1. Chemische Grundlagen Flashcards
Wie sind Begriffe definiert?
durch gemeinsame, festgelegte Eigenschaften
Wozu dienen Begriffe?
zum Beschreiben von Geschehnissen der Natur oder eines Experiments
Was macht Größen aus?
quantifizierbare Eigenschaften (z.B. Einheiten und Formelzeichen)
Masse
m / Kilogramm [kg], Gramm [g] / 1 kg = 1000 g
Stoffmenge
n / Mol [mol] / 1 mol ~ 6,022 * 10^23 Teilchen
Molare Masse
M / Gramm pro Mol [g/mol oder g*mol^-1] / M = m/n
Volumen
V / Liter [l], Kubikmeter [m^3] / 1 m^3
= 1000 l
Dichte
ρ / Kilogramm je Kubikmeter [kg * m^-3] / ρ=m/V
Druck
p / Pascal [Pa], Bar [bar] / 1 Pa = 1 N * m^-2, 1 bar = 101325 Pa
Temperatur
T / Kelvin [K], Grad Celsius [°C] / 0°C = 273,15 K
Stoffmengenkonzentration
c / Mol pro Liter [mol * l^-1] / c = n/V
Wie sind Gesetze definiert?
führen unter gleichbleibenden Bedingungen immer zu den gleichen Ergebnissen
Wofür werden Regeln verwendet?
zum Beschreiben von Zusammenhängen; präzise quantitative Ableitung nicht möglich
Was sind Hypothesen?
Aussagen über Zusammenhänge, deren experimentelle Bestätigung noch ausständig ist
Was ist eine Theorie?
- ein System bestehend aus einen Teilbereich betreffende Aussagen, Definitionen, Gesetze und Modelle
- muss das Ergebnis eines Experiments korrekt voraussagen können
Wozu dient die Stöchiometrie?
der Berechnung von Stoffmengen und Reaktionen
Woraus bestehen Atome?
- positiv geladenen Atomkern (macht fast die gesamt Masse aus)
- negativ geladene Atomhülle
Was sind subatomare Teilchen?
- Kernbestandteile: positive Elektronen + neutrale Neutronen
- Hülle: negative Elektronen
Was ist die Kernladungszahl Z?
- Anzahl der Protonen
- Ordnungszahl
Was ist die Massenzahl A?
- Kernladungszahl A + Anzahl der Neutronen N
Was sind Isotope?
- Elemente mit einer anderen Neutronenzahl im Kern
Was ist ein Ion?
- elektrisch geladenes Atom
- durch Abgabe oder Aufnahme von Elektronen
Was passierte beim Rutherford’schen Streuversuch?
- Goldfolie wird mit α-Teilchen beschossen
- Detektor registriert auftreffende α-Teilchen
- nahezu alle durchdrangen die Folie ohne abgelenkt zu werden
Was ist der Schluss des Rutherford’schen Streuversuch?
die nahezu gesamte Masse muss sich auf kleinstem Raum befinden
Was besagt das Rutherford’sche Atommodell?
- Elektronen kreisen auf elliptischen Bahnen um den Atomkern
- elektrostatische Anziehungskraft und Zentrifugalkraft sind notwendig
Warum war das Rutherford’sche Atommodell nicht haltbar?
- kreisende Elektronen müssen ständig Energie in Form von Licht abgeben
- müssten letztlich in den Atomkern fallen
Wie lauten die Bohr’schen Postulate?
- Elektronen können den Atomkern auf stabilen konzentrischen Bahnen umkreisen, ohne Strahlung abzugeben und dadurch Energie zu verlieren
- Die Anzahl der Bahnen (Elektronenschalen) ist begrenzt. Jede dieser Bahnen entspricht einem Energieniveau E der Elektronen. Je größer der Radius der Elektronenschale, desto höher das Energieniveau der darauf befindlichen Elektronen.
- Nur beim Übergang eines Elektrons von einer stationären Bahn auf eine andere, wird Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung emittiert oder absorbiert.
Was beschreibt die Hauptquantenzahl n?
- die einzelnen stationären Zustände des Elektrons
- n = 1, 2, 3, …
Wie werden die Hauptenergieniveaus (Elektronenschalen) bezeichnet?
- K, L, M, N usw.
- können nur mit gewisser Anzahl Elektronen besetzt werden
Was ist der Zweck des Periodensystems?
Aufbau der Elementen und deren Eigenschaften in sinnvollen Zusammenhang stellen
Wie werden die Elemente geordnet?
- gemäß steigender Protonenzahl
- horizontal: Perioden; Zahl der Elektronenschalen
- vertikal: Gruppen
Wie lauten die Hauptgruppen?
I. Alkalimetalle II. Erdalkalimetalle III. Borgruppe IV. Kohlenstoffgruppe V. Stickstoffgruppe VI. Chalkogruppe (Erzbildner) VII. Halogene VIII. Edelgase
Wie werden die Blöcke durch Perioden aufgeteilt?
- 1 - 3: s-Block
- 13 - 18: p-Block
- 4 - 12: d-Block
- Lathanoide und Actinoide: f-Block
Was beschreibt die Ionisierungsenergie?
- Entfernung eines Elektrons aus der Hülle eines Atoms im Gaszustand
- Je höher der Energiegehalt, desto geringer die Ionisierungsenergie
Wie verhält sich die Ionisierungsenergie?
- Periode: nimmt von links nach rechts tendenziell zu
Gruppe: nimmt von oben nach unten tendenziell ab
Was ist die Elektronegativität?
das Maß für die Fähigkeit eines Atoms ein bindendes Elektronenpaar an sich zu ziehen
Wovon ist die Elektronegativität abhängig?
- vom Anteil der positiven Kernladungen
- Periode: nimmt von links nach recht zu
- Gruppe: nimmt von oben nach unten ab
Was sind die Charakteristika von Metallen?
- gute elektrische Leiter (nimmt mit steigender Temperatur ab)
- niedrige Ionisierungsenergie -> Bildung von Kationen
- Oxide reagieren in Wasser basisch
Was sind die Charakteristika von Nichtmetallen?
- Isolatoren, leiten keinen elektrischen Strom
- tendenziell höhere Elektronegativität -> Bildung von Anionen und Molekülen
- Oxide reagieren in Wasser sauer
Was ist die Atombindung / kovalente Bindung?
- Nichtmetall + Nichtmetall
- Bindung zwischen Elementen mit ähnlicher Elektronegativität
- ganz bestimmter Abstand und Bindungswinkel
- gerichtete Bindung
Was ist das Ziel der Atombindung?
das Erreichen einer stabilen Edelgaskonfiguration
Wovon ist die Bindungsanzahl abhängig?
Anzahl der Valenzelektronen und der Oktettregel
Wie werden nicht an der Bindung beteiligte Elektronenpaare genannt?
freie Elektronenpaare
Was beschreibt die Mesomerie?
die korrekte Darstellung eines Moleküls durch mehrere Lewis-Formeln
Wie nennt man die mesomeren Formeln?
mesomere Grenzstrukturen
Woran erkannt man mesomere Grenzstrukturen?
- an dem Doppelpfeil
- Achtung: keine Hin- und Rückreaktion
Was ist die Hybridisierung?
- ein reinmathematisches Verfahren zu erleichterten Darstellung, keine physikalische Realität
Was sind Einzelbindungen?
sp^3 - Hybridisierung
Was sind Doppelbindungen?
- sp^2 - Hybridisierung
- nur Teile der Orbitale beteiligt
Was sind konjugierte Doppelbindungen?
mehrere Doppelbindungen durch jeweils eine Einfachbindung getrennt
Was sind Dreifachbindungen?
- sp - Hybridisierung
- zwei freie p - Orbitale zu Überlappung
Was sind polare Atombindungen?
- Moleküle aus verschiedenen Atomen
- Bindungspartner unterschiedlicher Elektronegativität -> Verschiebung der gemeinsamen Elektronenpaare zum elektronegativeren Partner
- Entstehung von Partialladungen (σ+ und σ-)
- je größer die EN-Differenz, desto polarer die Atombindung
Welche Bindungen werden abhängig von ihrer Elektronegativitätsdifferenz gebildet?
- ΔEN = 0 -> unpolare Atombindung
- ΔEN < 1,7 -> polare Atombindung
- ΔEN > 1,7 Ionenbindung
Was ist die Ionenbindung?
- Metall + Nichtmetall
- Aufnahme (Bildung von Anionen, negativ) und Abgabe (Bildung von Kationen, positiv) von Elektronen
- Bildung von Ionengittern
Wie sind Ionenbindungen nach außen geladen?
neutral
Wie verhalten sich Ionenverbindungen bei Raumtemperatur?
- fest, spröde
- Ionen sind fest an Gitterplätze gebunden
- leiten elektrischen Strom nicht
Wie verhalten sich Ionenbindungen bei sehr hoher Temperatur?
- Eigenschwingung so groß, dass Bindungskräfte überwunden werden
- Ionen in Schmelze frei beweglich
- können in Wasser gelöst elektrischen Strom leiten
Was ist die Metallbindung?
- Metall + Metall
- Wechselwirkung zwischen positiv geladenen Metall-Ionen und den delokalisierten Elektronen
Welche Eigenschaften haben Metalle?
- gute Leitfähigkeit von elektrischem Strom und Wärme (wegen der frei beweglichen Elektronen)
- gute Verformbarkeit
- metallischer Glanz
Warum nicht die Leitfähigkeit von Metallen mit zunehmender Temperatur ab?
Gitterschwingungen werden größer, Elektronenfluss wird durch die zunehmende gegenseitige Abstoßung behindert
Was beschreiben die Van-der-Waals-Kräfte?
- Anziehungskräfte zwischen Molekülen oder Edelgasatomen
- drei Abstufungen?
Wie lauten die drei Abstufungen der Van-der-Waals-Kräfte?
- Dipol-Dipol-Wechselwirkung
- Wechselwirkung zwischen Dipol und unpolarem Molekül
- Wechselwirkung zwischen unpolaren Molekülen bzw. Atomen
Was passiert bei der Dipol-Dipol-Wechselwirkung?
- permanenter Dipol vorhanden
- Partialladung wird entsprechend der elektrostatischen Anziehungskraft nach einander ausgerichtet
Was passiert bei der Wechselwirkung zwischen Dipol und einem unpolarem Molekül?
- permanenter Dipol induziert im unpolaren Molekül einen Dipol
- kurzfristige Verschiebung der Elektronen (= induzierter Dipol)
Was passiert bei der Wechselwirkung zwischen unpolaren Molekülen bzw. Atomen?
- kurzzeitige unsymmetrische Ladungsverteilung -> temporärer Dipol
Was sind Wasserstoffbrückenbindungen?
- nur bei Elementen mit sehr starker Elektronegativität möglich (N, O, F)
- inter- oder intramolekulare Wasserstoffbrückenbildung
- kann bsp. die Siedetemperatur stark beeinflussen
Was besagt die Brönsted-Lowry-Theorie?
- Säuren besitzen die Fähigkeit zur Protonen-Abgabe (Protonen-Donator)
- Basen besitzen die Fähigkeit zur Protonen-Aufnahme (Protonen-Akzeptor)
Was ist die Protolyse?
- Säure-Base-Reaktion
- Übertragung von Protonen (H+) zwischen den Reaktionspartnern
Was ist das Oxonium-Ion?
- in Wasser bei Abgabe eines Protons durch eine Säure
- H3O+
- bildet mit Wassermolekülen Brücken aus (H9O4+ - Ion)
Wie lautet die Autoprotolyse des Wassers?
H2O + H2O H3O+ + OH-
Wie wird der pH-Wert definiert?
der negative dekadische Logarithmus der H3O+-Ionen Konzentration
Was ist ein korrespondierendes Säure-Basen-Paar?
- Protonen-Übertragung ist eine reversible Reaktion
- H+-abgebende Säure wird Base, die Proton aufnehmen kann; bzw. H- - aufnehmenden Base wird Säure, die das Proton abgeben kann
Was beschreibt die Amphoterie?
- Verbindungen, die sowohl Protonen aufnehmen als auch abgeben können
- Charakter wird vom jeweiligen Reaktionspartner bestimmt
Was sind Redoxreaktionen?
Reaktionen, bei denen immer ein Oxidationsvorgang und ein Reduktionsvorgang gleichzeitig ablaufen
Wie laufen Redoxreaktionen ab?
Redoxreaktion: Atom oder Molekül nimmt Elektron auf
Oxidation: Atom oder Molekül gibt Elektronen ab
- können nur gekoppelt als Donator-Akzeptor-Reaktion ablaufen
Was sind Oxidationszahlen und wovon sind sie abhängig?
- römische Ziffern über den Elementsymbolen, ändern sich entsprechend einer Oxidation oder Reduktion
- Anzahl der Außenelektronen minus der Anzahl der zugeordneten Elektronen.
Was sind aliphalische Kohlenwasserstoffe?
- kettenförmige, verzweigte oder unverzweigte Strukturen
- gesättigt oder ungesättigt
Was sind Alkane?
- ausschließlich über Einfachbindungen miteinander verbundene Kohlenstoffatome
- gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe
- Endung “-an”
Was sind Alkene?
- durch eine Doppelbindung miteinander verbunden
- ungesättigte Kohlenwasserstoffe
- Endung “-en”
Was sind Alkine?
- durch eine Dreifachbindung miteinander verbunden
- ungesättigte Kohlenwasserstoffe
- Endung “-in”
Was sind aromatische Kohlenwasserstoffe?
- ringförmige, ungesättigte organische Verbindungen
- Grundkörper bildet Benzenring
Was versteht man unter kondensierten Benzenen?
Systeme, die aus mehreren, an einer Seite miteinander verbundenen Benzenringen aufgebaut sind
- auch “polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe” genannt
Was sind Heteroaromaten?
aromatische Verbindungen, die an Stelle eines oder mehrerer Kohlenstoffatome Stickstoff-, Sauerstoff-, oder Schwefelatome besitzen
Was sind Halogenalkane?
- Alkane mit Austausch eines oder mehrerer Wasserstoffatome gegen Halogenatome, wie Flour, Chlor, Brom und Iod
Was sind Amine?
- organische Verbindungen, bei denen die Wasserstoffatome teilweise bis völlig gegen organische Reste ausgetauscht werden
- primäre: ein organischer Rest
- sekundäre: zwei organische Reiste
- tertiäre: drei organische Reste
- können auch Teil eines Rings sein
Was sind Alkohole?
- Hydroxy-Gruppe (OH-Gruppe)
- einwertig: eine OH-Gruppe
- zweiwertige: zwei OH-Gruppen
- dreiwertig: drei OH-Gruppen usw.
Was sind Phenole?
- Benzenring an dem mindestens eine OH-Gruppe gebunden ist
Was sind Ether?
- zwei organische Reste über ein Sauerstoffatom verbunden
- cyclische Ether: Sauerstoffatom ist Bestandteil eines Rings
- aromatische Ether: mit Benzenring
Was sind Aldehyde?
- Kohlenstoff der CO-Gruppe trägt organischen Rest
- Rest kann aliphatisch oder aromatisch sein
Was sind Ketone?
zwei organische Reste an dem Kohlenstoffatom der CO-Gruppe
Was sind Carbonsäuren?
- mindestens eine Carboxy-Gruppe (COOH) im Molekül
Was ist der Trivialname der Methansäure? (1C)
Ameisensäure
Was ist der Trivialname der Ethansäure? (2C)
Essigsäure
Was ist der Trivialname der Propansäure? (3C)
Propionsäure
Was ist der Trivialname der Butansäure? (4C)
Buttersäure
Was ist der Trivialname der Pentansäure? (5C)
Valeriansäure
Was ist der Trivialname der Hexansäure? (6C)
Capronsäure
Was ist der Trivialname der Heptansäure? (7C)
Önathsäure
Was ist der Trivialname der Octansäure? (8C)
Caprylsäure
Was ist der Trivialname der Nonansäure? (9C)
Pelargonsäure
Was ist der Trivialname der Decansäure? (10C)
Caprinsäure
Wie erhält man Carbonsäurenderviate?
Ersatz der OH-Gruppe
Was sind Kohlenhydrate?
- Saccharide
- energiereiche, organische Polyhydroxycarbonylverbindungen (mehrere Hydroxyl-Gruppen und eine Carbonylgruppe)
- bestehend aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff
Was passiert bei der Photosynthese?
6 CO2 + 6 H2O + Lichtenergie (Traubenzucker) C6H12O6 + 6 O2
- Aufnahme von CO2 aus Luft und H2O aus Erde
- in Chloroplasten mit Hilfe von Chlorophyll und Sonnenlicht Glukose bilden
- Währenddessen Abgabe von O2
Was sind Monosaccharide?
- Einfachzucker
- ein Zuckerbaustein
- Summenformel: Cn(H2O)n
- Endung “-ose”
- Kohlenstoffgerüst aus 4 bis 7 Kohlenstoffatomen (+ mehrere Hydroxy-Gruppen und eine Aldehyd- oder Keto-Gruppe)
Wie erfolgt die Zuordnung von Zuckern zur D- bzw. L- Reihe?
bei Fischerprojektion: ausgehend vom asymmetrischen C-Atom, das am weitesten vom C1-Atom entfernt ist
Wie wird die Fischerprojektion dargestellt?
- längste Kohlenstoffkette wird vertikal aufgestellt, am höchsten oxidiertes C-Atom steht oben
- horizonzalen Bindungen zeigen aus der Schreibebene zum Betrachter heraus, vertikale zeigen hinter die Schreibebene
- OH_Gruppe des am weitesten entfernten C-Atoms RECHTS, dann D-Reihe; LINKS, dann L-Reihe
- bei mehreren chiralen C-Atomen: chirales Zentrum der Nomenklatur, welches am weitesten vom C1-Atom entfernt ist
Was sind Disaccharide?
- Zweifachzucker
- zwei Monosaccharide, über glykosidische Verbindung verknüpft
- Summenformel C12H22O11
- es erfolgt eine H2O- Abspaltung
Was sind Polysaccharide?
- makromolekulare Naturstoffe (100-1000 Monosaccharide)
- Summenformel: (C6H12O5)n
Was ist Stärke?
- Polysaccharid
- Speicherkohlenhydrat der Pflanzen
- besteht aus alpha-glykosidisch verknüpften alpha-D-Glukose-Einheiten
Was ist Glykogen?
- Polysaccharid
- Speicherkohlenhydrat bei Mensch und Tier
- in Leber und Muskulatur
- besteht aus alpha-glykosidisch verknüpften D-Glukose-Einheiten
Was ist Cellulose?
- Gerüststoff pflanzlicher Zellwände
- beta-glykosidisch verknüpfte D-Glukosebausteine
- lang gestreckte Polysaccharidkette (8000-12000 Glucose-Bausteine)
- zwischen benachbarten Ketten Wasserstoffbrückenbindungen
Was sind Lipide?
- heterogene Gruppe vom Molekülen, die keine kovalent verbundenen Polymere, sondern Aggregate bilden
Was sind Fette?
- Verbindungen aus Estern des Glycerins mit drei Fettsäuren
- Energiespeicher
Was geschieht bei der alkalischen Esterhydrolyse?
- Spaltung durch Natron- und Kalilauge
- Grundbausteine Glycerin und Fettsäuren werden (in Form ihrer Salze) freigessetzt
Was sind Eigenschaften der Salze der Fettsäuren?
- hydrophiler “Kopf” und lipophiler “Schwanz”
- Bildung von Micellen (schließen Schmutz und Fettpartikel ein)
Was sind Neutralfette?
- bestehen aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff
- Glycerin + mind. eine Fettsäure
Was bilden Fettsäuren?
- unverzweigte Ketten mit gerader Anzahl an Kohlenstoffatomen
- am 1. C-Atom hägt die Carboxylgruppe (-COOH)
Was ist der unterschied zwischen gesättigter und ungesättigter Fettsäure?
- gesättigte: keine Doppelbindungen
- ungesättigte: mindestens eine Doppelbindung
Wie wird der Schmelzpunkt der Fette beeinflusst?
- Änderung der Kettenlänge
- Anzahl der Doppelbindungen
Was ist ein Phospholipid?
- ähnlich einem Fettmolekül
Unterschied: dritte Hydroxygruppe trägt einen Phosphorrest
Welche Eigenschaften haben Phospholipide?
- amphipatisch: hydrophile Kopfgruppe, hydrophober Fettsäureteil
- bilden in wässriger Umgebung spontan Lipiddoppelschichten
Welche Eigenschaften haben Steroide?
- amphipatischer Charakter
- vier kondensierte, in einer Ebene angeordnete Kohlenstoffringe
- polare Hydroxyl-(Kopf)-Gruppe und apolares Kohlenwasserstoffgerüst
z.B. Cholesterin
Woraus bestehen Proteine?
- Aminosäuren (aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und manchmal Schwefel)
- Amino- und Carboxygruppe
Welche Aminosäurearten gibt es?
- alpha, beta, gamma (Signalübertragung und Reizleitung)
Für welche Aminosäuren codiert die DNA?
20 verschiedene biogene alpha-Aminosäuren
Wie sind Aminosäuren aufgebaut?
am alpha-C-Atom eine Aminogruppe, weite eine Carboxylgruppe und ein Wasserstoffatom
In welche Gruppen werden alpha-Aminosäuren unterteilt?
- unpolare Aminosäuren (hydrophob): Seitenkette nur aus Wasserstoff und Kohlenstoff
- polare Aminosäuren (neutral): in der Seitenkette ein Heteroatom wie O, S, Se oder N
- saure Aminosäuren: zusätzlich eine Carboxygruppe (COOH)
- basische Aminosäuren: zusätzlich eine Aminogruppe (NH2)
Wie funktioniert die Peptidbindung?
- Verbindung zweier Aminosäuren über die Carboxylgruppe und der Aminogruppe der zweiten Aminosäure
- Abspaltung eines Wasser-Moleküls
- Bildung langer Aminosäureketten
Welche Eigenschaften haben Aminosäuren?
- können sowohl als Säuren als auch als Basen reagieren ( Amino-G. als Base, Carboxy-G. als Säure)
- Wasser binden, darin gelöste Stoffe transportieren
Was ist die Aufgabe des Hämoglobins?
pH-Wert konstant halten (Eiweißpuffer)
Welche räumlichen Strukturen gibt es bei Proteinen?
- Primärstruktur: Art, Anzahl und Abfolge der Aminosäuren (Aminosäuresequenz) einer Peptidkette
- Sekundärstruktur: einzelne Abschnitte eines Peptids: natürliche Faltung (beta-Faltblatt) und schraubenförmige Anordnung (alpha-Helix)
- Tertiärstruktur: gesamte räumliche Struktur einer Peptidkette
- > durch Inter- und Intramolekulare Wechselwirkungen (Disulfidbrücken, Ionenbindungen, wasserstoffbrücken, hydrophobe Wechselwirkungen)
- > faserförmig (fibrillär) oder knäuelförmig (globulär)
- Quartärstruktur: Zusammenfügen von Peptidketten verschiedener Tertiärstrukturen
- > Van-der-Waals-Kräfte und andere Wechselwirkungen
Was sind Nucleinsäuren chemisch gesehen?
langkettige Makromoleküle mit tausenden Einzelbausteinen
Was ist ein Nucleotid?
- stickstoffhaltige Base + 5-kohlenstoffhaltiger Zuckerring + Phosphorsäurerest
Welche Nucleinsäurebasen gibt es?
- Purine (2-Ringsystem-Basen): Adening, Guanin
- Pyrimidine (1-Ringsystem-Basen): Thymin, Cytosin und Uracil
Was ist die Basenpaarung?
- Ausbildung von spezifischen Wasserstoffbrücken zwischen G und C bzw. A und T
(-> Bildung eines komplementären Stranges)
Wie wird zwischen den Ribosen unterschieden?
- Ribose: Hydroxygruppe am C-2’
- Desoxyribose: Wasserstoffatom am C-2’ (reaktionsträger)
Wie ist die DNA bzw. RNA aufgebaut?
- Grundstrukturen sind gleich
- DNA: Desoxyribose, Thymin, Doppelhelix
- RNA: Ribose, Uracil, Einzelstrang
