Sem 6 Flashcards
chemische Bindung - Def.
= physikalisch-chemisches Phänomen durch das zwei oder mehrere Atome oder auch Ionen fest zu chem. Verbindungen verknüpft sind
chemische Bindung - Grundlage
Wechselwirkung zw. Elektronen und / oder elektrostatische Wechselwirkungen
chemische Bindung - Ursache
energetischer Vorteil
chemische Bindung - Charakterisierung
Bindungslänge und Bindungsenergie
Wodurch unterscheiden sich die Bindungen im H2 - und HCl-Molekül?
H – H
ΔE = 2,2 – 2,2 = 0
→ unpolare Atombindung
H – Cl
ΔE = 2,83 - 2,2 = 0,63
→ polare Atombindung
Ionen - Def.
= elektrische geladene Atome oder Moleküle entstanden durch Aufnahme oder Abgabe eines Elektrons / mehrerer Elektronen oder eines Protons durch ein zunächst elektrisch neutrales Atom oder Molekül
Ionen - Arten nennen + Bsp.
- einfache Ionen (Li⁺, Cl‾)
- zusammengesetzte Ionen (H3O⁺, CO3²‾)
- komplexe Ionen ([Cu(NH₃)₄]²⁺, [Fe(CN)6]²‾)
- Zwitterionen (H₃N-CH₂-COO‾) (über dem N steht ein + auf Folie 7)
ionische Bindung - Merkmale nennen
- elektrostatische Anziehung zwischen unterschiedlich geladenen Ionen
- räumliche (ungerichtete) Bindung
- häufig Ausbildung von Gittern (Ionenkristallen)
- hohe Bindungsenergien (Gitterenthalpien)
Geben Sie die chemische Formel und den Namen der ionischen Verbindung an, die
sich aus folgendem Paar von Elementen bilden: Cs, Cl
CsCl → Cäsiumchlorid
Geben Sie die chemische Formel und den Namen der ionischen Verbindung an, die
sich aus folgendem Paar von Elementen bilden: Ba, F
BaF₂ → Bariumfluorid
Geben Sie die chemische Formel und den Namen der ionischen Verbindung an, die
sich aus folgendem Paar von Elementen bilden: Na, Se
Na₂Se → Natriumselenid
Geben Sie die chemische Formel und den Namen der ionischen Verbindung an, die
sich aus folgendem Paar von Elementen bilden: Al, O
Al₂O₃ → Aluminiumoxid
Geben Sie die chemische Formel und den Namen der ionischen Verbindung an, die
sich aus folgendem Paar von Elementen bilden: Mg, N
Mg₃N₂ → Magnesiumnitrid
Geben Sie die chemische Formel und den Namen der ionischen Verbindung an, die
sich aus folgendem Paar von Elementen bilden: K, S
K₂S → Kaliumsulfid
Geben Sie die chemische Formel und den Namen der ionischen Verbindung an, die
sich aus folgendem Paar von Elementen bilden: Fe, O
FeO oder Fe₂O₃ → Eisen(II)-oxid, Eisen(III)-oxid
Merke: Bei der Benennung einfacher Anionen endet der Name auf ___?
-id
Welche Stoffklassen sind ionisch aufgebaut?
salzartige Substanzen – eine Auswahl
→ -id Ionen ohne Sauerstoff
z.B. Halogenide, Metallhydride, Metalloxide, -sulfide, -selenide
→ -at zusammengesetzte Ionen mit (viel) Sauerstoff (SO₄²‾ )
z.B. Carbonate, Phosphate, Sulfate, Nitrate, Acetate, Citrate, Ascorbate
→ -it zusammengesetzte Ionen mit (weniger) Sauerstoff (SO₃²‾ )
z.B. Phosphite, Sulfite, Nitrite
Gitterenergie - Def.
= Bindungsenergie im Ionengitter
- wird freigesetzt, wenn sich Ionen zum Gitter formieren
- muss aufgewendet werden, um das Gitter zu zerstören (z.B. beim Lösevorgang)
Gitterenergie - Welche Faktoren beeinflussen ihre Größe?
Ionenradius
→ je kleiner, desto größer ist der Betrag der Gitterenergie
Ladung
→ je größer, desto größer ist der Betrag der Gitterenergie
Beschreibe die Elementarzellen für CsCl.
Durch wie viele Cl-Ionen ist Cs+ jeweils direkt umgeben?
Gittertyp:
- einfach kubisch (sc)
Anordnung:
- Jedes Kation (Cs⁺) ist von 8 Anionen (Cl⁻) umgeben und umgekehrt.
→ Koordinationszahl von 8:8 (würfelförmig AB₈ und BA₈).
- Cl⁻: im Zentrum des Würfels; Cs⁺ in den Ecken des Würfels oder umgekehrt
Elementarzelle:
= primitive kubische Zelle mit einem zusätzlichen Ion (entweder Cs⁺ oder Cl⁻) in der Mitte des Würfels (krz)
Beschreibe die Elementarzellen für NaCl.
Durch wie viele Cl-Ionen ist Na+ jeweils direkt umgeben?
Gittertyp:
- kubisch flächenzentriert (fcc)
Anordnung:
- Jedes Kation (Na⁺) ist von 6 Anionen (Cl⁻) umgeben und umgekehrt.
→ Koordinationszahl von 6:6 (oktaedrisch AB₆ und BA₆).
- Na⁺ besetzen die Oktaederlücken des Cl⁻-Gitters.
Elementarzelle:
- Cl⁻ bilden flächenzentriertes kubisches Gitter (kfz)
- Na⁺ an den Kantenmitten und im Zentrum der Zelle
- zwei ineinander verschachtelte kubisch flächenzentrierte Gitter
Wodurch unterscheiden sich die Elementarzellen von CaF₂ und ZnS?
(beide kubisch flächenzentriert für das Metall-Kation)
Folie 15 für Bilder!
CaF₂
- Kationen: kubische Koordination (AB₈)
- Anionen: tetraedrische Koordination (BA₄)
ZnS
- Kationen: tetraedrische Koordination (AB₄)
- Anionen: tetraedrische Koordination (BA₄)
Beschreibe detailliert den Lösungsvorgang eines Salzes in Wasser.
- Dissoziation:
- Lösung der Ionen des Salzkristalls durch die Anziehungskräfte der polaren Wassermoleküle (Schwächung der ionischen Bindungen im Kristall) aus dem Kristallgitter - Hydratation:
- Bildung sog. Hydrat-Hülle (Wassermolekülen umgeben gelöste Ionen)
- Stabilisierung der Ionen mittels Ausrichtung der Wassermoleküle (pos. geladenen H-Atome zu Anionen und neg. geladenen O-Atome zu Kationen)
- Freisetzung von Energie (Hydratationsenthalphie/-energie) - Auflösung:
- gleichmäßige Verteilung der stabilisierten Ionen in der Lösung
- vollständige Auflösung des Salzkristalls
Weshalb erwärmt sich die Lösung beim Lösevorgang eines Salzes in Wasser bei manchen Verbindungen und kühlt sich bei anderen ab? + nenne Bsp.
Erwärmung:
Hydratationsenthalphie > Gitterenthalpie
→ Abgabe von Energie an die Umgebung
z.B. NaOH
Abkühlung:
Hydratationsenthalpie < Gitterenthalpie
→ der Umgebung wird Energie entzogen
z.B. NH₄NO₃
Hydratationsenthalpie «_space;Gitterenthalpie
→ kein Lösevorgang
Wie funktioniert ein Taschenwärmer aus Natriumacetat-Trihydrat?
a) Vorbereitung:
1. Erwärmen:
- Natriumacetat-Trihydrat schmilzt im Hydratwasser bei 58°C
CH₃COONa · 3 H₂O (f) → CH₃COO¯ (aq.) + Na⁺ (aq.)
2. Abkühlen:
- unterkühlte Schmelze → bleibt flüssig = metastabiler Zustand
b) Einsatz als Taschenwärmer:
- Auslösen des Kristallisationsprozesses → Freisetzen von Wärme
CH₃COO¯ (aq.) + Na⁺ (aq.) → CH₃COONa · 3 H₂O (f)
- Wärmeerzeugung durch Kristallisationswärme
Wie funktionieren Wärmepflaster?
- chemische Reaktionen: Bildung der Hydroxide
2 Fe + O₂ + 2 H₂O → 2 Fe(OH)₂
4 Fe(OH)₂ + O₂ + 2 H₂O → 4 Fe(OH)₃ - chemische Reaktionen: Bildung der Oxide
Fe(OH)₃ → FeO(OH) ∗ H₂O
2 FeO(OH) → Fe₂O₃ + H₂O
Fe(OH)₂ → FeO + H₂O
Reaktionsenthalpie: -1858 kJ/mol → ca. 40 °C
- Wärmeerzeugung durch exotherme chemische Reaktionen (meist Oxidation von Eisenpulver mit Sauerstoff aus Luft)
Wodurch unterscheiden sich die Lösevorgänge der drei kristallinen Feststoffe Calciumoxid, Calciumhydrid, Calciumchlorid?
CaO + H₂O → Ca²⁺ (aq) + 2 OH‾ (aq)
CaH₂ + 2 H₂O → Ca²⁺ (aq) + 2 OH‾ (aq) + 2 H₂↑
CaCl₂ + H₂O → Ca²⁺ (aq) + 2 Cl‾ (aq)
Fazit laut Skript:
Zusammensetzung des Ionenkristalls muss nicht unbedingt mit der Zusammensetzung der in Wasser gelösten Ionen übereinstimmen!
Fazit laut ChatGPT:
CaO → Calciumhydroxid, basische Lösung, sehr exotherm
CaH₂ → Calciumhydroxid + Wasserstoffgas, sehr exotherm und gasbildend
CaCl₂ → löst sich ohne chem. Reaktion, bildet ionische Lösung, exotherm
Während CaO und CaH₂ chemische Reaktionen eingehen, löst sich CaCl₂ lediglich physikalisch auf.
Was ist das Merkmal der Metallbindung?
- Elektronengasmodell
= Wechselwirkung zw. pos. geladenen Metallionen und delokalisierten Elektronen (Elektronengas)
(Valenzelektronen nicht an einzelne Atome gebunden, sondern frei beweglich und delokalisiert über das gesamte Metallgitter verteilt) - Energiebändermodell
- basiert auf AO-Modell → Aufspaltung der AO zu Energieband
Welche Gittertypen bei Metallbindungen sind bedeutend?
- Kubisch Raumzentriertes Gitter (krz)
- Merkmale: jedes Atom von 8 Nachbarn umgeben (Koordinationszahl 8); Atome an den Ecken des Würfels + eines im Zentrum
- z.B.: Eisen (Fe) (bei Raumtemperatur), Chrom (Cr), Wolfram (W).
- Eigenschaften: weniger dicht gepackt als kfz, meist härter und weniger verformbar - Kubisch Flächenzentriertes Gitter (kfz)
- Merkmale: jedes Atom von 12 Nachbarn umgeben (Koordinationszahl 12); Atome an den Ecken + in der Mitte jeder Fläche des Würfels
- z.B.: Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Gold (Au), Silber (Ag).
- Eigenschaften: sehr dicht gepackt, hohe Duktilität und Verformbarkeit - Hexagonal Dichteste Kugelpackung (hdp)
- Merkmale: jedes Atom von 12 Nachbarn umgeben (Koordinationszahl 12), hexagonale Struktur
- z.B.: Magnesium (Mg), Titan (Ti), Zink (Zn).
- Eigenschaften: dicht gepackt, weniger verformbar als kfz
Energiebändermodell - Erkläre es
- basiert auf AO-Modell → Aufspaltung der AO zu Energieband
- erklärt die elektrische Leitfähigkeit von Festkörpern und beschreibt, wie die Energiezustände der Elektronen in einem Material in Bändern organisiert sind
a) Valenzband:
= höchstes vollständig besetztes Energieband, in dem sich die Valenzelektronen befinden
- enthält die Elektronen bei niedrigerer Energie, die in einem nicht angeregten Zustand vorliegen
b) Leitungsband:
= ein höheres Energieband, das entweder leer ist oder teilweise gefüllt werden kann
- Elektronen können bei ausreichender Energieübertragung zur elektr. Leitfähigkeit beitragen
c) Bandlücke:
= der Energiebereich zw. a) und b);
- bestimmt die elektr. Eigenschaften des Materials:
- Metalle: überlappende Bänder oder eine sehr kleine Bandlücke → viele frei bewegliche Elektronen → hohe Leitfähigkeit
- Halbleiter: kleine Bandlücke → bei Zufuhr von Energie springen Elektronen ins Leitungsband
- Isolatoren: große Bandlücke → kaum Elektronen gelangen ins Leitungsband → schlechte Leitfähigkeit
Wasserstoffbrückenbindungen - Def.
= Wechselwirkung eines kovalent gebundenen (aber pos. polarisierten) H-Atoms mit einem freien Elektronenpaar eines elektronegativeren Atoms (O, N, F) in einer Gruppierung desselben oder eines anderen Moleküls
Wasserstoffbrückenbindungen - Was bewirken sie?
- hohe Schmelz- und Siedepunkte
- Oberflächenspannung
- besondere Molekülstrukturen bei Biomolekülen
Wasserstoffbrückenbindungen - Wo kommen sie vor?
a) intermolekuar:
- Wasser
- DNS: Doppel-Helix,
- Peptide: Helix, Faltblatt
b) intramolekular:
- z.B. Salicylsäure
Welche zwischenmolekularen Wechselwirkungen kennen Sie?
- Wasserstoffbrückenbindungen
- Van-der-Waals-WW
- Dipol-Dipol-WW (z.B. H-Br)
- Ion-Dipol-WW (Bildung einer Hydrathülle)
- Dipol-induzierter Dipol-WW
Empfehlung laut Skript:
https://studyflix.de/chemie/dipol-dipol-wechselwirkung-2391
