Grundlagen der allgemeinen und anorganischen Chemie

Elektronenkonfiguration und Pauli-Prinzip

Pauli-Prinzip: Zwei Elektronen in einem Atom können nicht in allen vier Quantenzahlen identisch sein. Daher kann ein Orbital nicht mehr als zwei Elektronen aufnehmen. Die maximale Anzahl von Elektronen pro Ebene beträgt 2n².

Elektronische Anordnung der Elemente

Die Elektronen besetzen bevorzugt die Orbitale mit der niedrigsten Energie. Die folgende Abbildung zeigt die Reihenfolge der Orbitalbesetzung.

Beispiel: Calcium (Z = 20)

Die spektrale Notation lautet: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s².

Hundsche Regel

Bei der Besetzung von p-, d- und f-Orbitalen gleicher Energie bleiben Elektronen zunächst ungepaart mit parallelen Spins, sodass jedes Orbital mindestens ein Elektron enthält.

Chemische Periodizität

Elemente mit ähnlichen elektronischen Strukturen in ihren äußeren Schalen weisen ähnliche chemische Eigenschaften auf. Dies ist die Basis des Periodensystems.

Historische Klassifizierung

• Johann W. Döbereiner: Einteilung in Triaden.
• John Newlands: Anordnung in Oktaven nach Atomgewichten.
• Dmitri Mendelejew und Lothar Meyer: Systematische Anordnung nach Atomgewichten in Gruppen.

Aktuelles Periodensystem

Henry Moseley ordnete die Elemente 1913 nach ihrer Ordnungszahl. Das Periodengesetz besagt: „Die chemischen Eigenschaften der Elemente sind eine periodische Funktion der Ordnungszahl.“

Eigenschaften der Materie

Materie besitzt allgemeine Eigenschaften (Masse, Gewicht, Ausdehnung, Undurchdringlichkeit, Trägheit, Porosität, Elastizität, Teilbarkeit) und spezifische Eigenschaften (Farbe, Geruch, Geschmack, Dichte, Siedepunkt).

Klassifizierung

• Heterogene Gemische: Mehrere Phasen (z. B. Wasser und Öl).
• Homogene Gemische: Eine Phase (z. B. Salzwasser).
• Reine Stoffe: Elemente (z. B. N₂) oder Verbindungen (z. B. CO₂).

Chemische Einheiten und Stöchiometrie

Ein Mol entspricht der Avogadro-Konstante (6,023 × 10²³ Teilchen). Das Atomgewicht ist die Masse eines Mols Atome, das Molekulargewicht die Summe der Atomgewichte einer Verbindung.

Lösungen und Konzentrationen

Eine Lösung ist ein homogenes Gemisch. Die Konzentration kann als Molarität (M), Molalität (m) oder Normalität (N) angegeben werden.

pH-Wert

Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der H⁺-Konzentration: pH = -log[H⁺].

Kolloide

Kolloide sind Mischungen mit Partikelgrößen zwischen 10 und 10.000 Å. Wichtige Eigenschaften sind die Brownsche Bewegung, der Tyndall-Effekt und die Adsorption.