Grundlagen der Chemie: Lösungen, Säuren, Basen und Redox-Reaktionen

Lösungen und Elektrolyte

Lösung

Eine Lösung ist ein homogenes Gemisch aus zwei oder mehreren Stoffen.

Gelöster Stoff und Lösungsmittel

Der gelöste Stoff ist die Substanz, die in kleinerer Menge vorliegt. Das Lösungsmittel ist die Substanz, die in größerer Menge vorliegt.

Wässrige Lösung

Eine wässrige Lösung liegt vor, wenn der gelöste Stoff (ursprünglich eine Flüssigkeit oder ein Feststoff) in Wasser als Lösungsmittel gelöst ist.

Elektrolyt und Nicht-Elektrolyt

Ein Elektrolyt ist ein Stoff, dessen Lösung in Wasser elektrischen Strom leitet. Ein Nicht-Elektrolyt leitet keinen elektrischen Strom, wenn er in Wasser gelöst ist.

Starke Elektrolyte

Starke Elektrolyte sind gelöste Substanzen, die in Lösung zu 100% in Ionen dissoziieren.

Dissoziation

Die Dissoziation ist die Trennung einer Verbindung in Anionen und Kationen.

Hydratation

Die Hydratation ist der Prozess, bei dem ein Ion spezifisch von Wassermolekülen umgeben wird.

Ionisierung

Die Ionisierung beschreibt die Bildung von Ionen bei der Trennung von Säuren und Basen.

Gleichgewichtsreaktionen und Löslichkeit

Reversible Reaktion

Eine reversible Reaktion kann in beide Richtungen erfolgen.

Chemisches Gleichgewicht

Das chemische Gleichgewicht ist der Zustand, bei dem die Geschwindigkeit der Hinreaktion gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion ist (z. B. wenn Säuremoleküle mit der gleichen Geschwindigkeit ionisiert werden, mit der Ionen rekombinieren).

Fällungsreaktion und Niederschlag

Eine Fällungsreaktion ist eine häufige Art der Reaktion in wässriger Lösung, gekennzeichnet durch die Bildung eines unlöslichen Produkts. Ein Niederschlag ist ein unlöslicher Feststoff, der sich aus der Lösung abscheidet.

Löslichkeit des gelösten Stoffes

Die Löslichkeit des gelösten Stoffes ist definiert als die maximale Menge des gelösten Stoffes, die sich in einer gegebenen Menge an Lösungsmittel bei einer bestimmten Temperatur auflösen kann.

Reaktionsgleichungen

Summenformel-Gleichung

Die Summenformel-Gleichung stellt Verbindungen so dar, als ob alle Moleküle oder Spezies als komplette Einheiten existieren.

Ionen-Gleichung

In der Ionen-Gleichung werden gelöste Spezies als freie Ionen aufgeführt.

Zuschauer-Ionen (Spectator Ions)

Ionen, die nicht an der Gesamtreaktion beteiligt sind.

Netto-Ionen-Gleichung

Die Netto-Ionen-Gleichung zeigt nur die Spezies, die tatsächlich an der Reaktion teilnehmen.

Säuren und Basen

Eigenschaften von Säuren

Säuren:

• Haben einen sauren Geschmack.
• Verursachen einen Farbwechsel von pflanzlichen Pigmenten (z. B. von blau nach rot).
• Reagieren mit einigen Metallen (wie Zn, Mg und Fe) unter Bildung von H₂-Gas.
• Reagieren mit Carbonaten und Hydrogencarbonaten unter Bildung von CO₂.
• Ihre Lösungen leiten elektrischen Strom.

Eigenschaften von Basen

Basen:

• Schmecken bitter.
• Fühlen sich schlüpfrig/seifig an.
• Leiten elektrischen Strom.

Brønsted-Definition

Eine Brønsted-Säure ist ein Protonendonator. Eine Brønsted-Base ist ein Protonenakzeptor.

Säure-Typen nach Protonenzahl

• Monoprotische Säure: Jede Säureeinheit gibt nach der Ionisation ein Wasserstoff-Ion (H⁺) ab.
• Diprotische Säure: Jede Säureeinheit produziert zwei H⁺-Ionen.
• Triprotische Säure: Jede Säureeinheit produziert drei H⁺-Ionen.

Neutralisation

Die Neutralisation ist eine Reaktion zwischen einer Säure und einer Base. Dabei bildet sich ein Salz, eine ionische Verbindung, die aus einem Kation (außer H⁺) und einem Anion (außer OH⁻) besteht.

Oxidations-Reduktions-Reaktionen (Redox)

Redox-Reaktion

Eine Oxidations-Reduktions- oder Redox-Reaktion ist eine Reaktion, bei der Elektronen übertragen werden.

Oxidation und Reduktion

• Die Oxidation ist die Halbreaktion, die den Verlust von Elektronen beinhaltet.
• Die Reduktion ist die Halbreaktion, die den Gewinn von Elektronen beinhaltet.

Reduktionsmittel und Oxidationsmittel

• Das Reduktionsmittel spendet Elektronen (wird oxidiert).
• Das Oxidationsmittel akzeptiert Elektronen (wird reduziert).

Oxidationszahl (Oxidationsstufe)

Die Oxidationszahl ist die hypothetische Ladung, die ein Atom in einem Molekül oder einer ionischen Verbindung hätte, wenn die Elektronen vollständig übertragen wären.

Reaktionstypen

Kombinationsreaktion (Synthese)

Reaktionstyp: A + B → C. Zwei oder mehr Komponenten bilden eine Verbindung.

Zerlegungsreaktion (Analyse)

Der Zerfall einer Verbindung in zwei oder mehr Komponenten.

Verdrängungsreaktion (Substitution)

Ein Ion (oder Atom) einer Verbindung wird durch ein Ion oder Atom eines anderen Elements ersetzt (A + BC → AC + B).

Disproportionierungsreaktion

Eine Disproportionierungsreaktion liegt vor, wenn ein einzelnes Element in einer Oxidationsstufe gleichzeitig oxidiert und reduziert wird.

Konzentration und Quantitative Analyse

Konzentration einer Lösung

Die Konzentration einer Lösung ist die Menge des gelösten Stoffes in einer gegebenen Menge Lösungsmittel oder Lösung.

Molarität (M)

Die Molarität (M) ist die molare Konzentration: Die Anzahl der Mole des gelösten Stoffes pro 1 Liter Lösung.

Verdünnung

Die Verdünnung ist der Prozess der Herstellung einer weniger konzentrierten Lösung aus einer stärker konzentrierten Lösung.

Quantitative Analyse

Die quantitative Analyse befasst sich mit der Bestimmung der Menge oder Konzentration eines Stoffes in einer Probe.

Gravimetrische Analyse

Die gravimetrische Analyse ist eine analytische Technik, die auf der Messung der Masse basiert.

Titration

Bei einer Titration wird eine Lösung genau bekannter Konzentration (die Standardlösung) schrittweise zu einer anderen Lösung unbekannter Konzentration hinzugefügt, bis die chemische Reaktion zwischen beiden abgeschlossen ist.

Äquivalenzpunkt (Säure-Base)

Der Äquivalenzpunkt ist der Punkt, an dem die Säure die Base vollständig neutralisiert hat oder umgekehrt.

Indikatoren

Indikatoren sind Stoffe, die in saurem und basischem Medium sehr unterschiedliche Farben aufweisen.

Äquivalenzpunkt (Redox)

Der Äquivalenzpunkt bei Redox-Reaktionen ist erreicht, wenn das Reduktionsmittel das Oxidationsmittel vollständig oxidiert hat.