Grundlegende Konzepte und Gesetze der Chemie

Atommodelle und Atomstruktur

Historische Atommodelle

Dalton

Die Materie besteht aus zunächst unteilbaren Atomen.

Thomson

Präsentiert die diskontinuierliche Natur der Materie (Kathodenstrahlen) und das „Rosinenkuchen“-Modell.

Goldstein

Entdeckung der Kanalstrahlen (positive Teilchen).

Rutherford

Das Atom besteht aus einem kleinen, harten Kern (Protonen und Neutronen) und Elektronen, die den Kern umkreisen.

Bohr

Die Elektronen im Atom befinden sich auf definierten Schalen und Unterschalen. Stellt die Verteilung der Elektronen um den Atomkern dar.

Grundlegende Atomdefinitionen

Ordnungszahl (Z)

Z = Anzahl der Protonen (P) = Anzahl der Elektronen (e) im neutralen Atom.

Massenzahl (A)

A = Anzahl der Protonen (P) + Anzahl der Neutronen (N).

Isotope

Atome desselben Elements mit gleicher Ordnungszahl (Z), aber unterschiedlicher Massenzahl (A).

Relative Atommasse (Ar)

Die Masse eines Elements im Vergleich zum Kohlenstoff-12-Atom.

Berechnung der durchschnittlichen relativen Atommasse (bei Isotopen):

$$A_r = \frac{(M_1 \cdot \%_1)}{100} + \frac{(M_2 \cdot \%_2)}{100} + \dots$$

Gesetze der Stöchiometrie

Gravimetrische Gesetze (Gesetze der Masse)

Gesetz von der Erhaltung der Masse (Lavoisier)

Die Gesamtmasse eines geschlossenen Systems bleibt unverändert, unabhängig von der chemischen Umwandlung, die darin stattfindet.

Gesetz der konstanten Proportionen (Proust)

Wenn sich zwei oder mehr Elemente zu derselben Verbindung verbinden, tun sie dies immer in definierten und konstanten Massenproportionen.

Volumetrische Gesetze (Gasgesetze)

Gay-Lussac-Gesetz für Gase

Wenn Gase sich verbinden, um neue gasförmige Verbindungen zu bilden, stehen ihre Volumina in einfachen ganzzahligen Verhältnissen, vorausgesetzt, sie befinden sich unter den gleichen Bedingungen von Druck und Temperatur.

Hypothese von Avogadro

Gleiche Volumina verschiedener Gase enthalten unter den gleichen Bedingungen von Druck und Temperatur die gleiche Anzahl von Molekülen.

Molares Volumen

Das Volumen, das ein Mol eines Gases bei Normalbedingungen (Normaldruck und Normaltemperatur) einnimmt.

Dieses Volumen beträgt 22,4 L und enthält $6,022 \cdot 10^{23}$ Teilchen (Avogadro-Konstante).

Die pH-Skala und Indikatoren

Die pH-Skala

Sie ermöglicht es uns, den Säuregrad (Acidität) oder die Basizität (Alkalität) eines bestimmten Stoffes zu bestimmen:

• pH = 7: Neutral
• pH < 7: Sauer (Acidisch)
• pH > 7: Basisch (Alkalisch)

Messung des pH-Werts

Zur Messung werden chemische Indikatoren oder digitale pH-Meter verwendet.

Chemische Indikatoren (Beispiele)

• Phenolphthalein: Farblos im sauren Milieu, stark rosa im basischen Milieu.
• Lackmuspapier: Rot im sauren Milieu, blau im basischen Milieu.

Der pH-Wert kann auch digital mit einem pH-Meter gemessen werden.

Grundlagen der Thermodynamik

Exotherme Reaktion

Energie wird freigesetzt, wenn die Reaktion abläuft.

Endotherme Reaktion

Energie wird absorbiert, um die Reaktion ablaufen zu lassen.

Reaktionswärme

Die Menge an Wärmeenergie, die während einer Reaktion freigesetzt oder absorbiert wird.

Bindungsenergie

Die Energie, die benötigt wird, um eine chemische Bindung zu brechen, oder die Energie, die bei der Bildung einer Bindung freigesetzt wird.