UE1

Question 1

Mol

Answer 1

Das Mol ist die SI-Einheit der Stoffmenge. Sie dient unter anderem der Mengenangabe bei
chemischen Reaktionen. Ein Mol eines Stoffes enthält definitionsgemäß genau NA =
6,02214076 · 1023 Teilchen (Avogadro-Konstante). Dabei kann es sich um Atome, Moleküle
oder andere Teilchen handeln.

Question 2

molare Masse

Answer 2

Die molare Masse eines Stoffes ist der Quotient seiner Masse und seiner Stoffmenge: M =
m/n

Question 3

Dichte

Answer 3

Die Dichte eines Stoffes ist der Quotient seiner Masse und seines Volumens:  = m/V

Question 4

Massenkonzentration

Answer 4

Die Massenkonzentration eines Stoffes in einer Lösung ist die Masse des gelösten Stoffes
geteilt durch das Volumen der Lösung: c = m/V

Question 5

Stoffmengenkonzentration

Answer 5

Die Stoffmengenkonzentration eines Stoffes in einer Lösung ist die Stoffmenge des gelösten
Stoffes geteilt durch das Volumen der Lösung: c = n/V

Question 6

Massenanteil

Answer 6

Der Massenanteil eines Stoffes in einer Lösung ist die Masse des gelösten Stoffes geteilt
durch die Gesamtmasse der Lösung: w = mStoff / mgesamt
(Falls nur ein Stoff gelöst ist, gilt dabei: mgesamt = mStoff + mLösungsmittel)

Question 7

Stoffmengenanteil

Answer 7

Der Stoffmengenanteil eines Stoffes in einer Lösung ist die Stoffmenge des gelösten Stoffes
geteilt durch die Gesamtstoffmenge der Lösung: x = nStoff / ngesamt
(Falls nur ein Stoff gelöst ist, gilt dabei: ngesamt = nStoff + nLösungsmittel)

Question 8

Von den im Labor benötigten Säuren werden einige durch Verdünnen handelsüblicher
konzentrierter Lösungen hergestellt. Wichtige Beispiele sind:
a) verdünnte Salzsäure, c(HCl) = 2 mol/l
Welches Volumen der konzentrierten Lösung wird benötigt, um jeweils zwei Liter (V) der
verdünnten Lösungen herzustellen? Gehen Sie bei der Berechnung von folgenden
Massenanteilen aus
a) konzentrierte Salzsäure, w(HCl) = 32 %, Dichte  = 1,16 g/ml
Vorgehen?

Answer 8

1. molare Masse von HCl berechnen
2. c1 berechnen; c1 = 0,32 * Dichte/ molare Masse = g/l => *1000 = g/ml
3. c1 * V1 = V * c => nach V1 umstellen zu V1 = V*c / c1

Question 9

Nuklid

Answer 9

Ein Atom mit einer bestimmten Anzahl von Protonen und Neutronen im Kern. Es wird durch seine Massenzahl und Ordnungszahl charakterisiert (z. B. 12^C
6).

Question 10

Isotop

Answer 10

Nuklide desselben Elements mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenzahl (z.B. 12^C und 13^C
6 6

Question 11

Isobar

Answer 11

Nuklide unterschiedlicher Elementer mit gleicher Massenzahl, aber unterschiedlicher Protonen- und Neutronenzahl (z.B. 14^C und 14^N
6 7

Question 12

alpha-Zerfall

Answer 12

sendet radioaktiver Stoff a-Strahlen aus, muss sich Zahl der Protonen und Neutronen um jeweils zwei verringern => aus Atom des a-Strahlers entsteht Atom mit einer um 2 geringeren Kernladungszahl (Atom eines anderen Elements)

• Massenzahl verringert sich um 4
• Kernladungszahl um 2

Question 13

beta-Zerfall

Answer 13

sendet Isotop b-Strahlung aus, entsteht ein Isotop gleicher Massenzahl und einer um eins höheren Kernladungszahl

Question 14

Ordnungszahl

Answer 14

• Anzahl der Protonen im Atomkern
• auch Kernladungszahl genannt
• Ordnungszahl ist in neutralen Atomen identisch mit Anzahl der Elektronen in der Elektronenhülle

Question 15

Ausbeute

Answer 15

Die Ausbeute bezeichnet in der Chemie den Prozentsatz des tatsächlich erhaltenen Produkts (hier: Siliciumtetrachlorid, SiCl₄) im Vergleich zur theoretisch maximal möglichen Produktmenge (theoretische Ausbeute).

Die theoretische Ausbeute wird auf Basis der Reaktionsgleichung und der eingesetzten Edukte (hier Si und Cl₂) berechnet. In der Praxis liegt die tatsächliche Ausbeute häufig unter 100 %, da Verluste durch unvollständige Reaktionen, Nebenreaktionen oder Verluste bei der Verarbeitung auftreten können.

Question 16

Welche anschauliche Bedeutung haben die Quantenzahlen n, l und ml für die
Eigenschaften eines Atomorbitals?

Answer 16

Hauptquantenzahl n:
Gibt die Energie des Orbitals an.
Bestimmt die Größe des Orbitals.
Werte: n=1,2,3,…

Nebenquantenzahl l:
Gibt die Form des Orbitals an (s, p, d, f).
Werte: l=0 bis (n−1)
Zusammenhang mit Orbitaltypen:
l=0→s-Orbital,l=1→p-Orbital,…

Magnetische Quantenzahl mlml​:
Gibt die Ausrichtung des Orbitals im Raum an.
Werte: ml=−l bis +l (einschließlich 0)

Question 17

warum besetzen beim Kohlenstoff Atom im Grundzustand 2 Elektronen mit parallelem Spin 2 verschiedene p-Orbitale?

Answer 17

Hund´sche Regel: entartete - also energetisch gleichwertige - Orbitale gleichen Typs werden so besetzt, dass sich die maximale Anzahl ungepaarter Elektronen gleichen Spins ergibt

Question 18

warum ist die Elektronenkonfiguration von Beryllium im Grundzustand 1s^2 2s^2 und nicht 1s^2 2s^1 2p^1?

Answer 18

Energieprinzip: die Orbitale eines Atoms in seinem Grundzustand werden in der Reihenfolge ihrer Energien mit Elektronen besetzt.

=> Besetzung des energiehöheren Orbitals (p) erfordert mehr Energie im Vgl. zur Spinpaarungsenergie, welche die elektrostatische Abstoßung 2er Elektronen in einem Orbital ausdrückt, die aufgrund des Teilen des begrenzten Orbitalraumes entsteht

Question 19

Chrom ist ein Element der sechsten Nebengruppe. Es sollte demnach die Elektronen-
konfiguration s2d4 haben. Die beobachtete Elektronenkonfiguration ist jedoch s1d5.
Erklären Sie dies!

Answer 19

Hund´sche Regel
energieärmste Zustand wird erreicht durch parallelem Spin

Question 20

Warum ist der Ionenradius eines Kations immer kleiner als der Atomradius des
neutralen Elements?

Answer 20

1. Elektronenverlust bei der Kationbildung:Ein Kation entsteht, wenn ein Atom ein oder mehrere Elektronen abgibt. Dadurch verringert sich die Anzahl der negativen Elektronen in der Hülle, während die positive Ladung des Kerns unverändert bleibt.
   Weniger Elektronen bedeuten weniger elektronische Abstoßung, sodass sich die verbleibenden Elektronen näher an den Kern ziehen lassen.
2. Erhöhte effektive Kernladung:Die gleiche Kernladung wirkt jetzt auf weniger Elektronen.
   Die Anziehungskraft des positiv geladenen Kerns auf die verbleibenden Elektronen steigt, was die Elektronenhülle kompakter macht.
3. Wegfall einer Elektronenschale (bei manchen Kationen):Wenn ein Atom aus der äußeren Schale (Valenzschale) Elektronen verliert, wird diese Schale vollständig entfernt.
   Dadurch schrumpft das Ion zusätzlich, da es weniger Schalen besitzt.

Question 21

Kation

Answer 21

ist ein positiv geladenes Ion. Ionen sind Atome, die eine Ladung tragen. Ungeladene Atome haben eine gleiche Anzahl an Protonen und Elektronen. Hat das Atom ein oder mehrere Elektronen weniger als Protonen vorhanden sind, entsteht eine positive Ladung. Das vorliegende Teilchen ist jetzt also ein Kation.

Ein Kation entsteht, wenn ein Atom oder ein Molekül Elektronen abgibt oder Protonen aufnimmt

Question 22

Warum sind Anionen immer größer als die Neutralelemente, von denen sie sich
ableiten?

Answer 22

1. Elektronengewinn bei der Anionbildung:Ein Anion entsteht, wenn ein Atom ein oder mehrere Elektronen aufnimmt.
   Die zusätzliche negative Ladung führt zu stärkeren elektronischen Abstoßungen zwischen den Elektronen in der Hülle.
2. Verringerte effektive Kernladung:Obwohl die Anzahl der Protonen (positive Ladung) im Kern gleich bleibt, steigt die Anzahl der Elektronen.
   Die Kernanziehung pro Elektron nimmt ab, da die Protonen auf mehr Elektronen verteilt wirken müssen, wodurch die Hülle größer wird.
3. Ausdehnung der Elektronenhülle:Die zusätzlichen Elektronen besetzen die äußere Schale und erhöhen den Platzbedarf durch stärkere Abstoßungen.
   Dies führt zu einer Ausdehnung der Elektronenhülle und somit zu einem größeren Ionenradius.

Question 23

Warum ändert sich die Ionisierungsenergie mit steigender Ordnungszahl periodisch?

Answer 23

Zunahme der Kernladung (Protonenzahl):
Mit steigender Ordnungszahl nimmt die Anzahl der Protonen im Kern zu. Dadurch werden die Elektronen stärker vom Kern angezogen, was die Ionisierungsenergie innerhalb einer Periode erhöht.

Schalenstruktur der Elektronen:
Innerhalb einer Gruppe besetzen Elektronen sukzessive äußere Schalen. Der größere Abstand zum Kern und die Abschirmung durch innere Elektronen reduzieren die Anziehungskraft auf die Valenzelektronen, wodurch die Ionisierungsenergie abnimmt.

Periodizität durch Auffüllen von Unterschalen:
Innerhalb einer Periode füllen sich Orbitale (z. B. s- oder p-Orbitale). Die Ionisierungsenergie nimmt meist von links nach rechts zu, da der Atomradius kleiner wird und die Elektronen stärker gebunden sind.

Stabile Elektronenkonfigurationen:
Voll oder halb gefüllte Schalen sind besonders stabil (z. B. bei Edelgasen oder halb gefüllten p-Orbitalen). Dadurch sind die Ionisierungsenergien dieser Elemente ungewöhnlich hoch, etwa bei Neon im Vergleich zu Natrium.

Unregelmäßigkeiten durch Elektronenpaarung:
Bei Elektronenpaarung im gleichen Orbital (z. B. von Stickstoff zu Sauerstoff) erhöht die Abstoßung zwischen gepaarten Elektronen die Leichtigkeit der Entfernung. Dies führt zu einer unerwartet niedrigeren Ionisierungsenergie.

Question 24

erste Ionisierungsenergie

Answer 24

Energie, die aufgewendet werden muss, um ein Elektron aus dem äußersten besetzten Orbital eines gasförmigen Atoms X zu lösen und das entstandene Ion und Elektron enendlich weit voneinander zu entfernen

Question 25

Was versteht man unter der Gitterenergie eines Ionenkristalls?

Answer 25

Definition:
- ist ein Maß für die Stärke der Bindungskräfte zwischen den entgegengesetzt geladenen Ionen in einem Ionenkristall.
- Gitterenergie ist stets exotherm bei der Bildung des Gitters (Energie wird freigesetzt) und endotherm, wenn das Gitter aufgebrochen wird.

• Gitterenergie ist die Energie, die freigesetzt wird, wenn sich gasförmige Ionen zu einem festen Ionenkristall verbinden, oder die benötigt wird, um das Gitter zu zerlegen.
• Sie hängt von der Ionenladung (höhere Ladung = höhere Gitterenergie) und dem Ionenradius (kleinere Ionen = höhere Gitterenergie) ab.
• Eine stabile Kristallstruktur hat eine hohe Gitterenergie und sorgt für feste Bindungskräfte.
• Sie beeinflusst die Schmelz- und Siedepunkte: Höhere Gitterenergien führen zu höheren Temperaturen.
• Hohe Gitterenergie macht ein Salz schwerer löslich, da mehr Energie benötigt wird, um das Gitter zu zerstören.

Question 26

Wie hängt die Gitterenergie vom gegenseitigen Abstand der Ionen und von der Ladung
der Ionen ab?

Answer 26

Ionenladung:

Höhere Ionenladung bedeutet stärkere elektrostatische Anziehung zwischen den entgegengesetzt geladenen Ionen.
Gitterenergie steigt proportional zum Produkt der Ladungen (q1⋅q2q1​⋅q2​) der Ionen.

Ionengröße (Abstand der Ionen):

Kleinere Ionen führen zu einem geringeren Abstand zwischen den Ionen.
Geringerer Abstand erhöht die Anziehungskraft und damit die Gitterenergie.

Coulomb-Gesetz:

Die Gitterenergie hängt direkt von der Ladung der Ionen und umgekehrt proportional vom Abstand der Ionen ab:
EGitter∝q1⋅q2r
EGitter​∝rq1​⋅q2​​

Anziehungskraft:

Höhere Ladung und kleinerer Abstand verstärken die elektrostatische Kraft zwischen den Ionen, wodurch mehr Energie freigesetzt wird.

Zusammenhang:

Hohe Ionenladung und geringer Ionenradius führen zu einer stabileren Kristallstruktur mit hoher Gitterenergie.