Grundlagen der Chemie und Physik: Lösungen, Atommodelle und Quantentheorie

Grundlagen der Chemie: Lösungen und Konzentration

Definitionen und Eigenschaften von Lösungen

Lösung

Eine Lösung ist eine homogene Mischung aus zwei oder mehr Stoffen.

Lösungsmittel

Das Lösungsmittel ist der wichtigste Bestandteil einer Lösung, der die gelöste Substanz aufnimmt.

Gelöster Stoff (Solut)

Der gelöste Stoff (Solut) ist die Komponente, die in geringerer Menge vorhanden ist und im Lösungsmittel gelöst wird.

Löslichkeit

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

Faktoren der Löslichkeit

Die Löslichkeit hängt von den Eigenschaften des gelösten Stoffes und des Lösungsmittels sowie von der Temperatur der Lösung ab. Als allgemeine Regel gilt: Bei der Auflösung von Feststoffen in Flüssigkeiten erhöht eine höhere Temperatur die Löslichkeit.

Konzentration von Lösungen

Konzentration

Die Konzentration beschreibt die Menge des gelösten Stoffes pro Volumeneinheit der Lösung oder des Lösungsmittels. Häufige Konzentrationsangaben sind:

• Massenprozent (m/m)
• Volumenprozent (v/v)
• Molare Konzentration (Molarität)
• Molalität (mol/kg)
• Molbruch

Historische Atommodelle und Quantentheorie

Entwicklung der Atomtheorie

Daltons Atommodell

Nach Daltons Ansicht besteht Materie aus unteilbaren Atomen ohne innere Struktur. Spätere Entdeckungen stellten dieses einfache Atommodell jedoch infrage.

Thomsons Atommodell

Die wichtigsten Aspekte von Thomsons Atommodell sind:

• Das Atom besteht aus einer positiv geladenen Masse, in die subatomare Teilchen (Elektronen) mit sehr kleiner Masse und negativer elektrischer Ladung eingebettet sind.
• Die Anzahl der Elektronen ist ausreichend, um die positive Ladung zu neutralisieren, sodass das Atom als Ganzes elektrisch neutral ist.
• Die Elektronen des Atoms können sehr leicht abgetrennt werden.

Rutherfords Atommodell

Rutherfords Modell konnte nicht erklären, warum die Elektronenbahnen in der Elektronenhülle stabil sind. Nach den damals bewährten Gesetzen der Physik müsste ein Elektron, das den Kern umkreist, Energie als elektromagnetische Strahlung abgeben und somit spiralförmig in den Kern stürzen.

Quantenmechanische Grundlagen

Quantentheorie

Die Quantentheorie besagt, dass strahlende Energie diskontinuierlich in Energiepaketen emittiert und absorbiert wird. Diese Pakete werden als Energiequanten oder Photonen bezeichnet. Der deutsche Physiker Max Planck (1858–1947) schlug im Jahr 1900 die Quantentheorie der Energie vor, wonach die Energie elektromagnetischer Strahlung durch einen bestimmten Ausdruck gegeben ist.

Bohrs Atommodell

Bohr postulierte, dass Elektronen den Kern in kreisförmigen Bahnen umkreisen, aber nur in bestimmten, erlaubten Bahnen mit festem Radius und quantisierten Energiewerten verweilen dürfen. Solange ein Elektron in einer solchen Umlaufbahn verbleibt, emittiert oder absorbiert es keine Energie. Ein Elektron nimmt nur dann Energie auf oder gibt sie ab, wenn es seine Energieebene wechselt:

• Wenn ein Elektron ein Photon absorbiert, gelangt es in einen angeregten Zustand und springt auf ein höheres Energieniveau.
• Wenn ein Elektron Energie verliert, fällt es auf ein niedrigeres Energieniveau zurück.