Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
8 NTG9 SG 1
NaturwissenschaftlichesArbeiten
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
8 NTG9 SG 2
Aggregatzustände und derenÜbergänge
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
8 NTG9 SG 3
Einteilung der Stoffe:
Stoff
Reinstoff
Stoffgemisch
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8 NTG9 SG 4
Einteilung der Stoffe:
Reinstoff
Element
Verbindung
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8 NTG9 SG 1
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
8 NTG9 SG 2
8 NTG
9 SG3
Elementbesteht aus nur einer
Atomart
8 NTG
9 SG4
Stoff-Teilchen
GleichgewichtEnergieDonator-Akzeptor
Struktur-Eigenschaften
Stoff-Teilchen
GleichgewichtEnergieDonator-Akzeptor
Struktur-Eigenschaften
Reinstoffe
Bei gleichen Bedingungen(Temperatur, Druck):immer gleiche qualitative undquantitative Eigenschaften(z.B. Farbe, Geruch, Geschmack,Aggregatzustand, Schmelz- undSiedetemperatur, Dichte)z.B.: Gold, Wasser, Wasserstoff
Stoffgemische
keine konstanten Eigenschaften;
diese ändern sich mit derZusammensetzung
z.B.: Salzwasser (Lösung)
Stoffe
Mischen
Trennen
Reinstoff
Verbindung
besteht aus verschiedenen
Atomarten in einem festen,für die Verbindung charakteris-
tischen Zahlenverhältnis
Molekül
Wasserstoff
H2
Atom
Gold
Au
z.B.: Der Reinstoff Gold besteht aus Gold-Atomen (Au).
z.B.: Der Reinstoff Wasserstoff besteht aus Wasserstoff-Molekülen (H2), wobei einWasserstoff-Molekül aus zwei Wasserstoff-Atomen besteht.
z.B.: Der Reinstoff Wasser besteht aus Wasser-Molekülen (H2O), wobei ein Wasser-Molekül aus zwei Wasserstoff-Atomen und einem Sauerstoff-Atom besteht.
Verbindungen lassen sich durch eineAnalyse in Elemente zerlegen.
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8 NTG9 SG 5
Einteilung der Stoffe:
homogenes Stoffgemisch
heterogenes Stoffgemisch
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chemische Reaktion
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8 NTG9 SG 5
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
8 NTG9 SG 6
Chemische Reaktionen sindStoff- und Energieumwandlungen.
Auf Teilchenebene sind sie gekennzeichnet durch:
Umgruppierung von Atomen Umbau von chemischen Bindungen
erfolgreiche Teilchenzusammenstöße
Beispiel:
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8 NTG9 SG 7
Grundtypenchemischer Reaktionen
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8 NTG9 SG 8
Nachweisreaktionen
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8 NTG9 SG 7
Umsetzung:
A + B C + D
z.B.: Methan Sauerstoff Kohlenstoffdioxid Wasser
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8 NTG9 SG 8
Energie wird frei.
nur eine sichtbare Phase; unterschiedliche Reinstoffe auch mit dem Mikroskop nicht erkennbar
Beispiele:Gasgemisch, Lösung, Legierung
mindestens zwei sichtbare Phasen
Beispiele:Suspension, Nebel, Emulsion
Nachweise molekular gebauter Stoffe:
• Glimmspanprobe als SauerstoffnachweisEin glimmender Holzspan flammt auf, da die Verbrennung in der Sauerstoffatmosphäre heftiger abläuft als in der Luft.
• Knallgasprobe als WasserstoffnachweisWasserstoff und Sauerstoff reagieren in einer exothermen Reaktion zu Wasser (Knall, Pfeifton).
• Kalkwasserprobe als KohlenstoffdioxidnachweisKohlstoffdioxid bildet in “Kalkwasser” (Calciumhydroxid-Lösung) schwerlöslichesCalciumcarbonat (Kalk), was zu einer Trübung führt.
Ionennachweise am Beispiel des Chloridionennachweises:Enthält eine Lösung Chlorid-Ionen, so kommt es bei Zugabe einer farblosen Silbernitrat-Lösung zu einer weißen Trübung, da die Chlorid-Ionen und die Silber-Ionen das schwerlösliche Salz Silberchlorid bilden.
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8 NTG9 SG 9
Innere Energie Ei
exotherm
endotherm
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Energiediagramm
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8 NTG9 SG 11
Katalysator
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8 NTG9 SG 12
Molekül
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8 NTG9 SG 9
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8 NTG9 SG 10
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
8 NTG9 SG 11
Ein Katalysator ist ein Stoff, der• die Aktivierungsenergie (Energie, die benötigt wird um
eine chem. Reaktion zu starten) herabsetzt,• die Reaktion beschleunigt und• nach der Reaktion unverändert vorliegt.
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8 NTG9 SG 12
Teilchen, die aus mindestens zwei Nichtmetall-Atomenbestehen, werden Moleküle genannt.Moleküle von Elementen bestehen aus gleichartigen Atomen(z.B. Cl2, O2, N2, H2), Moleküle von Verbindungen ausverschiedenartigen Atomen (z.B. NH3, H2O, CO2, CH4).
Elemente, die als zweiatomige Moleküle auftreten:
H O F Br I N Cl : H2, O2, F2, Br2, I2, N2, Cl2
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Salze
Kationen und Anionen
Atom-Ionen und Molekül-Ionen
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8 NTG9 SG 13
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8 NTG9 SG 14
Verhältnisformel vs. Molekülformel
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8 NTG9 SG 15
Atommodelle
Modell nach Dalton
Energiestufenmodell
Kugelwolkenmodell bzw. Orbitalmodell
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Atombau
A
XZ
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8 NTG9 SG 14
Ener
gie
3 p , 4 n, 3 e-
MasseC-Atom 12u
H-Atom 1u
n=3
n=2
n=1
Atommodell von Dalton
Atom als kompakte Kugel (z.B.: C-Atom, H-Atom)
Energiestufenmodell
beschreibt den Aufbau der Atomhülle
Elektronen auf Energiestufen
eine Energiestufe kann von maximal 2n2 Elektronenbesetzt werden
Orbital: Raum um den Atomkern, in welchem ein
Elektron mit hoher Wahrscheinlichkeit anzutreffen ist
Orbitalmodell: beschreibt die Atombindung:
jedes Orbital fasst maximal zwei Elektronen
Atombindung kommt durch Überlappung zweierOrbitale zustande (siehe Wasser-Molekül links)
8 NTG
9 SG15
(Lithium)
+
Nukleonenzahl A: A=7
Rel. Atommasse mA: 7 u
Ordnungs-, Elektronen-,
Protonen-, Kernladungszahl: Z= 3
Atomhülle: Elektronen auf
unterschiedlichen Energiestufen
bzw. Bahnen
Atomkern: Nukleonen
Neutronen n und Protonen p+
Protonenzahl Z (= Ordnungszahl)
definiert die Atomart.
Nukleonenzahl A (= Massenzahl)
A=Z+N
8 NTG
9 SG16
Stoff-Teilchen
Gleichgewicht
EnergieDonator-Akzeptor
Struktur-Eigenschaften
Stoff-Teilchen
Gleichgewicht
EnergieDonator-Akzeptor
Struktur - Eigenschaften
Eigenschaften von Salzen: spröde, kristalline Feststoffe, hohe Schmelz- und Siedetemperaturen, elektrische Leitfähigkeit in Lösung und Schmelze , Wärmeleitfähigkeit
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8 NTG9 SG 17
Edelgasregel(Oktettregel)
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8 NTG9 SG 18
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8 NTG9 SG 19
Atombindung(Einfachbindung, Mehrfachbindung)
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8 NTG9 SG 20
Valenzstrichformel
(=Strukturformel, LEWIS-Formel)
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8 NTG9 SG 17
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8 NTG9 SG 18
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
8 NTG9 SG 19
Eine Atombindung entsteht wenn Nichtmetall-Atome miteinanderreagieren und kommt durch die Überlappung vonAtomorbitalen (Kugelwolken) zustande. Jeder Partner steuertmindestens ein Valenzelektron zur Atombindung bei.
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8 NTG9 SG 20
Edelgaskonfiguration: • Atome erreichen die gleiche Anzahl an Valenzelektronen
(Elektronenoktett, Ausnahme Helium: Elektronenduplett) wie die Edelgas-Atome.
• Die Edelgaskonfiguration ist besonders stabil.
Ionenbindung Metallbindung Atombindung (=kovalente
Bindung, Elektronenpaarbindung)
chemische Bindung
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9 NTG10 SG 24
Elektronegativität (EN)
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9 NTG10 SG 24
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9 NTG9 SG 21
Teilchenmasse(Atom-, Molekül-, Ionenmasse)
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9 NTG9 SG 22
Stoffmenge[n] = 1mol
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9 NTG9 SG 23
Zusammenhang zwischen
Quantitäts- und Umrechnungsgrößen
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9 NTG9 SG 21
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9 NTG9 SG 22
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
9 NTG9 SG 23
Die Stoffmenge n ist zur Teilchenanzahl N direkt proportional.1 Mol ist die Stoffmenge, die so viele Teilchen (Atome, Moleküle, Ionen) enthält wie in 12 g des Kohlenstoffisotops 12C enthalten sind.
1 mol entspricht 6,022 ∙ 1023 Teilchen.
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9 NTG10 SG 25
Intermolekulare Wechselwirkungen
van der Waals WW
Dipol-Dipol-WW
Wasserstoffbrücken
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9 NTG10 SG 26
Säure - saure Lösung
neutrale Lösung
Base - basische/alkalische Lösung
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9 NTG10 SG 25
van der Waals WW Anziehungskräfte zwischen spontanen und induzierten Dipolen steigen mit zunehmender Moleküloberfläche und Molekülmasse wirken zwischen allen Molekülen (auch bei unpolaren Molekülen)
Dipol-Dipol-WW WW zwischen permanenten Dipol-Molekülen (z.B. HCl)
Wasserstoffbrücken sind die stärksten intermolekularen Wechselwirkungen
kommen bei Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs,des Sauerstoffs und des Fluors vor (z. B. NH3, H2O, HF)
zwischen positiv polarisierten H-Atomen und freienElektronenpaaren des Nachbarmoleküls
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9 NTG10 SG 26
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
9 NTG10 SG 27
wichtige Säuren
(Protonendonatoren)
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9 NTG10 SG 28
wichtige Basen
(Protonenakzeptoren)
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9 NTG10 SG 27
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
9 NTG10 SG 28
Natriumhydroxid NaOH Lsg.: Natronlaugein Rohrreinigern, Laugengebäck
Kaliumhydroxid KOH Lsg.: Kalilaugezum Abbeizen
Calciumhydroxid Ca(OH)2 Lsg.: KalkwasserCO2-Nachweis, Kalkmörtel
Ammoniak NH3 Lsg.: AmmoniakwasserHerstellung von Düngemitteln
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9 NTG10 SG 29
Neutralisation
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9 NTG10 SG 30
Säure-Base-Titration
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9 NTG10 SG 29
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
9 NTG10 SG 30
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
9 NTG10 SG 31
pH-Wert
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9 NTG10 SG 32
Oxidation und Reduktion
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9 NTG10 SG 31
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
9 NTG10 SG 32
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
9 NTG10 SG 33
Elektrolyse
Batterie
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
9 NTG10 SG 34
Donator-Akzeptor-Reaktion
Protolyse-Reaktion
Redox-Reaktion
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
9 NTG10 SG 33
Elektrolyse:Redox-Reaktion wird durch Zufuhr von elektrischer Energieerzwungen.
Batterie (galvanisches Element bzw. galvanischeZelle):Redox-Reaktion setzt elektrische Energie frei.
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9 NTG10 SG 34
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
10 NTG10 SG 35
Funktionelle Gruppen
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
10 NTG10 SG 36
Isomerie
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10 NTG10 SG 35
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
10 NTG10 SG 36
Isomeriegleiche Summenformel, aber
unterschiedliche Verbindungen
Konstitutionsisomerieunterschiedliche Verknüpfung der
Atome
Stereoisomerieunterschiedliche räumliche
Anordnung der Atome
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10 NTG10 SG 39
Organische Reaktionstypen II
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
10 NTG10 SG 37
Elektrophil-Nukleophil(Donator-Akzeptor-Prinzip)
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
10 NTG10 SG 38
Organische Reaktionstypen I
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
10 NTG10 SG 40
Biomoleküle:Kohlenhydrate I
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
10 NTG10 SG 37
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
10 NTG10 SG 38
Organische Verbindungen mit Einfachbindungen (Alkane, Alkohole, Halogenalkane) haben die Tendenz zu Substitutionsreaktionen. Beispiel: Reaktion von Methan mit Chlor
Organische Verbindungen mit Mehrfachbindungen (Alkene, Alkine, Aldehyde, Ketone) gehen Additionsreaktionen ein.Beispiel: Reaktion von Ethen mit Chlor
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
10 NTG10 SG 40
Carbonsäure + Alkohol Ester + Wasser
10 NTG
10 SG 39Stoff-Teilchen
GleichgewichtEnergieDonator-Akzeptor
Struktur-Eigenschaften
Kondensationsreaktion:
zwei Moleküle verbinden sich miteinander unter Abspaltung eines
kleinen Moleküls (z.B. H2O)
Hydrolyse:
Spaltung einer Verbindung durch Reaktion mit Wasser
Kondensation
Hydrolyse
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
10 NTG10 SG 41
Biomoleküle:Kohlenhydrate II
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
10 NTG10 SG 42
Biomoleküle:Aminosäuren und Proteine
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10 NTG10 SG 43
Biomoleküle:Fette
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
10 NTG10 SG 41
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
10 NTG10 SG 42
Grundstruktur einer Aminosäure:
Proteine:Mindestens 100 Aminosäuren sind über Peptidbindungen verknüpft.
Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur-Eigenschaften
10 NTG10 SG 43
Fette sind Ester aus dem dreiwertigen Alkohol Glycerin und drei Fettsäuren (langkettige Carbonsäuren).