Aufbau der Materie Flashcards

1
Q

Was ist Materie?

A

alles was eine Raumerfüllung (Volumen) und eine Masse (Maß für die Menge/Trägheit von Materie) hat

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2
Q

Wasserstoffbrennen

A

Bildung von Helium aus Wasserstoff durch Kernfusion
Nächster Schritt: Heliumbrennen
Bildung von Beryllium aus Helium und Bildung von Kohlenstoff aus Beryllium und Helium

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3
Q

Masse des Universums

A

Wasserstoff
Helium
Sauerstoff
Kohlenstoff

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4
Q

Masse der Erdkruste

A

Sauerstoff
Silicium
Aluminium
Eisen

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5
Q

Masse des Menschen

A

Wasserstoff
Sauerstoff
Kohlenstoff
Stickstoff

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6
Q

Das Urkilogramm besteht aus

A

90% Platin und 10% Iridium

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7
Q

Heterogene Gemische

A
  • sind an einer Phasengrenze zu erkennen, somit sind sie nicht einheitlich
  • mindestens zwei Phasen (unterschiedlicher Aggregatszustand)
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8
Q

Was ist Masse?

A

Maß für die Menge von Materie
Maß für die Trägheit von Materie

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9
Q

Was ist Gewicht?

A

Anziehungskraft die auf eine Masse von der Erde ausgeübt wird
Proportional zur Masse (in Abhängigkeit vom Abstand zum Erdmittelpunkt)

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10
Q

Woher kommt Materie?

A

Vor ca. 13,7 Milliarden Jahren
Bildung der Elemente durch Kernfusion

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11
Q

Merkmale der Materie

A

Unterschiedliche Substanzen
118 Elemente
ca. 50 Millionen anorganische und organische Substanzen

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12
Q

Physikalische Eigenschaften der Materie

A
  • Substanz bleibt erhalten
  • Farbigkeit
  • Magnetismus
  • Änderung des Aggregatzustands
  • Leitfähigkeit
  • Schmelzpunkt
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13
Q

Chemische Eigenschaften der Materie

A
  • Substanz verändert sich
  • Elektromagnetismus
  • Flammpunkt
  • Passievierung
  • Legierbarkeit
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14
Q

Heterogene Gemische

A
  • sind an einer Phasengrenze zu erkennen
  • sind nicht einheitlich
  • mindestens zwei Phasen (unterschiedlicher Aggregatzustand)
  • Gemenge (fest/fest z.B. Mineral)
  • Suspension (fest/flüssig z.B. Schlamm)
  • Emulsion (flüssig/flüssig z.B. Milch)
  • Aerosol (fest/gasförmig z.B. Rauch)
  • Aerosol (flüssig/gasförmig z.B. Nebel)
  • Hartschaum (fest/gasförmig z.B. PU)
  • Schaum (flüssig/gasförmig)
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15
Q

Durch welche Verfahren kann man Heterogene Gemische trennen?

A
  • elektrostatische Trennung
  • Flotation
  • Dekantieren
  • Zentrifugieren
  • Extraktion
  • Trocknen
  • Sedimentieren
  • Filtration
  • Sortieren
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16
Q

Homogene Gemische

A
  • variable Zusammensetzung von ununterscheidbaren Phasen
  • einheitlich
  • eine Phase
  • Lösung (flüssig/flüssig z.B. Meerwasser)
  • Legierung (fest/fest z.B. Messing, Bronze)
  • Gasgemisch (gasförmig/gasförmig z.B. Luft)
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17
Q

Durch welche Verfahren kann man Homogene Gemische trennen?

A
  • Kristallisation
  • Extraktion
  • Trocknen
  • Destillation
  • Chromatographie
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18
Q

Was ist eine reine Substanz?

A
  • feste Zusammensetzung
  • wird unterscheiden zwischen Verbindungen (ca. 60 Millionen) und Elemente (118 bekannt)
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19
Q

Was ist der Aggregatzustand?

A

verschiedene Zustände von Substanzen, veränderbar durch die Parameter Druck und Temperatur

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20
Q

Chromatographie

A

auf Reaktion zurückzuführen
vor der mobilen Phase gibt es einen Trenneffekt durch Transportverzögerung bei Absorption von der
stationären Phase, je schwächer die Wechselwirkung, desto stärker werden die Bestandteile in der stationären Phase gehalten → Streifen

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21
Q

Gesetz der Erhaltung der Masse (Lavoisier)

A

im Verlauf einer chemischen Reaktion bleibt die Masse der beteiligten Komponenten konstant

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22
Q

Gesetz der konstanten Proportionen (Proust)

A

Elemente kommen in einer chemischen Verbindung immer im gleichen Maßverhältnis vor

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23
Q

Gesetz der multiplen Proportion (Dalton)

A

die Massenanteile der Elemente in allen chemischen Verbindungen steht in einem ganzzahligen Verhältnis

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24
Q

Was sind Elemente laut Robert Boyle?

A

Elemente sind Substanzen, die sich nicht in andere Stoffe zerlegen lassen

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25
Q

moderne Athomtheorie

A
  • Thomson’sches Atommodell (1903)
  • Rutherford’sches Atommodell (1911)
  • Bohr’sches Atommodell (1913)
  • Orbitalmodell (1928)
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26
Q

Dakton’s Atommodell (1808)

A
  • Elemente bestehen aus Atomen (atomos=unteilbar)
  • alle Atome eines Elements sind identisch und alle Atomen verschiedener Elemente sind verschiedene
  • bei chemischen Reaktionen werden Atome miteinander verbunden oder voneinander getrennt
  • Atome werden nie zerstört oder neu gebildet
  • Chemische Verbindungen = Verknüpfungen von zwei oder mehrer Atomen verschiedener Elemente
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27
Q

Kathodenstrahlröhre

A
  • Enstehung ein Stahl eines Partikels, welcher sowohl von E als auch B umgelenkt werden kann
  • Elektrische Ablenkung wird ausgenutzt um die Masse-zu-Ladung-Verhältnisse q/m zu bestimmen (q/m = -1,7588 x 10*8 C/g)
  • Anion (-) zur Anode (+)
  • Kation (+) zur Kathode (-)
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28
Q

Millikanversuch

A
  • elektrische geladene Öltröpfchen werden im elektrischen Feld eines Plattenkondensatores in der Schwebe gehalten, um die Elementarladung e und die Masse m des Elektrons zu bestimmen
  • Ladung: q = -e = -1,6022x10*(-19) C
  • Masse: m = 9,1094x10*(-28) g
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29
Q

Rutherford’s Streuversuch

A

Die Goldfolie ist ganz dünn und mit (alfa)-Teilchen
(He-Kerne) beschossen
Die meisten (alfa)-Teilchen gehen ungehindert durch die Folie durch, andere werden abgelenkt oder zurückgeschlagen
Schlussfolgerung:
- der Atomkern ist sehr kleinin Verhältnis zum ganzen Atom aber macht den größten Teil der Masse aus (Protonen und Neutronen)
- die Hülle wird durch präsidierende Elektronen gebildet, welche den größten Teil der Volumens ausmachen
- Elektronen kompensieren die positive Ladung des Kerns

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30
Q

(alfa)-Strahlen

A

aus 2 Protonen und 2 Neutronen aufgebaut

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31
Q

ß-Strahlen

A

bestehen aus Elektronen

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32
Q

(gamma)-Strahlen

A

kurzweilige und energiereiche elektromagnetische Strahlen

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33
Q

Was ist Massenspektrometrie?

A

Verfahren zum messen der Masse-zu-Ladung-Verhältnisse q/m von Teilchen
=> bei bekannter Ladung q kann die Masse m der Teilchen ermittelt werden

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34
Q

Aus was besteht ein Element?

A
  • aus Atomen gleicher Sorte
  • gleiche Anzahl von Protonen, gleiche Kernladungszahl, gleiche Anzahl von Elektronen
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35
Q

Was sind Isotope?

A

Isotope sind selbe Elemente mit unterschiedlichen Massen (Nukleonenzahl)

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36
Q

Wie sind die Elemente im Periodensystem geordnet?

A

Nach zunehmender Ordnungzahl Z (Zahl der Protonen)

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37
Q

Wie berechnet man die mittlere Atommasse?

A

U = sommatoria (Nuklidmasse x Isotopenhäufigkeit)

38
Q

Atomare Masseneinheit (Definition)

A

1/12 der Masse eines Kohlenstoffisotops

39
Q

Was ist die Atommasseneinheit?

A

U = Unit
1 u = 1,660540x10*(-24) g

40
Q

Radiocarbonmethode

A
  • N14 zerfällt in der Stratosphäre und wird C14
  • Gleichgewicht von C12 und C14 in lebenden Organismen
  • kein Metabolismus bei Totem Gewebe (Verschiebung des Gleichgewichts hin zu C12, da C14 zerfällt => Halbwertszeit)
41
Q

Was ist der Massendefekt?

A

Massenunterschied zwischen der tatsächlichen Masse eines Atomkerns und der stets größeren Summe der Massen der in ihm enthaltenen Nukleonen (Protonen und Neutronen).

42
Q

Massendefekt Merkmale

A
  • der Massenverlust steckt in Kernbindungsenergie nach E=mc*2
  • Massendefekt erreicht sein Maximum beim Isotop Fe58
43
Q

Was ist der Grund für die Abweichung von ganzzahligen Massenzahlen im PSE

A

Isotopenverteilung und Massendefekt

44
Q

Was ist das Mol?

A

Ein Mol ist die Stoffmenge, die aus genauso vielen Teilchen besteht, wie Atome in 12g des 12C6-Isotops

45
Q

Diese Zahl entspricht der Avogadrozahl NA

A

1 Mol = 6,02214x10*(23) Teilchen

46
Q

Formel der Molaren Masse

A

M=m/n
Molare Masse M [g/mol]
Masse m [g]
Stoffmenge [mol]

47
Q

H2

A

Wasserstoff

48
Q

N2

A

Stickstoff

49
Q

O2

A

Sauerstoff

50
Q

F2

A

Fluor

51
Q

Cl2

A

Chlor

52
Q

Br2

A

Brom

53
Q

I2

A

Jod/Iod

54
Q

P4

A

Phosphor

55
Q

S8

A

Schwefel

56
Q

H2O

A

Wasser

57
Q

H2O2

A

Wasserstoffperoxid

58
Q

NH3

A

Ammoniak

59
Q

C6H12O6

A

Glukose

60
Q

H2SO4

A

Schwefelsäure

61
Q

N2H4

A

Hydrazin

62
Q

NH2OH

A

Hydroxylamin

63
Q

HCl

A

Chlorwasserstoff

64
Q

H2S

A

Schwefelwasserstoff

65
Q

CO2

A

Kohlenstoffdioxid

66
Q

CO

A

Kohlenstoffmonoxid

67
Q

AsCl3

A

Arsentrichlorid

68
Q

PF5

A

Phosphorpentafluorid

69
Q

Was ist elektromagnetische Strahlung?

A

Elektromagnetische Strahlung ist die Welle eines oszillierenden elektrischen und magnetischen Feldes

Wellenlänge (lamda)
Amplitude A
Intensität A*2
Ausbreitungsgeschwindigkeit v
Frequenz v

70
Q

Ausbreitungsgeschwindigkeit v im Vakuum

A

Lichtgeschwindigkeit c = 2,99792458x10*8 m/s

c = Wellenlänge (m) x Frequenz (/s) bzw. (Hz)

71
Q

Was ist Flammenfärbung?

A

beim Erhitzen diverser chemischer Substanzen z.B.
mit einem Bunsenbrenner lässt sich ein charakteristisches Leuchten beobachten, welches auf e -Übergänge zurückzuführen ist

72
Q

Was sind Atomspektren?

A
  • wird einen Atom ausreichend Energie hinzugefügt, lassen sich dessen äußere Elektronen vom Grundzustand auf energetisch höherligende angeregte Zustände anheben
  • diese Zustände haben ein definiertes Energieniveau, die bei der Rückkehr in den Grundzustand (Relaxieren) in Form einer Lichtaussendung wieder frei wird
73
Q

Spektrum von Wasserstoff: System 1 e-, 1 p

A
  • auftreten von Spektrallinien bedeutet diskrete (gequantelte) Energiezustände
  • diese Energieniveaus sind offensichtlich systematischer Natur
  • warum gerade diese und nicht andere Frequenzen bzw. Energien?
74
Q

Bohr’sches Atommodell

A
  • Elektronen können sich nur auf definierten, um den
    Kern konzentrierten Kreisbahnen aufhalten
  • Schalen haben 7 Energieniveaus (K,L,M,..) und einen definierten “Radius”/definierte Energie/definierte Energiedifferenz
  • Nur während des “Schalensprungs” kann sich das Elektron “zwischen“ den Schalen aufhalten
  • diskrete Energieniveaus: definierte Energie zur Überwindung des Übergangs von Grundzustand zu angeregtem Zustand; Relaxion der e- aus angeregtem in Grundzustand führt zur Emission definierter Energiemenge
75
Q

Welle-Teilchen Dualismus

A

Licht ist Welle (Eigenschaften: Wellenlänge λ; Amplitude A, Ausbreitungsgeschwindigkeit v und Frequenz ν) und Teilchen (Eigenschaft: Ort und Impuls) gleichzeitig

76
Q

Photoelektrischen Effekt

A

Licht löst aus Metallplatten Elektronen heraus. Dieser Effekt tritt jedoch nur ab einer gewissen Grenzfrequenz des Lichts auf, die für jedes Metall spezifisch ist. Unterhalb der Grenzfrequenz werden keine Elektronen herausgelöst, wie intensiv das Licht auch sein mag. Die kinetische Energie der Elektronen (oberhalb der Grenzfrequenz) steigt proportional zur Frequenz an.

77
Q

Was ist Licht?

A

Licht ist ein Strom von Teilchen: Photonen

78
Q

Energiegleichung

A

E = h x v

E: Energie [J]
h: Planck-Konstante (6,63x10*(-34) J/Hz)
v: Frequenz [/s] bzw. [Hz]

79
Q

Luis De Broglie

A
  • Nun kann jeder Masse eine Wellenlänge zugeordnet werden und mit jeder Wellenlänge eine Masse bestimmen
  • jede Masse kann als Welle beschrieben werden => λ=h/(m x c)
  • je kleiner und schneller, desto stärker/höher die Wellenlänge
80
Q

Teilchen mit Wellencharakter beschreiben

A
  • große Massen mit geringer Geschwindigkeit haben kleine Wellenlängen (Wellencharakter vernachlässigbar)
  • kleine Teilchen mit hoher Geschwindigkeit (z.B. Elektronen) haben Wellenlängen in der Größenordnung ihres Aufenthaltsortes
81
Q

Werner Heisenberg

A
  • die Aufenhaltsort des Elektrons ist nicht bestimmbar
  • um ein Elektron zu orten, ist ein elektromagnetische Strahlung mit sehr kurzer Wellenlänge (entspricht eine hohe Energie) notwendig; der entsprechende Impuls bewirkt eine Ortsveränderung des zu beobachtenden Elektrons
  • Ort und Geschwindigkeit eines Elektrons sind ne gleichzeitig bestimmbar
  • Heisenberg’sche Unschärferelation (vedi appunti)
82
Q

Schrödingergleichung

A
  • fundamentalste Formel in Chemie und Quantenmechanik
  • um dem Welle-Teilchen-Dualismus Rechnung zu tragen, ersetze Schrödinger die Bahnkurve eines Teilchens durch eine orsabhängige Wellenfunktion (vedi appunti)
  • Elektron wird als Wellenfunktion beschrieben
  • der Ort des Elektrons kann nur mit einer gewissen Aufenthaltswahrscheinlichkeit bestimmt werden
  • die Wellenfunktion wird mit charakteristischen Orbitalen, definierter Struktur und Energie beschrieben
  • die Energieniveaus der Elektronen werden als dreidimensionale stehende Wellen beschrieben
  • die Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Elektronen entspricht dem Quadrat der Wellenfunktion; Lösung der Schrödingergleichung ist nur genährt möglich, liefert aber gequantelt Energiezustände
83
Q

Quantenzahlen

A
  • um die Aufenthaltsbereiche und die begrenzenden Knotenebenen zu charakterisieren
  • n Hauptquantenzahl
  • l Nebenquantenzahl
  • m Magnetquantenzahl
  • n Spinquantenzahl
84
Q

Quantenzahl n

A
  • energetische Lage und mittlerer Kernabstand
  • n (1,2,3,4,…)
85
Q

Quantenzahl l

A
  • Bahndrehimpuls: Gestalt (Raumausdehnung) des Orbitals
  • l (0,1,2,…, (n-1))
86
Q

Quantenzahl m

A
  • Orientierung des Orbitals im Raum
  • m (-l,-(l-1),…,0,…,+(l-1),+l)
87
Q

Quantenzahl s

A
  • spin up bzw. spin down
  • s (+1/2 oder -1/2)
88
Q

s-Orbitale

A
  • l=0, m=0
  • zu jeder Hauptenergiestufe gehört ein kugelsymmetrisches Orbital
  • bei 1s (Atomorbital des Wasserstoffs) gibt es die größte radiale Aufenthaltswahrscheinlichkeit bei 53pm und keine “Knotenebene” mit Quadrat der Wellenfunktion=0
  • Elektronen führen keine Rotation um den Atomkern aus (das Elektron hält sich am liebsten genau am Ort des Kerns auf
  • Knoten = Aufenthaltswahrscheinlichkeit 0
89
Q

p-Orbitale

A
  • sind Hantelförmig und stehen senkrecht aufeinander
  • liegen genau auf Achsen
  • sie werden erst in der zweiten Perioden besetzt
  • die Elektronen werden in 3 Klassen eingeteilt (x,y,z) und unterscheiden sich in ihrer Quantenzahl
  • bei höheren orbitalen kommt ein weiterer Orbitallappen hinzu
90
Q

d-Orbitale

A
  • sind doppel-hantelförmig
  • Vorzeichen der Wellenfunktion sind anders (gegenüberliegende Hanteln haben das gleiche Vorzeichen)
  • sie liegen zwischen Koordinatsystem und nicht ganz auf Achsen
  • Ausrichtung verläuft in Raumachsen x,y,z und sie besitzen 2 Knotenebenen
  • höhere d-Orbitalee haben die Hauptquantezahl n=4 und sind Doppel-Hanteln und besitzen 4 Knotenebenen
91
Q

f-Orbitale

A
  • Hauptquantenzahl n=4
  • sind tripple-Hanteln und besitzen 3 Knotenebenen
  • sind radialer und gleichmäßiger als die anderen Orbitalen
  • besitzen 6 Orbitallappen, die um den Kern gruppiert sind
92
Q

g-Orbitale

A
  • höhere Orbitale als die f-Orbitale werden mit den Buchstaben (g,h,j,k) bezeichnet
  • sind in der Natur nicht mit Elektronen besetzt, Elektronen der anderen orbitale können aber durch Energiezufuhr in diese Orbitale “angehoben” werden