Grundlagen der Chemie: Materie, Atome und Stöchiometrie

Stoffe und Mischungen

• Homogene Mischung: Stoffe mit einheitlicher Zusammensetzung, bei denen keine unterschiedlichen Teile erkennbar sind.
• Heterogene Mischung: Stoffe mit variabler Zusammensetzung, bei denen verschiedene Bestandteile unterscheidbar sind.
• Reine Substanz: Stoffe mit fester Zusammensetzung. Man unterscheidet zwischen:
  • Elemente: Können nicht in einfachere Stoffe zerlegt werden.
  • Verbindungen: Können durch chemische Methoden in einfachere Stoffe zerlegt werden.
• Trennung von Mischungen:
  • Homogen: Destillation und Kristallisation.
  • Heterogen: Filtration und Dekantieren.

Lösungen

• Gelöster Stoff: Die Komponente, die in geringerer Menge vorliegt.
• Lösungsmittel: Die Komponente, die in größerer Menge vorliegt.
• Gesättigte Lösung: Eine Lösung, die bei einer bestimmten Temperatur die maximale Menge eines gelösten Stoffes enthält.
• Löslichkeit: Die maximale Menge eines Stoffes, die sich in einer festen Menge Lösungsmittel bei einer bestimmten Temperatur lösen kann.

Atomtheorie und Aufbau

Daltonsche Atomtheorie

Materie besteht aus kleinen, unteilbaren Teilchen, den Atomen. Alle Atome eines Elements sind identisch; verschiedene Elemente besitzen unterschiedliche Atome.

Aufbau des Atoms

• Atomkern: Enthält Protonen (+) und Neutronen (neutral).
• Atomhülle: Enthält Elektronen (-) in verschiedenen Energieniveaus.
• Ordnungszahl (Z): Anzahl der Protonen im Kern (unten).
• Massenzahl (A): Summe aus Protonen und Neutronen (Nukleonen, oben).

Isotope

Atome desselben Elements, die sich in der Massenzahl unterscheiden. Die Isotopenmasse wird in atomaren Masseneinheiten (u) angegeben, basierend auf 1/12 der Masse eines Kohlenstoff-12-Atoms.

Radioaktivität

• Natürliche Radioaktivität: Spontaner Zerfall instabiler Kerne unter Aussendung von Alpha-, Beta- oder Gammastrahlung.
• Künstliche Radioaktivität: Tritt bei stabilen Isotopen auf, wenn diese mit Teilchen beschossen werden.

Chemische Bindungen

• Moleküle: Bestehen aus zwei oder mehr Atomen (gleiche oder verschiedene Elemente).
• Kristallgitter: Struktur aus einer unbestimmten Anzahl geordneter Elementarteilchen.
• Chemische Bindung:
  • Ionenbindung: Elektrostatische Anziehung zwischen Ionen unterschiedlicher Ladung.
  • Kovalente Bindung: Atome teilen sich ein oder mehrere Elektronenpaare.
  • Metallbindung: Elektronenwolke zwischen Metallatomen im Kristallgitter.

Stöchiometrie und Konzentrationen

• Molekulargewicht (Mr): Summe der Atommassen in einem Molekül.
• Mol: Stoffmenge, die so viele Teilchen enthält wie 0,012 kg Kohlenstoff-12 (Avogadro-Konstante L = 6,022 * 10²³).
• Molares Volumen (Vm): Volumen eines Mols eines Gases (bei 1 atm und 0 °C = 22,4 L).
• Konzentrationsangaben:
  • Massenprozent: (Masse Komponente / Masse Lösung) * 100%
  • Volumenprozent: (Volumen Komponente / Volumen Lösung) * 100%
  • Gramm pro Liter (g/L): Masse Komponente / Volumen Lösung
  • Molarität (M): Mol Komponente / Liter Lösung

Elektronenkonfiguration

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 6s²