, Halbmetalle und Edelgase), die in Zeilen und Spalten unterteilt sind. Die Elemente sind durch ihre metallischen Eigenschaften und ihre Reaktivität gekennzeichnet und werden durch Symbole abgekürzt.

Verbindungen