Chemische Grundlagen: Atomgewicht, Avogadro, Redox & Lösungen

Grundlagen der Chemie: Atome, Moleküle und Reaktionen

Atom- und Molekulargewichte

Relative Atom- und Molekulargewichte

Das Massenverhältnis zwischen Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) beträgt historisch 1:7,93. Dalton postulierte, dass die relative Atommasse von Sauerstoff, bei einer angenommenen Wertigkeit von 2, etwa 7,93 × 2 ≈ 16 beträgt.

Avogadros Gesetz und Avogadro-Konstante

Das Avogadrosche Prinzip

Das Avogadrosche Gesetz besagt, dass gleiche Volumina verschiedener Gase unter den gleichen Bedingungen von Druck und Temperatur die gleiche Anzahl von Molekülen enthalten. Dieses Prinzip ermöglicht die Bestimmung des relativen Molekulargewichts eines Stoffes anhand seiner relativen Dichte.

Die Avogadro-Konstante (N_A) gibt die Anzahl der Teilchen (Moleküle/Atome) pro Mol an:

• N_A ≈ 6,023 × 10²³ Moleküle/mol.

Äquivalentgewichte und Wertigkeit (Valenz)

Definitionen in der Stöchiometrie

Das Äquivalentgewicht einer Verbindung ist gleich dem Molekulargewicht dividiert durch die Wertigkeit (Valenz).

Die Wertigkeit (Valenz) beschreibt die Bindungskapazität eines Elements, d.h., die Anzahl der Atome eines Elements, die durch ein anderes Atom ersetzt werden können.

Subatomare Teilchen und Ionenbildung

Elektronen, Protonen und Neutronen

Elektronen: Elektrisch negativ geladene Teilchen.

• Der Verlust von Elektronen führt zur Bildung von positiven Ionen (Kationen).
• Die Aufnahme von Elektronen führt zur Bildung von negativen Ionen (Anionen).

Protonen: Positiv geladene Teilchen, die im Atomkern vorhanden sind. Sie sind elementare Bestandteile des Kerns.

Neutronen: Elektrisch neutrale Teilchen, die ebenfalls im Atomkern vorkommen. Sie wurden durch den Beschuss von Atomen (z. B. Beryllium, Be) entdeckt, wobei eine durchdringende, energiereiche Strahlung erzeugt wurde.

Redox- und Säure-Base-Reaktionen

Oxidation und Reduktion

Oxidation: Eine chemische Veränderung, bei der ein Atom oder eine Atomgruppe Elektronen verliert. Dies führt zur Erhöhung der Oxidationsstufe oder Wertigkeit.

Reduktion: Eine chemische Veränderung, bei der ein Atom oder eine Atomgruppe Elektronen gewinnt.

Säure-Base-Reaktionen und Elektrolyte

Elektrolyte sind Stoffe (wie Säuren, Basen oder gelöste Salze), die in Lösung einen elektrischen Strom leiten, da sie in positive und negative Ionen zerfallen.

Homogene und Heterogene Stoffgemische

Stoffsysteme und Lösungen

Homogenes Material: Besteht aus einer einzigen Phase. Es ist in seinen Eigenschaften und seiner Zusammensetzung gleichmäßig (uniform).

Heterogenes Material: Besteht aus zwei oder mehr unterschiedlichen Teilen (Phasen), die durch klar definierte Grenzflächen voneinander getrennt sind, an denen sich die Eigenschaften abrupt ändern.

Ein heterogenes Material wird als heterogenes Gemisch bezeichnet, wobei jeder Teil als Phase gilt.

Wenn eine homogene Phase eine variable Zusammensetzung aufweist, spricht man von einer Lösung. Die Komponenten einer Lösung können fest oder flüssig sein (letzteres ist am häufigsten).

Die Komponente, die in der Regel in höherem Verhältnis vorhanden ist, wird als Lösungsmittel bezeichnet, und die Komponente im niedrigeren Verhältnis als gelöster Stoff.

Wenn ein gelöster Stoff im Überschuss gelöst wurde (d.h., die maximale Löslichkeit erreicht ist), spricht man von einer gesättigten Lösung.