Chemische Konzepte: Eine umfassende Übersicht

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 Massenwirkungsgesetz besagt: "In jeder reversiblen Reaktion, die das Gleichgewicht erreicht, ist das Verhältnis zwischen dem Produkt der Konzentrationen der Produkte und den Konzentrationen der Reaktanten, jeweils potenziert mit einem Exponenten, der dem stöchiometrischen Koeffizienten in der Reaktionsgleichung entspricht, eine Konstante für jede Temperatur."

Brönsted-Lowry-Säure-Base-Konzept

Eine Säure ist eine Substanz, die Protonen (Wasserstoffionen, H⁺) abgeben kann. Eine Base ist eine Substanz, die Protonen aufnehmen kann. Damit eine Substanz als Säure wirken kann, muss sie in Gegenwart einer anderen Substanz sein, die die von der Säure abgegebenen Protonen aufnehmen kann. In wässrigen Lösungen spielt Wasser diese Rolle und dient als Base gegenüber Säuren bzw. als Säure gegenüber Basen.

Relative Stärke von Säuren und Basen in wässriger Lösung

Starke Säure: Eine Säure, die in Lösung stark dissoziiert ist. Sie hat daher eine hohe Hydroniumionenkonzentration und eine geringe Konzentration in molekularer Form.

Schwache Säure: Eine Säure, die in Lösung nur wenig dissoziiert ist. Ihre molekulare Konzentration ist viel höher als die in ionisierter Form.

Der Dissoziationsgrad ist der Anteil der Mole einer Säure oder Base, der dissoziiert ist, d.h. der Anteil der Mole, der pro Mol der ursprünglichen Säure oder Base dissoziiert ist.

Hess'sches Gesetz

Die Wärmemenge, die bei einer chemischen Reaktion entwickelt wird, hängt nur vom Anfangs- und Endzustand des Systems ab und ist unabhängig von den Zwischenzuständen, da diese Wärmemenge (bei konstantem Druck) gleich der Enthalpieänderung ist und diese eine Zustandsfunktion ist. Das heißt, wenn bestimmte Stoffe von einem gleichen Ausgangszustand zu gleichen Endprodukten unter den gleichen Bedingungen führen, hat die Enthalpieänderung den gleichen Wert, unabhängig vom eingeschlagenen Weg und den auftretenden Zwischenprodukten. Dieses Gesetz ist nützlich für die Berechnung der Reaktionswärmen, die nicht direkt gemessen werden können.

pH-Konzept

Um die Schwierigkeiten zu vermeiden, die durch die Arbeit mit negativen Zehnerpotenzen entstehen, schlug Sørensen vor, die Wasserstoffionenkonzentration durch die pH-Notation auszudrücken. Daraus folgt auch, dass der pH-Wert einer sauren Lösung unter 7 und der einer basischen Lösung über 7 liegt. Für eine neutrale Lösung ist der pOH gleich 7, für eine saure Lösung größer als 7 und für eine basische Lösung kleiner als 7. Die Summe von pH und pOH muss gleich 14 sein.

Elektronisches Konzept von Redoxreaktionen

Derzeit bezieht sich die Oxidations-Reduktions-Reaktion auf die Aufnahme und Abgabe von Elektronen.

• Oxidation: Abgabe von Elektronen.
• Reduktion: Aufnahme von Elektronen.

Die Prozesse der Oxidation und Reduktion können nicht getrennt voneinander ablaufen, denn wenn eine Substanz Elektronen verliert (oxidiert wird), muss eine andere Substanz vorhanden sein, die diese aufnehmen kann (reduziert wird). Daher ist jeder Oxidationsprozess unbedingt mit einem anderen Reduktionsprozess verbunden. Man spricht daher von Oxidations-Reduktions-Reaktionen (Redoxreaktionen).

Löslichkeitskonzept

Die Löslichkeit eines gelösten Stoffes in einem Lösungsmittel ist die Konzentration des gelösten Stoffes in einer gesättigten Lösung bei einer bestimmten Temperatur. Die Temperatur ist ein Faktor, der das Löslichkeitsgleichgewicht verändern kann. Im Allgemeinen nimmt die Löslichkeit mit der Temperatur zu.

Faktoren, die die Löslichkeit beeinflussen

• Art des Stoffes: Für ein bestimmtes Lösungsmittel gibt es sehr gut lösliche Stoffe und andere, die schwer löslich oder unlöslich sind, sowie eine Reihe von Stoffen mit Löslichkeiten zwischen diesen beiden Grenzfällen.
• Art des Lösungsmittels: Es gibt Substanzen, die in einem bestimmten Lösungsmittel sehr gut löslich sind, während andere sehr schlecht löslich oder unlöslich sind.
• Temperatur: Im Allgemeinen nimmt die Löslichkeit von Feststoffen in Flüssigkeiten mit der Temperatur zu.
• Anwesenheit eines gemeinsamen Ions: Die Löslichkeit eines Salzes in einer Lösung, die eines seiner Ionen enthält, ist geringer als in einer Lösung, die keines der Ionen des Salzes enthält.

Konzept von Elementen und Verbindungen

Materie ist alles, was einen Platz im Raum einnimmt und eine Masse hat. Material ist ein begrenzter Teil der Materie. Materielle Systeme werden in heterogene Systeme und homogene Systeme eingeteilt. Ein heterogenes System ist ein System, in dem bei direkter Beobachtung verschiedene Bereiche mit unterschiedlichen Eigenschaften zu erkennen sind. Ein homogenes System ist ein System, in dem bei direkter Beobachtung keine Bereiche mit unterschiedlichen Eigenschaften zu erkennen sind. Homogene Systeme, die durch rein physikalische Verfahren nicht in andere Systeme getrennt werden können, werden als reine Stoffe bezeichnet. Homogene Systeme, die durch physikalische Verfahren in zwei oder mehr reine Stoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften getrennt werden können, werden als Lösungen bezeichnet. Reine Stoffe, die durch chemische Verfahren nicht in andere Stoffe zerlegt werden können, werden als Elemente bezeichnet. Reine Stoffe, die durch chemische Verfahren in zwei oder mehr verschiedene Elemente zerlegt werden können, werden als Verbindungen bezeichnet. Ein Atom ist die kleinste Menge eines Elements, die die chemischen Eigenschaften des Elements beibehält. Ein Molekül ist die kleinste Menge eines reinen Stoffes, die noch die chemischen Eigenschaften des Stoffes besitzt.