Grundlagen der Chemie: Materie, Aggregatzustände, Gesetze & Trennverfahren

Materie: Definition und Eigenschaften

Materie ist alles, was Raum einnimmt und Masse besitzt.

Allgemeine Eigenschaften

Allgemeine Eigenschaften sind solche, deren Wert eine Substanz nicht eindeutig identifiziert.

Charakteristische Eigenschaften

Charakteristische Eigenschaften sind solche, die einen spezifischen Wert für eine Substanz haben und für jede Substanz einzigartig sind.

Messbare Größen sind Funktionen eines Objekts oder dessen Änderungen, die durch Experimente ermittelt, ausgedrückt und mit einer Einheit versehen werden können.

Die Wissenschaftliche Methode

Die wissenschaftliche Methode wird von Wissenschaftlern angewendet, um Probleme zu untersuchen, bestimmte Schlussfolgerungen zu ziehen, Phänomene zu erklären und neue Beobachtungen vorherzusagen. Sie folgt einer Reihe von Schritten:

1. Beobachtung: Sorgfältiges Erfassen von Phänomenen.
2. Hypothesenbildung: Entwicklung von Erklärungsansätzen oder Szenarien.
3. Experimentation: Gezielte Versuche zur Überprüfung der Hypothesen.
4. Analyse der Ergebnisse: Auswertung der experimentellen Daten.
5. Definition und Etablierung von Gesetzen und Theorien: Formulierung allgemeingültiger Prinzipien.
6. Publikation der Ergebnisse: Veröffentlichung der Erkenntnisse für die wissenschaftliche Gemeinschaft.

Gasgesetze

Boyle-Mariotte-Gesetz

Bei einer Zustandsänderung eines Gases unter konstanter Temperatur bleibt das Produkt aus Druck (P) und Volumen (V) konstant (P · V = konstant).

Gay-Lussac-Gesetz

Bei einer Zustandsänderung eines Gases unter konstantem Volumen bleibt das Verhältnis zwischen Druck (P) und absoluter Temperatur (T) konstant (P / T = konstant).

Charles-Gesetz

Bei einer Zustandsänderung eines Gases unter konstantem Druck bleibt das Verhältnis zwischen Gasvolumen (V) und absoluter Temperatur (T) konstant (V / T = konstant).

Aggregatzustände und ihre Eigenschaften

Fester Zustand

• Eigenschaften: Konstante Form, konstantes Volumen, nicht dehnbar, kaum komprimierbar.
• Beispiele: Eis, Zucker.

Flüssiger Zustand

• Eigenschaften: Variable Form, konstantes Volumen, nicht dehnbar, kaum komprimierbar.
• Beispiele: Wasser, Öl.

Gasförmiger Zustand

• Eigenschaften: Variable Form, variables Volumen, dehnbar, komprimierbar.
• Beispiele: Dampf, Luft.

Kinetische Theorie der Materie

Die kinetische Theorie der Materie besagt, dass Materie aus Partikeln besteht, die je nach Aggregatzustand mehr oder weniger eng beieinander liegen. Die Partikel bewegen sich je nach Zustand mehr oder weniger frei. Je schneller sie sich bewegen, desto höher ist die Temperatur. Zustandsänderungen sind Beispiele für physikalische Phänomene, da sie nicht die Natur der Materie verändern, sondern nur ihren Zustand.

Zustandsübergänge der Materie

Schmelzpunkt und Erstarrungspunkt

Der Schmelzpunkt ist die Temperatur, bei der die gesamte Masse eines Festkörpers vom festen in den flüssigen Zustand übergeht. Der Schmelzpunkt entspricht dem Erstarrungspunkt.

Siedepunkt und Kondensationspunkt

Der Siedepunkt ist die Temperatur, bei der die gesamte Masse einer Flüssigkeit vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht. Der Siedepunkt stimmt mit dem Kondensationspunkt (Taupunkt) überein.

Verdampfung und Sieden

• Verdampfung: Der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand, der nur an der Oberfläche der Flüssigkeit stattfindet.
• Sieden: Der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand, der in der gesamten Masse der Flüssigkeit stattfindet.

Methoden zur Trennung von Gemischen

• Sieben: Trennung von festen Partikeln unterschiedlicher Größe.
• Filtration: Trennung eines unlöslichen Feststoffs von einer Flüssigkeit.
• Kristallisation: Trennung eines in einer Flüssigkeit gelösten Feststoffs durch Verdampfung der Flüssigkeit.
• Magnetische Trennung: Trennung von zwei Komponenten, wenn eine davon ferromagnetisch ist.
• Dekantieren: Trennung von zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten.
• Destillation: Trennung von mischbaren Flüssigkeiten oder eines gelösten Feststoffs in einer Flüssigkeit basierend auf unterschiedlichen Siedepunkten.
• Chromatographie: Trennung von Gemischen, deren Komponenten unterschiedliche Affinitäten zu einem Lösungsmittel haben.

Lösungen und ihre Bestandteile

Eine Lösung ist eine homogene Mischung aus zwei oder mehr Komponenten. Das Lösungsmittel ist die Komponente, die im größeren Anteil vorhanden ist, während der gelöste Stoff die Komponente ist, die im geringeren Anteil vorhanden ist.

Daltons Atomtheorie

Die Daltonsche Atomtheorie postuliert:

• Materie besteht aus Atomen, die unteilbar und unzerstörbar sind.
• Alle Atome desselben chemischen Elements sind in Masse und anderen Eigenschaften identisch. Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich in ihren Eigenschaften.
• Chemische Verbindungen werden durch die Kombination von Atomen verschiedener Elemente in festen Verhältnissen gebildet.

Klassifikation der Stoffe

Stoffe lassen sich einteilen in:

• Reinstoffe:
  • Elemente
  • Verbindungen
• Gemische:
  • Heterogene Gemische
  • Homogene Gemische

Lösungskonzentrationen

• Verdünnte Lösung: Geringes Verhältnis von gelöstem Stoff zu Lösungsmittel.
• Konzentrierte Lösung: Hohes Verhältnis von gelöstem Stoff zu Lösungsmittel.
• Gesättigte Lösung: Eine Lösung, die keine größere Menge an gelöstem Stoff mehr aufnehmen kann.

Grundlagen der Stöchiometrie

• Mol: Eine Stoffmenge, die der Atommasse in Gramm entspricht.
• Avogadro-Konstante: 6,022 × 10²³ Teilchen (Moleküle, Atome, Ionen) pro Mol.
• Anzahl der Atome: Die Anzahl der Atome in einem Molekül.
• Massenprozent des gelösten Stoffes: (Masse des gelösten Stoffes / Gesamtmasse der Lösung) × 100.
• Molmasse (Molekulargewicht): Die Summe der Atommassen der Atome in einem Molekül.