ReinstoffElementVerbindung 4 4 StoffReinstoffStoffgemisch 3 3 2Aggregatzuständeund derenÜbergänge 2 Arbeiten Naturwissenschaftliches 1 1

(1)

Stoff-Teilchen Donator-Akzeptor Energie

Gleichgewicht Struktur-Eigenschaften 8 NTG

9 SG

1 Naturwissenschaftliches Arbeiten

9 SG

2 Aggregatzustände und deren Übergänge

9 SG

3 Einteilung der Stoffe:

Stoff Reinstoff Stoffgemisch

9 SG

4 Einteilung der Stoffe:

Reinstoff Element Verbindung

9 SG

1

9 SG

2

8 NTG

9 SG

3 Element

besteht aus nur einer Atomart

8 NTG

9 SG

4

Stoff-Teilchen

Gleichgewicht Donator-Akzeptor Energie Struktur-Eigenschaften

Stoff-Teilchen

Reinstoffe

Bei gleichen Bedingungen (Temperatur, Druck):

immer gleiche qualitative und quantitative Eigenschaften (z.B. Farbe, Geruch, Geschmack, Aggregatzustand, Schmelz- und Siedetemperatur, Dichte) z.B.: Gold, Wasser, Wasserstoff

Stoffgemische

keine konstanten Eigenschaften;

diese ändern sich mit der Zusammensetzung 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 ein Wasserstoff-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 eine Analyse in Elemente zerlegen.

(2)

9 SG

5 Einteilung der Stoffe:

homogenes Stoffgemisch heterogenes Stoffgemisch

9 SG

6 chemische Reaktion

9 SG

5

9 SG

6 Chemische Reaktionen sind Stoff- und Energieumwandlungen.

Auf Teilchenebene sind sie gekennzeichnet durch:

 Umgruppierung von Atomen

 Umbau von chemischen Bindungen

 erfolgreiche Teilchenzusammenstöße Beispiel:

9 SG

7 Grundtypen

chemischer Reaktionen

9 SG

8 Nachweisreaktionen

9 SG

7 Umsetzung:

A + B C + D

z.B.: Methan Sauerstoff Kohlenstoffdioxid Wasser

9 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 Sauerstoffnachweis

Ein glimmender Holzspan flammt auf, da die Verbrennung in der Sauerstoffatmosphäre heftiger abläuft als in der Luft.

• Knallgasprobe als Wasserstoffnachweis

Wasserstoff und Sauerstoff reagieren in einer exothermen Reaktion zu Wasser (Knall, Pfeifton).

• Kalkwasserprobe als Kohlenstoffdioxidnachweis

Kohlstoffdioxid bildet in “Kalkwasser” (Calciumhydroxid-Lösung) schwerlösliches Calciumcarbonat (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.

(3)

9 SG

9 Innere Energie E

ⁱ

exotherm endotherm

9 SG

10 Energiediagramm

9 SG

11 Katalysator

9 SG

12 Molekül

9 SG

9

9 SG

10

9 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.

9 SG

12 Teilchen, die aus mindestens zwei Nichtmetall-Atomen bestehen, werden Moleküle genannt.

Moleküle von Elementen bestehen aus gleichartigen Atomen (z.B. Cl

2

, O

2

, N

2

, H

2

), Moleküle von Verbindungen aus verschiedenartigen Atomen (z.B. NH

3

, H

2

O, CO

2

, CH

4

).

Elemente, die als zweiatomige Moleküle auftreten:

H O F Br I N Cl : H

2,

O

2,

F

2,

Br

2,

I

2,

N

2,

Cl

2

(4)

9 SG

13 Salze

Kationen und Anionen

Atom-Ionen und Molekül-Ionen

9 SG

13

9 SG

14 Verhältnisformel vs.

Molekülformel

9 SG

15 Atommodelle

 Modell nach Dalton

 Energiestufenmodell

 Kugelwolkenmodell bzw. Orbitalmodell

9 SG

16 Atombau

A Z X

9 SG

14

Energie

3 p , 4 n, 3 e^- Masse C-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 maximal2n²Elektronen besetzt 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 zweier Orbitale zustande (siehe Wasser-Molekül links)

8 NTG

9 SG

15 (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 SG

16

Stoff-Teilchen Gleichgewicht

Energie Donator-Akzeptor

Struktur-Eigenschaften

Stoff-Teilchen Gleichgewicht

Energie Donator-Akzeptor

Struktur - Eigenschaften

Eigenschaften von Salzen: spröde, kristalline Feststoffe, hohe Schmelz- und Siedetemperaturen, elektrische Leitfähigkeit in Lösung und Schmelze , Wärmeleitfähigkeit

(5)

9 SG

17 Edelgasregel (Oktettregel)

9 SG

18

9 SG

19 Atombindung

(Einfachbindung, Mehrfachbindung)

9 SG

20 Valenzstrichformel

(=Strukturformel, LEWIS-Formel)

9 SG

17

9 SG

18

9 SG

19 Eine Atombindung entsteht wenn Nichtmetall-Atome miteinander reagieren und kommt durch die Überlappung von

Atomorbitalen (Kugelwolken) zustande. Jeder Partner steuert mindestens ein Valenzelektron zur Atombindung bei.

9 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

(6)

10 SG

24 Elektronegativität (EN)

10 SG

24

9 SG

21 Teilchenmasse

(Atom-, Molekül-, Ionenmasse)

9 SG

22 Stoffmenge [n] = 1mol

9 SG

23 Zusammenhang zwischen

Quantitäts- und Umrechnungsgrößen

9 SG

21

9 SG

22

9 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

12

C enthalten sind.

1 mol entspricht 6,022 ∙ 10

²³

Teilchen.

(7)

10 SG

25 Intermolekulare Wechselwirkungen

 van der Waals WW

 Dipol-Dipol-WW

 Wasserstoffbrücken

10 SG

26 Säure - saure Lösung neutrale Lösung

Base - basische/alkalische Lösung

10 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. NH

3

, H

2

O, HF)



zwischen positiv polarisierten H-Atomen und freien Elektronenpaaren des Nachbarmoleküls

10 SG

26

10 SG

27 wichtige Säuren (Protonendonatoren)

10 SG

28 wichtige Basen (Protonenakzeptoren)

10 SG

27

10 SG

28 Natriumhydroxid NaOH  Lsg.: Natronlauge in Rohrreinigern, Laugengebäck

Kaliumhydroxid KOH  Lsg.: Kalilauge zum Abbeizen

Calciumhydroxid Ca(OH)

2

 Lsg.: Kalkwasser CO

²

-Nachweis, Kalkmörtel

Ammoniak NH

3

 Lsg.: Ammoniakwasser

Herstellung von Düngemitteln

(8)

10 SG

29 Neutralisation

10 SG

30 Säure-Base-Titration

10 SG

29

10 SG

30

10 SG

31 pH-Wert

10 SG

32 Oxidation und Reduktion

10 SG

31

10 SG

32

(9)

10 SG

33 Elektrolyse Batterie

10 SG

34 Donator-Akzeptor-Reaktion

Protolyse-Reaktion

Redox-Reaktion

10 SG

33 Elektrolyse:

Redox-Reaktion wird durch Zufuhr von elektrischer Energie erzwungen.

Batterie (galvanisches Element bzw. galvanische Zelle):

Redox-Reaktion setzt elektrische Energie frei.

10 SG

34

10 SG

35 Funktionelle Gruppen

10 SG

36 Isomerie

10 SG

35

10 SG

36 Isomerie

gleiche Summenformel, aber unterschiedliche Verbindungen

Konstitutionsisomerie

unterschiedliche Verknüpfung der

Atome

Stereoisomerie

unterschiedliche räumliche

Anordnung der Atome

(10)

10 SG

39 Organische Reaktionstypen II

10 SG

37 Elektrophil-Nukleophil (Donator-Akzeptor-Prinzip)

10 SG

38 Organische Reaktionstypen I

10 SG

40 Biomoleküle:

Kohlenhydrate I

10 SG

37

10 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

10 SG

40 Carbonsäure + Alkohol Ester + Wasser

10 NTG

10 SG

39

Stoff-Teilchen

Kondensationsreaktion:

zwei Moleküle verbinden sich miteinander unter Abspaltung eines kleinen Moleküls (z.B. H

2

O)

Hydrolyse:

Spaltung einer Verbindung durch Reaktion mit Wasser

Kondensation Hydrolyse

(11)

10 SG

41 Biomoleküle:

Kohlenhydrate II

10 SG

42 Biomoleküle:

Aminosäuren und Proteine

10 SG

43 Biomoleküle:

Fette

10 SG

41

10 SG

42

Grundstruktur einer Aminosäure:

Proteine:

Mindestens 100 Aminosäuren sind über Peptidbindungen verknüpft.

10 SG