Stoffe-Teilchen Reaktionen Flashcards
Stoff - Gegenstand:
Stoffe erkennen wir an ihren Eigenschaften. Stoffeigenschaften sind von der Grösse und der Gestalt der Gegenstände unabhängig und bei festgelegten Bedingungen (Druck, Temperatur) konstant.
Stoffportion
Eine Stoffportion hat eine bestimmte Menge
Stoffeigenschaften
Die physikalischen Stoffeigenschaften lassen sich messen oder beobachten, ohne dass sich der Stoff umwandelt. Wichtige physikalische Eigenschaften sind:
Schmelz- und Siedetemperatur, Glanz, Farbe, Geruch, Dichte, Härte, Verformbarkeit, Leitfähigkeit für Strom und Wärme, Löslichkeit in einen bestimmten Lösungsmittel, Kristallform
Dichte
Die Dichte ist die Masse einer Stoffportion mit einem Volumen von 1 cm3.
Dichte = Masse (in g) : Volumen (in cm3) p= m / V Einheit: g/cm3
Weil sich mit der Temperatur das Volumen eines Stoffs, nicht aber seine Masse ändert, ist die Dichte von der Temperatur abhängig.
Gase haben viele kleinere Dichten als Feststoffen oder Flüssigkeiten.
Aggregatzustände der Stoffe
Stoffe können je nach Temperatur und Druck im festen (s), flüssigen (l) oder gasförmigen (g) Zustand vorliegen.
Zustandsänderungen
Änderungen des Aggregatzustands sind mit Energieumsatz verbunden: Schmelzen, Verdampfen (bzw. Verdunsten) und Sublimieren „verbrauchen“ Wärme, Kondensieren, Erstarren und Resublimieren geben Wärme frei.
Teilchenmodell der Stoffe
Stoffe bestehen aus kleinsten Teilchen, die sich ständig bewegen. Ihre Geschwindigkeit nimmt mit steigender Temperatur zu. Die Kräfte und die Abstände zwischen den Teilchen sind abhängig vom Aggregatzustand.
Kristalle
Kristalle sind feste Körper, die von regelmässig angeordneten, ebenen Flächen begrenzt sind. Sie sind die sichtbare Folge der regelmässigen Teilchenanordnung im Gitter.
Kristallform
Die Kristalle eines Stoffs stimmen in gewissen Formmerkmalen überein, ihre Grösse ist variabel. Die meisten Feststoffe sind kristallin.
Kristallbildung
Kristalle bilden sich beim Erstarren einer Flüssigkeit, beim Eindampfen einer Lösung und beim Abkühlen einer gesättigten Lösung eines festen Stoffs.
GASE
Stoffeigenschaften
Teilchenmodell
Stoffeigenschaften:
Gase verteilen sich im ganzen Raum, auch entgegen der Schwerkraft. Sie lassen sich leicht verformen und zusammendrücken.
Teilchenmodell:
Die Teilchen eines Gases bewegen sich praktisch unabhängig voneinander mit hoher Geschwindigkeit, die Anziehungskräfte zwischen ihnen sind klein, die Abstände gross
FLÜSSIGKEITEN
Stoffeigenschaften:
Teilchenmodell:
Stoffeigenschaften:
Flüssigkeiten lassen sich leicht verformen und teilen, aber kaum zusammendrücken.
Teilchenmodell:
Die Teilchen sind gegeneinander beweglich, ihre Geschwindigkeit ist klein, die Anziehungskräfte sind relativ stark, die Abstände klein.
FESTSTOFFE
Stoffeigenschaften:
Teilchenmodell:
Stoffeigenschaften:
Feststoffe lassen sich nur schwer verformen, teilen oder zusammendrücken
Teilchenmodell:
Die Teilchen sind dicht gepackt, sie bilden ein Gitter, in dem sie, an feste Plätze gebunden, nur leicht schwingen. Die Anziehungskräfte sind sehr stark, die Abstände klein
Eigenschaften Stoffgemische
Gemische bestehen aus mehreren Reinstoffen. Ihre Zusammensetzung kann sich verändern, ohne dass sich die Komponenten verändern. Ihre Eigenschaften sind vom Mischungsverhältnis abhängig. In heterogenen Gemischen bleiben die Eigenschaften der Komponenten erhalten.
Lösungen (Stoffgemische)
Lösungen sind homogene Gemische fester, flüssiger oder gasförmiger Stoffe in einem flüssigen Lösungsmittel. Beim Lösen eines Stoffs verteilen sich seine Teilchen zwischen den Teilchen des Lösungsmittels. Die Eigenschaften von Lösungen sind von der Zusammensetzung abhängig. Diese kann durch Gehaltsangaben (z. B. in Prozent) oder durch Konzentrationsangaben (z. B. Massenkonzentration) ausgedrückt werden.
Konzentration
Die Konzentration bezieht sich auf das Volumen der Lösung.
Massenkonzentration = Masse der gelösten Stoffe (in g) : Volumen der Lösung (in L) (Einheit= g/L)
Gehalt
Der Gehalt ist der Anteil des gelösten Stoffs in der Lösung in Prozenten.
Massenanteil = Masse der gelösten Stoffs (in g) x 100% : Masse der Lösung (in g) (Einheit: %)
Volumenanteil = Volumen der gelösten Stoffs (in L) x 100% : Volumen der Lösung (in L) (Einheit: Vol.-%)
Löslichkeit
Die Löslichkeit ist die Masse eines Stoffs, de sich in einer bestimmten Portion (meist 100g) Lösungsmittel bei einer festgelegten Temperatur maximal löst. Die Löslichkeit nimmt bei den meisten Feststoffen mit steigender Temperatur zu, bei Gasen ab.
Lösungsvorgang
Beim Lösen eines festen Stoffs werden seine Teilchen von den Lösungsmittel-Teilchen umhüllt und dadurch von ihren Nachbarn im Gitter weggedrängt, aus dem Gitter gelöst.
Diffusion
Die gelösten Teilchen verteilen sich durch ihre Eigenbewegung im Lösungsmittel. Diese Diffusion führt zu einer gleichmässigen Verteilung des gelösten Stoffs.
Lösungen von Flüssigkeiten
Als „mischbar“ bezeichnet man zwei Flüssigkeiten, wenn sie ein homogenes Gemisch bilden. Der Gehalt wird als Volumenanteil (oft in Vol.-%) angegeben.
Gasgemische
Gase durchmischen sich aufgrund der Eigenbewegung der Teilchen (Diffusion).
Luft
Die Luft ist ein Gemisch. Ihre Hauptbestandteile sind die Elemente Stickstoff (78 Vol.-%) , Sauerstoff (21 Vol.-%) und Argon (1 Vol.-%). In der Luft schweben auch winzige, unsichtbare Flüssigkeitströpfchen (Aerosole) und Staubteilchen.
Trennmethoden
Gemische lassen sich durch Fraktioniermethoden in Reinstoffe trennen. Diese bleiben unverändert.
Heterogene Gemische
Suspensionen können durch Filtration, Emulsionen im Scheidetrichter, Gemenge durch Extraktion mit einem geeigneten Lösungsmittel getrennt werden.
Lösungen
Lösungen fester Stoffe sind durch Eindampfen oder einfache Destillation trennbar. Flüssigkeitsgemische lassen sich durch fraktionierte Destillation trennen, wenn sich die Komponenten in der Siedetemperatur deutlich unterscheiden.
Bei der Chromatografie basiert die Trennung auf der unterschiedlichen Verteilung der Komponenten zwischen einem Träger (z. B. Papier) und einem Lösungsmittel.
Stoffumwandlung chemische Reaktionen
Bei chemischen Vorgängen werden Stoffe umgewandelt: Ausgangsstoffe (Edukte) reagieren in einem bestimmten Massenverhältnis zu Endstoffen (Produkten). Da Produkte und Edukte verschiedene Stoffe sind, unterscheiden sie sich in ihren Eigenschaften
Reaktionsgleichung chemische Reaktionen
Eine chemische Reaktion kann durch eine Reaktionsgleichung beschrieben werden:
Edukte ———> Produkte
Der Reaktionspfeil bedeutet: reagieren zu.
Energie chemische Reaktionen
Als Energie bezeichnet man die Fähigkeit eines Systems, Arbeit zu verrichten. Verschiedene Energieformen wie Wärme, Licht, chemische, elektrische oder mechanische Energie können ineinander umgewandelt werden.
Energieinhalt (chemische Reaktion)
Jede Stoffportion hat eine bestimmte innere Energie (chemische Energie). Sie ist von der Stoffart und von der Masse abhängig.
Energieumsatz (chemische Reaktion)
Bei jeder chemischen Reaktion wird Energie umgesetzt. Der Energieumsatz führt oft zu wahrnehmbaren Erscheinungen wie Temperaturänderungen oder Lichtabgabe. Weil sich die innere Energie der Ausgangsstoffe von derjenigen der Endstoffe unterscheidet, wird innere Energie in andere Energieformen umgewandelt oder abgegeben (oder umgekehrt).
exotherm (chemische Reaktion)
Sind die Produkte energiereicher als die Edukte, verläuft die Reaktion exotherm: Innere Energie wird z. B. in Wärme umgewandelt und an die Umgebung abgegeben.
endotherm
Sind die Produkte energiereicher als die Edukte, verläuft die Reaktion endotherm: Energie muss z. B. als Wärme zugeführt werden.
Aktivierungsenergie (chemische Reaktion)
Um Stoffe zur Reaktion zu bringen, müssen sie durch Zufuhr von Energie aktiviert werden (Aktivierungenergien).
Definition Reinstoff
Reinstoffe haben eine konstante Zusammensetzung und bestimmte Eigenschaften. Sie können durch (physikalische Trennverfahren nicht zerlegt werden.
Elemente
Elemente sind Reinstoffe, die sich nicht in mehrere Stoffe zersetzen und nicht ineinander umwandeln lassen. Sie sind die Grundstoffe, aus denen alle Verbindungen entstehen. Ein Element besteht aus gleichartigen Atomen. Die Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich; es gibt also ebenso viele Atomsorten wie Elemente (ca. 100)
Elementsymbole
Jedes Element hat einen Namen und ein Symbol aus einem oder zwei Buchstaben
Vorkommen (Reinstoffe)
Die meisten Elementen kommen nicht elementar, sondern in Verbindungen vor. Sie können durch chemische Vorgänge aus ihren Verbindungen gewonnenen werden.
Metalle (Reinstoffe)
Die meisten Elemente gehören zu den Metallen. Typische Eigenschaften der Metalle sind: Leitfähigkeit für Strom und Wärme, hohe Dichte, hohe Schmelz- und Siedetemperatur, Metallglanz und Duktilität. Mit Ausnahme des Quecksilbers sind (bei NB) alle Metalle fest. Beispiel: Aluminium, Eisen, Kupfer, Gold, Silber, Platin, Zink, Zinn.
Nichtmetalle (Reinstoffe)
Die meisten Nichtmetalle sind Elemente mit relativ niederer Schmelz- und Siedetemperatur, kleiner Dichte und geringer Leitfähigkeit für Strom und Wärme. Von den 17 Nichtmetallen sind elf gasförmig, fünf fest und eines ist flüssig. Beispiele; Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff, Schwefel, Helium.
Halbmetalle (Reinstoffe)
Halbmetalle wie das Silicium stehen in ihren Eigenschaften zwischen den Metallen und den Nichtmetallen
Verbindungen (Reinstoffe)
Verbindungen sind Reinstoffe, die sich durch chemische Reaktionen in Elemente zersetzen lassen. Sie haben im Gegensatz zu den Gemischen eine bestimmte Zusammensetzung und konstante Eigenschaften.
Verbindungen können durch Synthesen aus den Elementen entstehen und durch Analysen in diese zersetzt werden. Die Elementeigenschaften sind in der Verbindung nicht feststellbar. Die Atome der Elemente bilden bei der Synthese die Teilchen der Verbindung, z. B. Moleküle. Diese lassen sich auch wieder in die Atome spalten.
organische und anorganische
Reinstoffe
Als organisch bezeichnet man ursprünglich die Verbindungen der Lebewesen, als anorganisch solche der unbelebten Natur. Obwohl durch die Herstellung organischer Verbindungen (Wöhlers Harnstoffsynthese 1828) im Labor bewiesen wurde, dass auch zur Synthese organischer Verbindungen keine spezielle Lebenskraft erforderlich ist, wurde die Unterscheidung beibehalten, weil sich organische Verbindungen in einigen Eigenschaften von anorganischen unterscheiden. Sie “enthalten” alle Kohlenstoff.
Analyse (Reinstoff)
Als Analyse bezeichnet man die Zersetzung einer Verbindung (in die Elemente). Die meisten Analysen verlaufen endotherm. Die erforderliche Energie kann als Wärme (Thermolyse), Strom (Elektrolyse) oder Licht (Fotolyse) zugeführt werden.
Synthese (Reinstoff)
Die Herstellung einer Verbindung (aus den Elementen) bezeichnet man als Synthese
Abspaltung von Elektronen
Elektronen Kassenschein durch Zufuhr von Energie vom Atom abspalten. Dabei entstehen Ionen mit positiver Ladung. Die Energie, die benötigt wird, um ein Elektron abzuspalten, heisst Ionisierungsenergie.
Energie der Elektronen
Je energiereicher ein Elektron ist, umso weniger Energie ist zu seiner Abspaltung erforderlich. Die Elektronen eines Atoms unterscheiden sich in ihrer Energie.
Energiestufen
Jedes Elektronen lässt sich einer bestimmten Energiestufen zuordnen. Elektronen verschiedener Energiestufen unterscheiden sich in ihrer Energie, Elektronen derselben Energiestufen haben vergleichbare Energien.
Elektronen-Konfiguration
Die Verteilung der Elektronen eines Atoms oder Ions auf die maximal sieben verschiedenen Energiestufen
Schalenmodell
Nach dem Schalenmodell hält sich jedes Elektron eines Atoms bevorzugt im Bereich einer Schale auf. Jede Schale entspricht einer Energiestufen. Die energieärmsten Elektronen sind auf der innersten (K,n = 1), die energiereichsten auf der äußersten Schale (Q, n=7).
Maximale Elektronenzahl
Die maximale Elektronenzahl Z einer Schale kann aus der Schalennummer n berechnet werden nach der Formel: Z = 2N(2)
Schalenbesetzung
Die Verteilung der Elektronen auf der Schale folgt dem Prinzip des Energieminimums: Die energieärmeren, inneren Schalen werden zuerst gefüllt. Schalen mit mehr als acht Valenzelektronen werden zuerst nur mit acht Elektronen besetzt, dann kommen zwei Elektronen auf die nächste Schalte, und erst danach (bei den Übergangsmetallen) wird die innere Schale weiter aufgefüllt. Darum ist die maximale Zahl von Valenzelektronen acht.
Valenzelektronen
Als Valenzelektronen bezeichnet man die Elektronen auf er äussersten Schale. Sie bestimmen das chemische Verhalten des Atoms. Die Elemente einer Hauptgruppe haben dieselbe Valenzelektronenzahl. Diese entspricht der Gruppennummer, ist also nie grösser als acht.
Atomrumpf
Der Atomrumpf ist das Atom ohne die Valenzelektronen. Die Rumpfladung ist immer positiv und entspricht zahlenmässig der Anzahl der Valenzelektronen.
Edelgaskonfiguration
Extrem hoch sind die Ionisierungsenergien der Edelgase. Ihre Atome haben acht (bzw. He zwei) Elektronen auf der Aussenschale.
Verwandtschaft der Elemente
Elemente lassen sich nach der Ähnlichkeit ihres chemischen Verhaltens in Elementgruppen einordnen, z. B. Alkalimetalle, Halogene, Edelgase.
Periodizität (System der Elemente von Mendelejew und Meyer)
Mendelejew und Meyer erkannten das Gesetz der Periodizität: Ordnet man die Elemente nach steigender Atommasse, treten chemisch ähnliche in bestimmten Abständen auf.
Ordnungsprinzip
Die Elemente werden nach steigender Protonenzahl geordnet.
Gruppen (PSE)
Chemisch verwandte Elemente stehen in einer Gruppe untereinander.
Die Gruppenzugehörigkeit eines Elements und seine Stellung innerhalb einer Gruppe ermöglichen Aussagen über viele seiner chemischen Reaktionen und über die Art der Verbindungen, die es mit Elementen anderer Gruppen eingeht.
Das System hat acht Hauptgruppen und 10-24 Nebengruppen (Übergangsmetalle). Diese stehen in den Perioden vier bis sechs zwischen der zweiten und dritten Hauptgruppe.
Perioden (PSE)
Die Zeilen (waagrecht) des Systems heissen Perioden. Jede Periode (mit Ausnahme der ersten und der letzten) beginnt mit einem Alkalimetall und endet mit einem Edelgas. Die Zahl der Elemente einer Periode ist je nach Periodennummer verschieden.
Gruppennummer = Valenzeletronenzahl
Elemente einer Hauptgruppe sind chemisch ähnlich, ihre Atome stimmen in der Valenzelektronenzahl überein: Sie entspricht der Gruppennummer.
Die Atome der Nebengruppenelemente, auch Übergangsmetalle genannt, haben meist zwei Valenzelektronen. Sie unterscheiden sich in der Anzahl der Elektronen auf inneren Schalen.
Periodennummer = Schalenzahl
Die Atome der Elemente einer Periode haben dieselbe Schalenzahl. Sie unterscheiden sich in der VE-Zahl und sind chemisch nicht miteinander verwandt.
Periodische Eigenschaften
Periodische Eigenschaften nennt man Elementeneigenschaften, die sich im PSE gesetzmässig ändern. Die Gesetzmässigkeiten ergeben sich in der Regel aus dem Atombau.
Atomradien
Die Atomradien nehmen im PSE in der Gruppe nach unten zu, weil die Schalenzahl steigt.
Physikalische Eigenschaften v. Metallen
In festen Metallen bilden die Atome ein Metallgitter, dessen Eigenschaften die typischen Metalleigenschaften wie Leitfähigkeit und Verformbarkeit erklären.
Physikalische Eigenschaften v. Nichtmetallen
Die Atome der Nichtmetalle bilden meist Moleküle. Weil die Kräfte zwischen den Molekülen schwächer sind als die Kräfte zwischen den Metall-Atomen im Metallgitter, haben die meisten Nichtmetalle tiefere Schmelz-und Siedetemperaturen als die Metalle.
Chemische Vorgänge
Bei chemischen Vorgängen verändert sich die Hülle der Atome, die Atomkerne bleiben unverändert. Atome können Elektronen aufnehmen oder abgeben, wodurch Ionen entstehen. Die chemischen Eigenschaften der Elemente werden also bestimmt durch die Bereitschaft ihrer Atome, Elektronen aufzunehmen oder abzugeben.
Ionenbildung
Bei der Reaktion eines Metalls mit einem Nichtmetalle entsteht ein Salz. Die Metall-Atome geben ihr(e) Valenzelektron(en) ab und werden dabei zu positiven Ionen, die Nichtmetall-Atome nehmen Elektronen auf, sie ergänzen ihre Aussenschale auf acht und werden dadurch zu negativ geladenen Ionen. Entscheidend für das chemische Verhalten eines Elements ist also die Zahl und die Anziehung der Valenzelektronen im Atom.
Ionisierungsenergie
Die Anziehung der VE durch den Atomrumpf und damit die Höhe der Ionisierungsenergie nimmt in der Periode nach rechts zu (weil die Rumpfladung zunimmt) und innerhalb der Gruppe nach unten ab (weil der Atomradius zunimmt).
Metalle (chemische Eigenschaften)
Metall-Atome haben weniger VE und geben diese wegen ihrer geringeren Rumpfladung leichter ab als Nichtmetall-Atome. Elemente mit weniger als vier Valenzelektronen sind Metalle mit Ausnahme des Halbmetalls Bor. Die metallischen Eigenschaften sind umso deutlicher, je kleiner die Rumpfladung und je grösser der Atomradius. Sie nehmen also in der Periode nach rechts ab und in der Gruppe nach unten zu.
Nichtmetalle (chemische Eigenschaften)
Elemente mit vier oder fünf VE sind je nach Atomradius Nichtmetalle, Halbmetalle oder Metalle. Elemente mit sechs oder sieben VE sind mehrheitlich Nichtmetalle. Die nichtmetallischen Eigenschaften nehmen in der Periode nach rechts zu und in der Gruppe nach unten zu.
Halbmetalle (chemische Eigenschaften)
Die Halbmetalle stehen in ihren Eigenschaften und im Periodensystem an der Grenze zwischen Metallen und Nichtmetallen. Die Grenze verläuft im PSE vom obersten Element der dritten Gruppe diagonal nach rechts unten zum untersten Element der siebten Gruppe.
Stellung im PSE
Die Gruppenzugehörigkeit eines Elements und seine Stellung innerhalb der Gruppe ermöglichen Aussagen über viele seiner chemischen Reaktionen und über die Art der Verbindungen, die es mit Elementen anderen Gruppen bildet.
Alkalimetalle
Die Alkalimetalle (Gruppe I) sind sehr reaktionsfreudige Metalle mit geringer Härte, kleiner Dichte und tiefer Schmelz- und Siedetemperatur
Erdalkalimetalle
Erdalkalimetalle (Gruppe II) sind reaktionsfreudige Metalle, mit kleiner Dichte und tiefer Schmelz- und Siedetemperatur.
Halogene
Halogene (Gruppe VII) sind reaktionsfreudige Nichtmetalle, die in der Natur nicht elementar vorkommen. Fluor und Chlor sind bei RT gasförmig, Brom ist flüssig, Iod fest.
Edelgase
Edelgase (Gruppe VII) sind reaktionsträge Nichtmetalle. Sie sind bei RT gasförmig.
