13. Erhaltungssätze Flashcards
Grundlage der Stöchiometrie
- Bei chemischen Reaktionen wird weder Materie erschaffen noch Zerstört
- die Summer der Zahl der Atome der Edukte und die der Produkte sind gleich
Aufstelle stöchiometrisch-korrekter Reaktionsgleichungen
- stöchiometrisches Gleichgewicht
- Berechnung der relativen Molmasse
- Berechnung von g-mengen aus Mol-Mengen
Dichte
- bei Flüssigkeiten kann man statt Gewicht das Volumen verwenden, wenn man die Dichte kennt
- Messen durch: Messzylinder, Messkolben, Pipetten,…
- p=m/V
- Dichte ist temperaturabhängig –> Messtemperatur muss der Temp. entsprechen (üblicherweise: 20°C)
Erhaltung der Energie
-bei chem. Gleichungen bleicht die Energie erhalten
Innere Energie:
Summe aller kinetischen und potentiellen Energie sämtlicher Bestandteile
Geschlossenes System
kein Massenaustausch zwischen Innen und Außen –> jeder Stoff hat bestimmten Energiegehalt
Physikalische Vorgänge
(Wechseln zwischen Aggregatzustände) und chem. Umwandlungen bedingen Änderung der Inneren Energie
(Umwandlung durch chem Reaktionen/ physikalische Vorgänge)
Änderung der Inneren Energie (U)
-Wärme wird übertragen
-Arbeit wird geleistet
∆U=Q+W
Energie-Einheiten
- J (Joule) = SI Einheit
- Cal (Kalorie) Energie die Nötig ist, um 1g Wasser um 1°C (14,5 auf 15,5) zu erwärmen (1cal = 4,2 J)
Wärme
Energie die nötig ist, um ein g Wasser um ca. 0,239°C zu erwärmen
Arbeit
Energie, die nötig ist, um einen Körper gegen eine Kraft von 1N um 1m zu verschieben
Stoffumwandlungen, Wärmetönung bei Reaktionen
∆U= U(Produkte) - U(Reaktanden)
- U(Reaktanden) größer: die molekulare E nimmt ab, Energie wird als Wärme abgegeben, Reaktion ist exotherm
- U(Produkte) ist größer: molekulare E nimmt zu, Energie als Wärme absorbiert, Reaktion ist endotherm
Druck-Volumen-Arbeit
H=U+ p*V
H= Enthalpie
-bei chem. Reaktionen entspricht die Energie der Enthalpie
Enthalpie von Stoffen
- Enthalpie selbst kann nicht bestimmt werden
- Enthalpieänderung ∆H bei phy. Vorgängen und chem. Umwandlungen kann gemessen werden (Kalorimetrie)
- als Reaktionsprodukt angegeben oder darunter angeschrieben (häufiger)
Angabe der Aggregatzustände
- g: gasförmig
- l: liquid
- aq. hydratisiert
- s fest
Hess’scher Wärmesatz
- man kann Reaktionen Summieren
- Berechnung von Reaktionswärmen aus Bildungswärmen bzw Bildungsenthalpien
- Berechnung der Gitterenergie
- Berechnung von Bindungsenergien aus Bildungswärmen und umgekehrt
Spontaneität in der Chemie
Spontan Reaktionen laufen von selbst ab
- unabhängig von der Zeit
- Zeit durch Temperaturerhöhung bzw Katalysatoren beeinflussbar
Energie und Spontaneität
- meistens sind spontane Reaktionen exotherm
- aber es gibt Ausnahmen zB NH4Cl –> NH4+ + Cl- (Ammoniumchlorid)
Enthropie
Maß für Unordnung J/K
-zweiter HS der Thermodynamik (Clausius): Die Gesamtentropie des Universums nimmt stets zu…
Fragen zur Entropie (nimmt zu)
- Flüssigkeit in Gas umwandeln
- Flüssigkeit in Wasser lösen
- Gas in Wasser lösen (nimmt ab)
- zunehmende Masse (zB Kohlenstoffskelett)
- Komplexe: Ionische Salzkristalle (mit anzahl der Ionen), mit gebundenen Wasser (mit Anzahl der Wassermoleküle)
Freie Energie (Gibbs Energie)
G=H- T*S
S..Enthropie
T…abs. Temp
bei konstanter Temp:
∆G=∆H - T*∆S
-Einer Reaktion ist spontan wenn Freie Energie insgesammt abnimmt (exergonisch)
Erhaltung der Ladung
- Oxidation muss immer mit Reduktion verbunden sein
- Netto-Änderung der Oxidationszahlen aller betroffenen Atome ist NULL
Oxidation und Reduktion
Oxidation: Elektronenabgabe, Erhöhung der Oxidationszahl
Reduktion: Elektronenaufnahme, Erniedrigung der Oxidationszahl
Redoxreaktion: gekoppelter Ablauf eines Oxidations mit einem Reduktionsvorgang
Oxidations und Reduktionsmittel
Oxidationsmittel wird reduziert
Reduktionsmittel wird oxidiert
Regeln der Oxidationszahlen
- einatomiges Ion: gleich der Ionenladung
- neutrales Atom: Null
- kovalente Bindungen beim selben Element: gemeinsame e-Paare werden symmetrisch auf beide Atome verteilt
- kovalente Bindung , unterschiedliche Elemente: gemeinsame e-Paare werden dem elektronegativerem Atom zugeteilt
- mehratomiges Molekül: Ladung des Moleküls ist die Summe der Oxidationszahlen
Allgemeine Regeln zu Ionen und ihren Wertigkeiten
- Metalle als Ionen immer pos.
- in Molekülen von Halbmetallen kann das Halbmetall auch negative OZ haben
- Nichtmetalle als Ionen immer neg.
- Eindeutige Wertigkeiten bei 1,2,6,7 HG
- O in Peroxidverbindungen -1 sonst -2
Disproportionierung
Innere Reaktionen, bei der:
-Oxidation zu einer höheren Oxidationsstufe
-Reduktion zu einer niedrigen Oxidationsstufe
zB Iod mit Lauge zu Hypoiodit und Iodid
Synproportionierung
Innere Reaktion, bei der:
-Reduktion von einer höheren Oxidationsstufe zu einer “mittleren” Oxidationsstufe
-Oxidation von einer niederen Oxidationsstufe zu einer “mittleren” Oxidationsstufe
zB Iodat und Iodid zu Iod im sauren Milieu
Elektrochemisches Moment
Spannung je nach Elemente zB Zn (verliert e-) und Cu(gewinnt e-)
Spannungsreihe
- Stärkstes Reduktionsmittel (wird oxidiert) = Li -> Li+ (-3,05 V)
- Bezugspunkt H2 -> 2H+ (0V)
- Stärkstens Oxidationsmittel 2F- –> F2 (+2,85V)
Aufbau der Spannungsreihe
- Normalpotentiale: gemessen gegen die Normalwasserstoffelektrode unter Standartbedingung
- Redoxpotentiale: abhängig von den Redoxbedingungen, va. pH-Wert
Reduktionsrichtung
-von Spannungsreihe ablesbar
