Notizen, Zusammenfassungen, Arbeiten, Prüfungen und Übungen für Chemie für Gymnasiale Oberstufe

Isotope und die Struktur des Atoms

Isotope: Isotope sind Atome mit den gleichen chemischen Eigenschaften, aber unterschiedlichen Massen.

Das Neutron: Wenn die Elemente in aufsteigender Reihenfolge der Ordnungszahl angeordnet werden, beseitigt dies die Anomalien, die im Periodensystem auftreten, wenn man es rein nach der zunehmenden Atommasse sortiert. Mit dem Massenspektrographen wird die Isotopenmasse bestimmt. Diese steht oft im Widerspruch zur reinen Masse der Protonen, aus denen sich die Ordnungszahl ergibt. Die Masse des Atoms muss daher auch durch andere Bestandteile (Neutronen) erklärt werden.

Ordnungszahl (Z): Sie zeigt die Anzahl der Protonen im Atomkern an und bestimmt das jeweilige Element. Sie wird mit dem Buchstaben Z dargestellt....

Vergleich: Bohrsches Atommodell vs. Quantentheorie

Die Beschreibung der Bewegung eines Elektrons um den Kern eines Atoms unterscheidet sich grundlegend zwischen dem Bohrschen Atommodell und der Quantentheorie.

Bohrsches Planetenmodell

Im Bohrschen Modell lässt sich die Position und die Geschwindigkeit (sowie der Impuls) eines Elektrons auf seiner Umlaufbahn um den Atomkern jederzeit präzise vorhersagen.

Moderne Quantentheorie

Die moderne Quantentheorie führt das Konzept des Orbitals ein. Das Elektron folgt bei seiner Bewegung um den Kern keinem vorgegebenen Pfad, sondern bewegt sich zufällig. Ein Orbital liefert die Wahrscheinlichkeit, das Elektron in einem bestimmten Abstand vom Kern zu finden. Diese Information wird aus dem Quadrat der Wellenfunktion...

Grundlagen der chemischen Reaktionsgeschwindigkeit

Die Erfahrung zeigt, dass die Geschwindigkeit, mit der Reaktanden in Produkte umgewandelt werden, stark variiert. Einige Reaktionen laufen extrem langsam ab, während andere fast augenblicklich erfolgen.

Die Reaktionsgeschwindigkeit ist eine positive Größe, die die Änderung der Konzentration von Edukten oder Produkten im Laufe der Zeit ausdrückt.

Messung der Reaktionsgeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt wird als Momentangeschwindigkeit bezeichnet. Sie entspricht der Steigung der Tangente an die Konzentrations-Zeit-Kurve der Reaktanden oder Produkte an einem bestimmten Punkt.

Reaktionsordnung und Molekularität

Die Geschwindigkeit einer Reaktion kann wie folgt ausgedrückt...

Neutralisationsreaktionen

Neutralisationsreaktionen sind Protolysen: Es erfolgt eine Übertragung eines Protons von der Säure zur Base. Bei der Umsetzung einer Säure mit einer Base hebt die Base die Wirkung der Säure bzw. die Säure der Base auf. Dabei entsteht Wasser.

Neutralisationsreaktionen sind exotherm, weil verdünnte starke Säuren mit der Lösung einer Base stets unter starkem Energiegewinn ablaufen. Die bei der Protonenübertragung von H₃O⁺- und OH^--Ionen freigesetzte Wärme ist die Neutralisationsenthalpie:

H₃O⁺ + OH^- → 2 H₂O

Beispiel

Salzsäure und Natronlauge setzt man in äquivalenten Stoffmengen ein. Es entsteht eine neutrale Lösung mit pH 7:

Na⁺ + OH^- (Hydroxidion) + H₃O⁺ (Oxoniumion) + Cl^- → Na⁺ + Cl^- + 2 H₂O

An der Neutralisation...

Geschwindigkeitsgleichung

Die Geschwindigkeitsgleichung drückt die Reaktionsgeschwindigkeit als Funktion der Konzentrationen der Stoffe in einem gegebenen Moment aus. Die Konstante k wird als Geschwindigkeitskonstante bezeichnet. Die Exponenten x und y sind die Konzentrationen der jeweiligen Reaktionsordnung. Die Summe (x + y) wird als globale Reaktionsordnung bezeichnet. Die Halbwertszeit ist die Zeit, die benötigt wird, um die Konzentration eines Reagenzes auf die Hälfte zu reduzieren. Es gibt Reaktionen nullter, erster, zweiter und dritter Ordnung.

Theorien der chemischen Reaktion

Kollisionstheorie

Die von Lewis vorgeschlagene Theorie besagt, dass chemische Reaktionen durch Stöße zwischen Molekülen, Atomen oder Ionen der Reaktanten auftreten....

Grundlagen der Atomphysik

• Wert der Masse eines Protons: ca. 1 amu

Quantenzahlen

• n (Hauptquantenzahl): 1, 2, 3, ... n
• l (Nebenquantenzahl): 0, 1, 2, ... (n-1) für jedes n
• m (Magnetquantenzahl): -l bis +l (inklusive 0) für jedes l
• s (Spinquantenzahl): +1/2 und -1/2 für jedes m

Entwicklung des Periodensystems

• Vater des Periodensystems: Mendelejew (basierend auf atomaren Massen)
• Aktuelles Periodensystem: Moseley (basierend auf Ordnungszahlen)

Beiträge von Döbereiner und Newlands

1. Döbereiner (Triaden): Die Masse des mittleren Elements entsprach fast dem Mittelwert der beiden anderen.
2. Newlands (Gesetz der Oktaven): Bei Anordnung nach zunehmender Atommasse zeigten Elemente in Gruppen von sieben ähnliche Eigenschaften beim achten Element.

Definitionen

• Ionisierungsenergie:

Ponderalgesetze

Gesetz von der Erhaltung der Masse

Das chemische Zusammenspiel der gesamten Masse der Reaktanten entspricht der Masse der erhaltenen Produkte.

Gesetz der konstanten Proportionen

Wenn zwei Elemente zusammenkommen, um nur eine Art von Verbindung zu bilden, geschieht dies immer in einer festgesetzten Proportion.

Gesetz der multiplen Proportionen

In Kombination zweier Elemente, die Anlass zu verschiedenen Verbindungen geben, gilt: Während die Menge des einen Elements konstant ist, variiert die Menge des anderen bevorzugt in einem Verhältnis einfacher ganzer Zahlen.

Volumengesetze

Gesetz der gasförmigen Volumina

Die Volumina der reagierenden Gase und der erhaltenen Gase stehen in einem einfachen Verhältnis zueinander.

Avogadro-Hypothese

Gleiche...

Kakaobutter: Oxidationsempfindlich wegen Doppelbindungen, kein Emulgiervermögen wegen fehlender hydrophiler Teile. Hartfett (lipophil)

- Hartfett:

+ Lange Haltbarkeit

+ Hohe OHZ = gute Emulgierfähigkeit

± Hydrophil + lipophil → gute Emulgierfähigkeit

- Niedrige OHZ → Rissbildung bei Kühlung

- Wechselwirkungen mit freien OH-Gruppen

- Kakaobutter:

- Oxidation → ranzig

- Schwierige Herstellung

+ Gute physiologische Verträglichkeit

Hydrophile Grundmassen

- Macrogol:

+ Viele freie OH-Gruppen → Wechselwirkungen mit Arzneistoffen möglich

+ Lange Haltbarkeit, gut für vaginale Arzneiformen

- Rektal: Reizt Darmschleimhaut

- Glycerol/Gelatine:

- Kurze Haltbarkeit (Wassergehalt)

+ Gutes Spreitvermögen

- Wechselwirkungen mit Arzneistoffen...

Kunststoffe

1. Thermoplaste

Thermoplaste gehen beim Erwärmen in einen plastischen (verformbaren) Zustand über. Nach dem Erkalten bleiben sie in der neuen Form.

• Die Makromoleküle liegen ungeordnet nebeneinander.
• Sie können beim Erwärmen schwingen und aneinander vorbeigleiten.
• Deshalb sind Thermoplaste beim Erwärmen verformbar.
• Beim Abkühlen erhärtet der Kunststoff und behält die neue Form.

Beispiele: Polyethen (PE), Polystyrol (PS), Polyamid (PA)

2. Duroplaste

Duroplaste sind plastisch nicht verformbar und widerstandsfähig gegen Strom, Wärme und Chemikalien.

• Die Makromoleküle sind räumlich eng vernetzt.
• Durch die festen Bindungen zwischen den Molekülketten können sie beim Erwärmen nicht aneinander vorbeigleiten.
• Deshalb lassen sich Duroplaste

Wichtige Verbindungen und Ionen

Säuren:
Salzsäure HCl | Schwefelsäure H₂SO₄ | Phosphorsäure H₃PO₄ | Salpetersäure HNO₃
Kohlensäure H₂CO₃ | Schweflige Säure H₂SO₃ | Ethansäure (Essigsäure) CH₃COOH | Methansäure (Ameisensäure) HCOOH

Hydroxide (wässrige Lösung)

Natrium (Natronlauge) NaOH | Kalium (Kalilauge) KOH
Calcium (Kalkwasser) Ca(OH)₂ | Barium (Barytwasser) Ba(OH)₂ | Aluminium Al(OH)₃
Mangan(II)-Sulfat MnSO₄ | Kaliumdichromat K₂Cr₂O₇ | Kaliumchromat K₂CrO₄ | Kaliumpermanganat KMnO₄

Ionen

Chlorid Cl^- | Sulfat SO₄^2- | Phosphat PO₄^3- | Nitrat NO₃^- | Carbonat CO₃^2-
Sulfit SO₃^2- | Acetat CH₃COO^- | Formiat HCOO^- | Dichromat Cr₂O₇^2-
Chromat CrO₄^2- | Permanganat MnO₄^-

Definitionen

Säure: Teilchen, die in der Lage sind, Protonen abzugeben (Protonendonator)...