4.1 [1]

• Wissenschaften, die sich mit der Natur befassen

  -> dabei werden Vorgänge in d. Natur beobachtet, gemessen und analysiert

• Physik

  -> befasst sich mit Materie, Energie und deren Wechselwirkung in Raum + Zeit

• Biologie

  -> befasst sich mit dem Verhalten von Lebewesen + den Vorgängen in Zellen

• Chemie

  -> befasst sich mit dem Aufbau, der Zusammensetzung, den Eigenschaften + der Umwandlung von Stoffen

1. altes Ägypten

   -> um ca. 1500 v. Chr.

2. Griechen, Römer

   -> um ca. 0 v. Chr.

3. Araber

   -> um ca. 800 n. Chr.

4. Mittelalter

   -> um ca. 1’000 n.Chr.

5. Neuzeit

   -> um ca. 1700 n.Chr.

• erste Ansätze

  -> Gewinnung von Farbstoffen, Heilmitteln usw. aus Pflanzen und Tieren

• Alltagsbezogen

• unwissenschaftlich

-> schon sehr früh mit seiner natürlichen Umwelt befasst, wobei Beobachtungen festgestellt wurden aber die eigentlichen Hintergründe der dabei ablaufenden Vorgänge meist unklar war

-> keine wissenschaftliche Begründung

• Einteilen der Materialien in die vier Elemente

  -> Luft, Wasser, Feuer, Erde

• Stagnation des chemischen Wissens

-> Griechen scheiterten an der Chemie

• langsame Weiterentwicklung des bisherigen Wissens

• vor allem in Verbindung mit Mystischem und Religiösem

  
  

• Oft Werkzeuge für Betrüger

  -> “Schwarze Kunst” (Europa)

• “Chemie” in Verbindung mit Astrologie und der Einteilung der Materialien in jeweilige Elemente

• zwei Hauptrichtungen

  -> Alechemie: Herstellung des “Stein der Weisen” & Herstellung von Gold oder der Herstellung eines Universal-Heilmittels zur Behandlung von Krankheiten (ewige Leben)

-> Stein der Weisen: unedle Metalle in edlere Metalle transmutieren (z.B. Gold)

-> Alchemisten scheiterten

• Beginn der wissenschaftlichen Chemie

  -> R. Boyle: Existenz von Elementarstoffen

  -> A. Lavoisier: Wesen der Verbrennung, Sauerstoff

• die Chemie in der heutigen Form als exakte Naturwissenschaft entstand erst um das 17. Jahrhundert

  -> vergleichsweise junge Naturwissenschaft

• die moderne Chemie entstand aus …

  … den alchemistischen Versuchen

  … einer Form der praktischen Probierkunst

  … dem naturphilosophischen Gedanken und Theorien

• erst mit dem naturwissenschaftlichen Gedanken konnte die Chemie Schritt für Schritt entschlüsselt werden

• rationales Schlussfolgern basierend auf Beobachtungen und Experimenten

• der n. G. bestenht aus folgendem Gedankenkonstrukt:

• jede Hypothese muss durch geeignete Experimente verifiziert (bewahrheiten) oder falsifiziert (wiederlegen) werden

• nur durch solches deduktives Forschen können gesicherte Kenntnisse erworben werden

  -> die sich zu einem Gedankenexperiment zusammenfügen lassen, das auch richtige Voraussagen über noch nicht untersuchte Aspekte der Natur zulässt

  -> ein solches Gedankengebäude nennt man eine Theorie

  
  

grössere Bauprojekte

• Erstellung von Holzmodellen, um das fertige Gebäude Käufern schmachthaft zu machen

  -> Schwerpunkt auf dem blossen Aussehen

  -> nicht auf funktionierende Türen, Fenster, Wasserleitungen, Stromversorgungen usw.

• für einen Techniker oder Raumplaner wäre dieses Modell weniger hilfreich

  -> es wäre ein anderes Modell nötig um das Gebäude planen zu können

• ein Modell stellt immer eine Vereinfachung der Wirklichkeit dar, ohne den Anspruch zu haben die Realität vollkommen wiederzugeben

  -> Chemie kann sehr komplex und schwierig sein -> Chemiker verwenden oft vereinfachte Modelle

• diese Modelle dienen dazu, unwichtige Deatils der Realität wegzulassen, um den Rest übersichtlicher zu gestalten

  -> was als unwichtiges Detail zu betrachten ist, hängt davon ab, was für ein Ziel mit dem Modell verfolgt wird

• zwar existieren auf vielen Teilgebieten der Chemie hervorragende Theorien

  -> die in ihrer Anwendung zu erstaunlichen Erfolgen geführt haben

  ein vollständiges, alle Aspekte der Chemie abdeckendes Gedankengebäude gibt es aber noch nicht

1. flüchtige Stoffe

2. salzartige Stoffe

3. metallische Stoffe

4. diamantartige Stoffe

5. hochmolekulare Stoffe

• Gase, leicht verdampfende Flüssigkeiten oder weiche, kristalline Festkörper

• tiefer Schmelz- und Siedepunkt

• oft Geruch (aber nicht zwingend!)

• keine elektrische Leitfähigkeit

• spröde Kristalle

• sehr hoher Schmelz- und Siedepunkt

• meist gut wasserlöslich

  -> zumindest teilweise löslich

• als wässrige Lösung oder auch als Schmelze

  -> nicht aber in festen Zustand, elektrisch leitnd

• hohe Dichte (> 1g/cm3)

  
  

• Festkörper (Ausnahme: Quecksilber) mit spiegelnder Oberfläche, undurchsichtig

• grosse Differenz zwischen Schmelz- und Siedepunkt

  -> Differenz oft > 400° C

  meist hoher Siedepunkt

• gute Leitfähigkeit für Wärme und Elektrizität

• meist relativ gut mechanisch verformbar

• nicht wasserlöslich

• hohe Dichte (>> 1g/cm3)

• extrem harte Festkörper

• bei starkem Erhitzen Zersetzung (kein Schmelz- und Siedepunkt)

• keine elektrische Leitfähigkeit

• in keinem Lösungsmittel löslich

• hohe Dichte (> 1 g/cm3)

  
  

• harte, harzartige oder weiche Festkörper mit einer oft ausgeprägten Neigung zum Fädenziehen beim Erwärmen

• kein klarer Schmelzpunkt (Erweichungsbereich), kein Siedepunkt

  -> bei starkem Erhitzen Zersetzung

• keine elektrische Leitfähigkeit

• meist nicht wasserlöslich

(meistens ein künstlicher Stoff)

• Kohlenstoffdioxid

• Ethanol

• Wasser

• Schwefel

• Natriumchlorid (Kochsalz)

• Natriumcarbonat (Soda)

• Gold

• Eisen

• Kupfer

• Diamant

• Quarz

• Kunststoffe:

  • PET

  • Nylon

• Naturstoffe:

  • Baumwolle

  • Cellulose

1. Stoffe bestehen aus kleinen Teilchen

2. die kleinsten Teilchen sind verantwortlich für die Eigenschaften eines Stoffes

   -> Bsp: Zuckerteilchen verantwortlich für die Farbe + Süsse des Stoffes Zucker

3. jeder Reinstoff besteht aus einer Art kleinsten Teilchen

4. verschiedene Reinstoffe bestehen aus verschiedenen kleinsten Teilchen

   -> Bsp: Wasser-Teilchen ≠ Zucker-Teilchen

5. Teilchen ziehen sich untereinander verschieden stark an

   
   

• unter “Stoffen” versteht der Chemiker im Allgemeinen das Material oder die Substanz, aus dem ein Gegenstand besteht

  -> Bsp: Holztisch besteht aus aus dem “Stoff” Holz

  -> Bsp: Kerze besteht aus dem “Stoff” Wachs

• sie bestehen aus einem Atom eines Elementarstoffes

  oder einer Verbindung aus Atomen

• alle bekannten Elementarstoffe sind im Periodensystem aufgelistet

  -> findet man das k. T. nicht im Periodensystem -> muss eine Verbindung sein

  
  

• manche Teilchen mischen sich, andere nicht

• die Stärke der Anziehung zwischen den Teilchenarten bestimmt, ob sich die verschiedenen Teilchen mischen oder nicht

-> die Teilchen bewegen sich

• unregelmässige, ruckartige Bewegung der kleinsten Teilchen (stossen aneinander)

  -> Grund: Teilchenbewegung -> Brown’sche Molekularbewegung

• abhängig von der Temp. (& Druck)

  -> bei warmen Temperaturen bewegen sich die Teilchen schneller, stossen öfters gegeneinander und prallen voneinander ab

-> führt zu Diffusion

• Stoffe können verschiedene Aggregatszustände (auch Phasen genannt) annehmen

• klassischen drei Aggregatzustände sind

  …fest (s)

  …flüssig (l)

  …gasförmig (g)

fester Zustand

• Teilchen geordnet

  -> werden von Kräften an ihrem Platz gehalten

• dabei schwingen sie dennoch hin und her

  -> Zitterbewegung

flüssiger Zustand

• beim Erwärmen wird diese Schwingung särker

  -> bis der Schmelzpunkt erreicht wird

• bei dieser Temperatur verlassen die Teilchen ihren Platz

  -> Substanz wird flüssig

gasförmiger Zustand

• wird die Substanz noch weiter erwärmt, bewegen sich die Teilchen immer schneller

  -> Erreichen des Siedepunkts = Teilchen sind so schnell, dass sie die Flüssigkeit verlassen und davon fliegen

• Substanz verdampft und wird gasförmig

-> zwischen den einzelnen Aggregatzuständen sind (in Abhängigkeit von Temp. & Druck) Phasenübergänge möglich

-> je wärmer ein Feststoff, desto mehr bewegen sich die kleinsten Teilchen im Gitter

• durch Änderung der Temperatur + Druckänderungen sind Phasenübergänge möglich

• Diagramme, die den Zusammenhang der verschiedenen Aggregatszustände

  …zwischen Temperatur + Druck

  werden als Phasendiagramme bezeichnet

• alle bekannte Materie besteht aus unterschiedlichen Stoffteilchen

  -> je nachdem, ob diese Stoffteilchen alleine oder mit anderen Stoffteilchen vorliegen können wir sie unterscheiden

Reinstoff

• Stoffteilchen liegen alleine vor

Gemische

• besteht aus min. zwei Reinstoffen

  -> Gemisch enthaltet mehr als zwei Arten von Stoffteilchen

• meisten Stoffe, die wir im Alltag antreffen

• Gemische, bei denen man es mit blossem Auge oder mit Hilfsmitteln (z.B. Lupe oder Mikroskop) als ein Gemisch aus verschiedenen Stoffteilchen erkennen kann

• heteros (griech.) = verschiedenartig

• beinhalten zwei oder mehrere Phasen, die voneinander optisch trennbar sind

• Bsp: Milch

  -> aus den Reinstoffen Wasser + Fett

  (unter dem Mikroskop werden die kleinen Fett-Tröpfchen sichtbar

  
  

• bestehen aus nur einer Phase

• diese Gemische sind optisch nicht von einem Reinstoff zu unterscheiden

• homo (griech.) = gleichartig

• Bsp Luft

  -> besteht aus Stickstoff, Sauerstoff & anderen Gasen

• Phasen (hier) :

  -> verschiedene Schichten (nicht der Aggregatszustand)

• Komponenten :

  -> Bestandteil, Element eines Ganzen

  -> minimale Anzahl voneinander unabhängigen chemischen Bestandteilen, die wir benötigen, um die Phase herzustellen.

  
  

• die meisten Rohstoffe und Produkte sind Gemische, die zur weiteren Verarbeitung oder Nutzung in ihre Bestandteile zerlegt werden müssen

  -> oft nutzt man dazu die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Komponenten aus, um sie aufzutrennen

• Trennmethode, um feste Stoffe oder Partikel von Flüssigkeiten oder Gasen abzutrennen

  -> die grösseren Feststoffpartikel werden dabei vom Filter zurückgehalten

  …während die kleineren Teilchen im flüssigen oder gasförmigen Zustand durch die Poren (Löcher) des Filters passieren können

• physikalische Eigenschaften, die ausgenutz werden

  -> die Grösse der Teilchen

  -> Aggregatszustände der Teilchen

• Tennungs eines flüssigen Lösungsgemischs durch Verdampfen und anschliessendes Kondensierendes Dampfes

• welche physikalischen Eigenschaften werden ausgenutzt

  -> unterschiedlichen Siedetemperaturen der Teilchen

1. ein Lösungsgemisch aus zwei oder mehreren Reinstoffen wird durch einen Bunsenbrenner erwärmt

   -> das Gemisch fängt anschliessend an zu sieden

2. das Ethanol verdampft früher aus dem Lösungsgemisch -> Ethanol-Teilchen gelangen in den gasförmigen Aggregatszustand

   -> Siedetemperatur von Wasser = 100°C (bei Standarddruck von 1 bar)

   -> Siedetemperatur von Ethanol = ca. 79°C

3. Ethanol-Teilchen gelangen über die Gasphase zum Kühler, wo sie kondensiert und wieder in den flüssigen Aggregatszustand wechseln

   -> Flüssigkeit wird am unteren Ende des Kühlers aufgefangen

   (Destillat genannt)

• mithilfe der Papierchromatografie können Farbstoff-Gemische aufgetrennt + deren Bestandteile untersucht werden

• dazu werden ein saugfähiges DC-Plättchen (stationäre Phase), Wasser (mobile Phase oder auch Laufmittel) und verschiedene Filzschreiber (Stabilo) benötigt

• welche physikalsiche Eigenschaft wird ausgenutzt?

  -> unterschiedliche Anziehung zwischen Farbbestandteil-Teilchen & Teilchen der Flüssigkeit, die nach oben wandern

  bzw. Farbbestandteil-Teilchen + Teilchen des DC-Plättchen

• einige Metalle besitzen die Eigenschaft, dass sie magnetisch sind

  -> diese physikalische Eigenschaft kann mithilfe eines Magneten ausgenutzt werden

• Erhitzen einer chemischen Lösung mit dem Zeit, das Lösungsmittel (z.B. Wasser) von der gelösten Substanz zu trennen

  -> diese bleibt normalerweise als fester Räckstand zurück

Sedimentation

• Pozess der Abtrennung eines ungelösten Stoffes aus einem Flüssigkeitengemisch

  -> nach einer Ruhezeit in einem Gefäss trennen sich die Feststoffe durch Absetzen vom Dekant

Dekantieren

• man giesst vorsichtig die überstehende Flüssgikeit ab

• physikalische Eigenschaften, die ausgenutzt werden

  -> verschiedene Dichte + Grösse

  -> Anziehungskraft zwischen den Teilchen

• mit Hilfe eines Extraktionsmittels (Lösemittel) wird ein Komponent aus einem Stoffgemisch gelöst wird

  -> Scheidetrichter

• physikalische Eigenschaften, die ausgenutzt werden:

  -> Anziehungskräfte zwischen den Teilcher der drei Flüssigkeiten

  … Flüssigkeit 3 hat stärkere Anziehungskräfte zu Flüssigkeit 1

• physikalische Vorgänge lassen sich auf physikalische Weise rückgängig machen

  -> da die Stoffe dabei nur ihre Form oder ihren Aggregatszustand ändern

• chemische Reaktionen lassen sich nicht auf physikalische Weise rückgängig machen

  -> da andere Stoffe entstehen

• bei einer chemischen Reaktion verändern sich die kleinsten Teilchen

  -> mit dem Teilchenmodell ist dasn nicht erklärbar

chemischen Reaktion

• enstehen neue Stoffe mit anderen Eigenschaften

  -> Entstehung neuer kleinsten Teilchen

physikalische Vorgänge

• kleinsten Teilchen bleiben erhalten

  -> es ist kein neuer Stoff entstanden