4.1 [2]

-> Erweiterung des Teilchenmodells

-> Dalton stellt die Hypothese auf, dass

• sämtliche Materie ebensfalls aus kleinen Teilchen wie bisher im Teilchenmodell bestehen

  -> diese Teilchen sich aber aus bestimmten Elementteilchen zusammensetzen

• Elementteilchen = Atome

  -> kleinste chemische Einheit, aus der alle Stoffe bestehen

(Atome sind zwar weiter zerlegbar -> für chemische Reaktionen ist dies nicht weiter relevant)

• sämtliche Stoffe, die aus Verbindungen bestehen, bestehen also aus einer bestimmten Zusammensetzung aus mehreren Atomen

• die einzelnen Atome der Moleküle werden als unterschiedlich grosse und eingefärbte Kugeln dargestellt

  -> einigen Elementsorten wird eine bestimmte Farbe zugewiesen

  -> bei anderen Atomsorten kann die Farbe frei gewählt werden

-> noch einfachere und schnellere Variante Moleküle darzustellen

• auf die Angabe der Struktur eines Moleküls wird verzichtet

  -> nur angegeben welche Atome im Molekül enthalten sind

• d. verwendeten Buchstaben sind jeweils die Abkürzungen der Elementsymbole aus dem Periodensystem

Regel

• C > H > alle anderen Elementsymbole in alphabetischer Reihenfolge (*)

  (*) es bestehen Ausnahmen

Ausnahme

• Ammoniakmolekül -> NH₃

  -> 1 Stickstoffatom (N)

  -> 3 Wasserstoffatome (H)

• Reinstoffe, die pro kleinstes Teilchen nur eine Sorte Bausteine enthalten, heissen Elemtarstoffe

• Elementarstoffe können über chemische Trennmethoden nicht weiter zerlegt werden

• Reinstoffe, die pro kleinstes Teilchen mehr als eine Sorte Bausteine enthalten, heissen Verbindungen

• Verbindungen können über chemische Trennmethoden weiter zerlegt werden

1. Wasserstoff H₂

2. Stickstoff N₂

3. Sauerstoff O₂

4. Fluor F₂

5. Chlor Cl₂

6. Brom Br₂

7. Iod I₂

• zusammengefasst werden diese Elementarstoffe als Hnofclbri

• Erweiterung

  -> Phosphor P₄

  -> Schwefel S₈

• einige Elementarstoffe kommen als ein Atomverban von mehreren Atomen der gleichen Sorte vor

  -> Moleküle, die Elementarstoffe sind

• Somit sind einige Elementarstoffe also auch Moleküle

  -> aber entsprechen nciht der Definition einer Verbindung

• Denn…

• Bei einer chemischen Reaktion geht keine Masse verloren

• Man spricht von Massenerhaltung bie chemischen Reaktionen

• unter bestimmten Bedingungen kann Energie in Masse und umgekehrt umgewandelt werden

  -> für Bedingungen, bei denen chemische Reaktionen ablaufen ist dies aber nicht relevant

• Allgeimeiner Aufbau einer Reaktionsgleichung

-> Edukt 1 + Edukt 2 + … -> Produkt 1 + Produkt 2 + …$

• da in einer chemischen Reaktion Atome nur umgruppiert und nicht zerstört werden, muss links und rechts vom Reaktionspfeil die gleiche Anzahl an Stomen vorhanden sein (Massenerhaltung)

  -> bechte dass die Zusammensetzung der Moleküle nach dem Aufstellen der Reaktionsgleichung nichtmehr verändert wird

Vorgang

…was bei der Verbrennung (in der Flamme) mit den beteiligten Molekülen geschieht

• die Bindungen zwischen den Atomen werden aufgebrochen und fügen sich neu zusammen

Vorgang im Kalottenmodell

• Edukte bei Verbr. -> O₂ + andere Substanz

  Produkte bei Verbr. -> H₂O & CO₂

• bei einer chemischen Reaktion werden die ursprünglichen Stoffe als Edukte (Ausgangsstoffe)

  -> und nach dem Ablaufen der Reaktion vorliegende Sotffe als Produkte (Endstoffe) bezeichnet

• Edukte werden vor den Reaktionspfeil und Produkte hinter den Reaktionspfeil notiert

• Def. exotherm

  -> chemische Reaktionen, welche während der Stoffumwandlung mehr Energie abgeben als aufnehmen verlaufen exotherm

  • ex = (lat.) heraus; thermos = (grch.) warm

• Def. endotherm

  -> chemische Reaktionen, welche während der ganzen Stoffumwandlung mehr Energie aufnehmen als abgeben, verlaufen endotherm

  • endo = (lat.) in; thermo = (grch.) warm

1. Lageenergie

2. Lichtenergie

3. Wärmeenergie

4. Kinetische Energie

   -> Bewegungsenergie

   -> Schallenergie ≙ Druckenergie

• ein wichtiger energetischer Aspekt bei allen endothermen und exothermen chemischen Reaktionen ist, dass sie zu Beginn (etwas) “ Ankick-Energie” (=Aktivierungsenergie; EA) benötigen

• denn damit die Teilchen miteinander reagieren können (=Umgruppierung der Teilchen), müssen die Teilchen auch genügend Energie beinhalten

• jede endotherme wie auch exotherme Reaktion benötigt Aktivierungsenergie

• sie ist bei unterschiedlichen Reaktionen verschieden gross

  -> und kann durch Wärme, Licht, Reibung oder Elektrizität zugeführt werden

• EA = Aktivierungsenergie

• EA = Aktivierungsenergie

• jeder Stoff hat einen bestimmten Energie-Inhalt

  -> er ist also entweder eher energiereich oder dann energiearm

• der Energieunterschied zwischen den Ausgangs- (Edukte) und Endstoffen (Produkte) wird Reaktionsenergie (ER) genannt

  -> das ist die Energie, die bei einer chemischen Reaktion umgesetzt wird

  -> d.h. im Falle einer exothermen Reaktion an die Umgebung übertragen

  -> und im endothermen Fall von der Umgebung aufgenommen

• der energetische Verlauf einer chemischen Reaktion wird häufig in einem Energie-Diagramm grafisch dargestellt

  -> y-Achse = Energie (E)

  -> x-Achse = Reaktionskoordinate (RK) (Verlauf der Reaktion selbst)

• man verwendet in der Wissenschaft oft die exponentialschreibweise und arbeitet mir verschiedenen Präfixen, um verschiedene Grössen besser darstellen zu können

• schon im alten Griechenland nahmen die Naturphilosophen die Existenz kleinster Teilchen (den Atomen [grch. atomos = unteilbar) an

  -> diese müssen aber unvorstellbar klein sein

• Dalton war davon überzeugt, dass es nicht gelingen würde solche Teilchen sichtbar zu machen oder gar die absolute Masse bestimmen zu können

  -> lag falsch

• absolute Masse des leichtesten Atoms (dem Wasserstoff-Atom) konnte

  -> entgegen Daltons Aussage

  auf 1.674 x 10⁻²⁴ g bestimmt werden

-> jede Abbildung ist um den Faktor 10 vergrössert

-> Atome haben eine Grösse von 0.1 bis 0.5 nm

• da die Angabe von Atomen und Molekülen in Gramm äusserst umständlich ist, wurde das System der relativen Atommasse [u] von Dalton übernommen

  -> diese gibt das Gewicht jeder Atomsorte relativ zum Gewicht der Atomsorte Wasserstoff an

• Dabei gilt …

  …1 u = 1.66 x 10⁻²⁴ g

  und

  …1 g = 6.022 x 10²³ u

• die relative Atommasse [u] kann im Periodensystem beim entsprechenden Element nachgeschaut werden

• Moleküle besitzen die relative Atommasse aus den addierten relativen Atommassen der enthaltenen Elemente

• die absolute Masse [m] kann aus der relativen Atommasse [u] berechnet werden

• dabei gilt…

  …1 u = 1.66 x 10⁻²⁴ g

  und demnach

  …1 g = 6.022 x 10²³ u

  
  

• das Rechnen mit der relativen Atommasse [u] und der absoluten Masse [m] erscheint eher mühsam

  -> da es sich entweder um enorm riesige relative Atommassen oder oft sehr kleine absolute Massen handelt

• um die Rechnungen zu vereinfachen, haben Chemiker eine neue Einheit erschaffen, welche das Umrechnen vereinfachen soll

  -> nämlich das Mol

• ähnlich wie ein Dutzend Eier 12 Eier sind, ein Millennium 1000 Jahren entsprechen, entspricht 1 Mol = 6.022 x 10²³ Teilchen

• dabei handelt es sich um eine unvorstellbar grosse Anzahl (Trillionen) von Teilchen

  -> basiert auf der Erkenntnis dass 1 g = 6.022 x 10²³ u

• die relative Atommasse eines Stoffes in units, entspricht der absoluten Masse (in Gramm) von 1 mol (6.022 x 10²³ Teilchen) des Stoffes

• die molare Masse [M] ist die Angabe, wie viele Gramm eines Stoffes einem Mol entsprechen

  -> sie hat die Einheit g/mol

• klärt den Zusammenhang zwischen der Stoffmenge [n] in Mol, der absoluten Masse [m] in Gramm und der molaren Masse [M] in g/mol

• dabei ist die Molare Masse [M] immer durch den Stoff gegeben

• Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe eines elektrischen Stromes

  -> die wichtigste Anwendung dieser Elektrolyse ist die Gewinnung von Wasserstoff

• ähnlich wie bei der Verbrennung werden auch bei der Elektrolyse die Bindungen zwischen den Atomen gebrochen und neu zusammengefügt

• Beobachtung

  -> es entsteht doppelt so viel Wasser wie Sauerstoff

  -> (Volumen Wasserstoff = 15 ml; Volumen Sauerstoff = 7.5 ml)

• Reaktionsgleichung

  2H₂O -> 2H₂ + O₂

  
  

Wiederholung

• ursprünglichen Stoffe (Edukte -> Ausgangsstoffe)

• nach Ablauf der Reaktion vorliegenden Stoffe (Produkte -> Endstoffe)

Synthese

• setzt man als Edukte ausschliesslich Elementarstoffe ein, so können als Produkt nur Verbindungen resultieren

  -> da ja jedem Elementarstoff genau eine Atomsorte entspricht & Atome im Verlauf chemischer Reaktionen nicht teilbar sind

• solche chemische Reaktion -> Synthese (“Zusammensetzung”)

Analyse

• geht man umgekehrt von einer Verbindung als Edukt aus und zerlegt diese in lauter Elementarstoffe

  -> so heisst die entsprechende Reaktion Analyse (“Zerlegung”)

sonstige Möglichkeiten

• für den auch möglichen und häufig auftretenden Fall, dass Verbindungen als Edukte in andere Verbindungen als Produkt umgesetzt werden

  -> ist keine spezielle Bezeichnung gebräuchlich

1. Reaktionsgleichung

2. Molaren Massen berechnen

   -> Atommassen sind vor ihrer Verwendung auf zwei Nachkommastellen zu runden

3. Grundgleichung der Stöchiometrie

   -> in einer Spalte fehlende 3. Grösse berechnen

4. stöchiometrische Koeffizienten der Reaktionsgleichung verwenden

   -> noch unbekannte Teilchenzahlen ermitteln

5. Kontrolle -> Massenerhaltungssatz

6. Lösungssatz

• Angabe der absoluten Masse eines Stoffes in Gramm macht bei Feststoffen + Flüssigkeiten Sinn

  -> da diese auch tatsächlich mit einer Waage abwiegbar sind

• bei gasförmigen Stoffen hingegen ist die Angabe der absoluten Masse eher unhandlich

  -> da Gase nicht abgewogen werden können

• Lösung -> bei GAsen wird nicht die absolute Masse des Stoffes angegeben, sondern das Volumen, welches das Gas annimmt

  -> dieses Volumen ist nur (neben der Temperatur und dem Druck) von der Stoffmenge [n] abhängig

Beobachtung:

• ein gasförmiger Stoff nimmt abhängig von der Stoffmenge n [mol] ein bestimmtes Volumen V (l) ein

  -> es spielt dabei keine Rolle, um welches Gas es sich dabei handelt

-> dank dieser Beobachtung kann ein Volumen definiert werden, welches ein Mol eines beliebigen Gases (bei Standartbedingungen*) einnimmt

*Druck auf Meereshöhe (101’325 Pa) Temperatur (298.15 K/ 25°C)

Formel:

-> Molvolumen = Vm (l/mol)

• der Einsatz oder die Wirkung einer Lösung hängt häufig vom Anteil des gelösten Stoffes ab

  -> deshalb ist es in d. Chemie wichtig, den Gehalt eines gelösten Stoffes anzugeben

• es gibt unterschiedliche Arten von Gehaltsangaben, die in d. Chemie verwendet werden

  -> drei Beispiele

  1. Volumenprozente [Vol-%]

  2. Massenprozente [Massen-%]

  3. Stoffmengen-Konzentration (Molarität) [mol/l]

das Volumenprozent gibt die Anzahl ml des gelösten Stoffes an, die in 100ml der Lösung enthalten sind

• bezeichnet das Mass für den Anteil eines Stoffes an einem Gemisch bezogen auf das Volumen

• Anwendung findet die Angabe vorallem bei Flüssigkeitsgemischen

  -> prominentes Beispiel: Alkoholanteil in Getränken (immer in Volumenprozent angegeben)

• Berechnung

  Gesamtvolumen (in ml) mal dem Volumenprozent-Anteil

das Massenprozent gibt die Anzahl g des gelösten Stoffes an, der in 100g der Lösung enthalten ist

• bezeichnet das Mass für den Anteil eines Stoffes an einem Gemisch bezogen auf die gesamte Masse

die Stoffmengenkonzentration [c] gibt die Anzahl mol des gelösten Stoffes an, der in 1 L der Lösung enthalten ist

-> zunächst absolute Masse in die Stoffmenge mol umrechnen

• Stoffmenge [n] in mol eines Stoffes auf das Gesamtvolumen der Lösung bezogen

  
  

  
  

  
  

Demonstrationsexperiment Stoffmengen-Konzentrationsbestimmung durch Eindampfen

• Gewicht des Reagenzglases mit den Siedesteinen mit Lösung -> 18.7 g

• Gewicht des Reagenzglases mit den Siedesteinen nach dem Eindampfen -> 17.85 g

• absolute Masse [m], welche in 1 ml der Lösung enthalten ist -> 0.85 g

• Gramm des Salzes in 1L der Lösung gelöst

  1mL -> 0.85 g

  1000mL -> 850 g