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8/9/2019 Grundwissen Chemie Gut
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Berufliche Oberschule Bad Tlz
Grundwissen
ChemieEine Zusammenfassung des chemischen Grundwissens, auf dem derChemieunterricht der Klassen 11 (Fachoberschule) und 12 (Berufsoberschule)aufbaut.
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INHALT
Vorwort 3
1 Grundbegriffe und Stoffeinteilung 4
1.1 Chemie als exakte Naturwissenschaft 4
1.2 Stoffe, Gemische, Verbindungen und Elemente 4
1.3 Stoffeigenschaften und Aggregatszustnde 5
1.4 Physikalische und chemische Vorgnge 6
2 Aufbau der Materie 8
2.1 Modellvorstellung 8
2.2 Teilchenvorstellung und Atommodell nach Dalton 8
2.3 Atommodell nach Rutherford 8
2.4 Elementarteilchen 9
3 Chemische Grundgesetze 10
3.1 Gesetz der Massenerhaltung 10
3.2 Gesetz der konstanten Massenverhltnisse 10
4 Die Sprache der Chemie 10
4.1 Elementsymbole 104 1 1 Indizes vor dem Elementsymbol 11
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VORWORT
Eine Schwierigkeit des Chemieunterrichts an der Beruflichen Oberschule ist die sehrunterschiedliche Vorbildung bzw. der aktive Wissensstand der Schlerinnen und Schler. Mitdieser Zusammenfassung soll eine Hilfe zur Wissensauffrischung und ergnzung gegebenwerden. Die hier behandelten Grundlagen der Chemie (insbesondere Kapitel 1 bis 4) werdenzum Schuljahresbeginn in den Klassen FOS 11 und BOS 12 je nach Ausbildungsrichtung in
kompakter Form als Einfhrung besprochen.
Dieses Kompendium soll auch helfen, die Grundlagen fr die naturwissenschaftliche Bildungder Absolventen der Beruflichen Oberschule zu festigen.
Alle, die dieses kleine Kompendium durcharbeiten, werden ermuntert, beiVerstndnisproblemen nachzufragen. Manche Beispiele zur Verdeutlichung des jeweiligen
Wissensgebietes sollen auch die Neugierde wecken und Anregungen geben.
Die Zusammenfassung des Grundwissens Chemie ersetzt kein Lehrbuch der Chemie z.B. fr dieSekundarstufe I (Realschule, Gymnasium) und die fr die Berufliche Oberschule zugelassenenChemiebcher. Auf die im Buchhandel erhltlichen Stoffzusammenfassungen sei hingewiesen,z.B. 1/ 2/ 3/ 4.
D G d i bild t d F d t f Th i
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1 Grundbegriffe und Stoffeinteilung
1.1 Chemie als exakte Naturwissenschaft
Die Chemie als exakte Naturwissenschaft ist die Lehre von Stoffen und der nderung vonStoffen durch chemische Reaktionen. Fragestellungen und Problemlsungen werden durchExperimente und Messungen gelst oder knnen aufgrund der vorhandenen Erkenntnissenachprfbar erklrt werden.
Die Chemie unterteilt sich wie jede moderne Wissenschaft in Teildisziplinen wie dieAnorganische Chemie, Organische Chemie, Analytische Chemie, Physikalische Chemie,Theoretische Chemie, Technische Chemie, Biochemie, Lebensmittelchemie, PharmazeutischeChemie u.v.m.
1.2 Stoffe, Gemische, Verbindungen und Elemente
Chemische Stoffe (umgangssprachlich auch als Substanzen bezeichnet) sind durch ihre
physikalischen und chemischen Eigenschaften eindeutig charakterisiert. Sie liegen alsReinstoffe (Elemente oder Verbindungen) oder als Gemische vor.
Reinstoffe sind entweder chemische Verbindungen oder Elemente. Gemische bestehen ausverschiedenen Reinstoffen und knnen durch geeignete Verfahren aufgetrennt werden.
Gemische knnen heterogen(uneinheitlich) oder homogen (einheitlich) sein.
Beispiele fr heterogene Stoffgemische:Erde, Sand in Wasser, Staub in der Luft, Nebel, Milch (Emulsion).
B i i l f h St ff i h
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1.3 Stoffeigenschaften und Aggregatszustnde
Jeder Stoff ist durch seine Eigenschaften charakterisiert. Man spricht von Stoffeigenschaften
(oder auch Kenneigenschaften oder stoffspezifischen Eigenschaften) und unterteilt imWesentlichen in physikalische, chemische und physiologische Eigenschaften:
PhysikalischeStoffeigenschaften (Beispiele)
ChemischeStoffeigenschaften
PhysiologischeStoffeigenschaften
Aggregatszustand beibestimmten Temperaturen
o Schmelztemperatur
o Siedetemperatur
Energien zur nderung einesAggregatszustandes (Schmelz-
bzw. Siedeenthalpie, um-
gangssprachlich Schmelz- bzw.Siedewrme)
Farbe
DichteViskositt (=Zhigkeit eines Stoffes)
Wrmeleitfhigkeit
elektr. Leitfhigkeit
Wrmekapazitt
Lslichkeit
magnetische Eigenschaften
h h f
Reaktivitt gegenberanderen Stoffen z.B.
o Brennbarkeit
o Explosionsgrenzen
o Korrosionsbestndigkeit
o Lsemittelbestndigkeit
Energienumstze z.B.
o bei chemischen Reaktionen(z.B. bei der Verbrennung)
o beim Lsen (z.B. Salze in
Wasser)
Gleichgewichtskonstanten
einer chemischen Reaktion
Geruch
Geschmack
Toxizitt (= Giftigkeit)auf den Menschen,
Tiere und Pflanzen
und anderebiologische
Eigenschaften
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Bei den Zustandsnderungen fest flssig gasfrmig muss Energie dem Stoff bzw.Gemisch (man spricht auch ganz allgemein von einem System) zugefhrt werden. Umgekehrt
muss bei den bergngen von gasfrmig flssig fest Energie abgefhrt werden. DieZustandsnderungen geschehen laufend um uns herum im tglichen Leben. Dies gilt auch frdie Sublimation bzw. Resublimation (Zustandsnderung fest/gasfrmig bzw. gasfrmig/fest).Beispiel: Trocknen einer gefrorenen Strae (= sublimieren) und Raureifbildung(=resublimieren).
1.4 Physikalische und chemische Vorgnge
Physikalische Vorgngeverndern die uere Form oder den Aggregatszustand, aber nicht dieSubstanz (= chemischer Stoff). Durch physikalische Vorgnge kann man Stoffgemische trennenoder neue Gemische herstellen bzw. aus Gemischen Reinstoffe abtrennen und umgekehrt ausverschiedenen Reinstoffen Stoffgemische herstellen. Beispiele fr die Trennung vonGemischen:
Ausgangsstoff bzw.
Stoffgemisch
Physikalischer Vorgang Beispiel
Gemisch aus verschiedenenFeststoffen
Sieben
(= Abtrennen aufgrund
unterschiedlicher Gre mit Sieben)
magnetische Trennung
(= Abtrennung von magnetisierbarenStoffen aus einem Gemisch)
Sand- und Kiesaufbereitung
Entfernen von Klumpen ausMehl o..
Entfernen von Eisenteilen auseiner Pulvermischung
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Beispiele fr die Mischung von Reinstoffen oder Stoffgemischen zu einem neuen Gemisch:
Ausgangsstoffe Physikalischer Vorgang Beispiel
Flssigkeiten, die sich in-einander lsen (homogenesGemisch)
Mischendurch Rhren
(oder Schtteln)
Alkohol in Wasser
2 wssrige Lsungen
Duft- oder Aromastoffe inAlkohol (Parfum, Aroma-essenzen)
Flssigkeiten, die sich in-einander nicht lsen(heterogenes Gemisch)
= Emulsion
Mischendurch intensivesRhren, ein Stoff wird einemanderen Stoff fein verteilt
Milch (Fette in Wasser)Bodylotion und alle milchigenKosmetika und Krperpflege-mittel, viele Cremes (sog. l-in-Wasser-Emulsionen)
Salben (=Wasser-in-l-Emulsionen)
viele Klebstoffe
Feststoffe in einer Flssigkeitlsen (homogenes Gemisch)
Lsendurch Rhren undnotfalls Erwrmen
Salzwasser
Zuckerwasser
Feststoff in einer Flssigkeitgleichmig verteilen
(heterogenes Gemisch)
S i Di i
Dispergierendurch intensivesRhren oder Schtteln
Sand in Wasser
Scheuermilch
Farben und Lacke
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2 Aufbau der Materie
2.1
ModellvorstellungFr das Verstndnis von Naturphnomenen oder schwer durchschaubaren Vorgngen ist es ofthilfreich oder gar notwendig, sich eine Modellvorstellung zu erarbeiten. Das (Denk-)Modelldient der
Veranschaulichung komplexer Zusammenhnge,
Erklrung komplizierte Sachverhalte,
Vorhersagevon Vorgngen oder Phnomen.
Wir kennen Modellvorstellungen, aber auch anfassbare Modelle, ebenso in anderenDisziplinen als in der Chemie. Mastabsgetreue Modelle werden zur Veranschaulichung oderbesseren Handhabung oder zum Spielen gebaut. Wettervorhersagen und Klimavernderungenbasieren auf sehr komplexen Modellvorstellungen. Zur Berechnung oder auch zur Vorhersagewerden in der Wissenschaft und Technik mathematische Modelle, also ein Systemmathematischer Gleichungen, verwendet. Allen ist gemeinsam, dass das Modell vereinfacht,die Wirklichkeit nie ganz richtig, aber auch nicht falsch erklrt bzw. beschreibt. UnwichtigeAspekte werden weggelassen. Die Aufgabenstellung bestimmt, wie einfach oder genau einModell sein muss.
2.2 Teilchenvorstellung und Atommodell nach Dalton
Schon in der Antike vor 2500 Jahren nahm Demokrit (460340 v.Chr.) an, dass die Materieaus kleinsten unteilbaren Teilchen Atomen besteht (griech: atomos = unteilbar) besteht.Die Anhnger seiner Lehre wurden als Atomisten bezeichnet. Im Mittelalter und der frhen
N i d di b l i i d f iff D E l d J h D lt
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Die Erkenntnisse der Streuversuche fhrten zum Rutherfordschen Atommodell:
Atome bestehen aus einem Kern und einer Hlle. Sie sind sehr klein und grtenteils
hohl.
Atome bestehen aus einem masseerfllten positiv geladenen Kern (> 99,9 %), der
allerdings nur sehr geringes Volumen hat. Die Hlle ist negativ geladen und fast
masselos, macht jedoch das gesamte Volumen aus.
Rutherford schtzte den Durchmesser des Atomkern auf 10-14
m und den des Atoms auf
10-10
m ( 1/10000000000 m, d.h. ein Zehnmilliardstel Meter oder ein Zehnmillionstel
Millimeter)
Z V h li h W d K d D h i Ki h h h di
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Das Atom eines Elementes enthlt immer die gleiche Zahl an positiven Protonen undnegativen Elektronen, d.h. es ist nach auen hin elektrisch neutral.
Beispiele: Das Edelgas Helium hat im Kern 2 Protonen, 2 Neutronen und auf der Hlle 2 Elektronen.
Das Element Phosphor enthlt im Kern 15 Protonen und 16 Neutronen und auf der Hlle 15Elektronen.
3 Chemische Grundgesetze
3.1
Gesetz der MassenerhaltungDie fr uns heute selbstverstndliche Aussage der Erhaltung der Masse wurde im 18.Jahrhundert (Antoine Lavosier 1785)als ein naturwissenschaftliches Gesetz postuliert und war frdie damalige Zeit ein Durchbruch. Bis dahin war man der Auffassung, dass z.B. bei derVerbrennung Masse verschwindet und beim Pflanzenwachstum Masse entsteht. Das Gesetzder Massenerhaltung (auch Massenerhaltungssatzgenannt) besagt:
Bei jeder chemischen Reaktion bleibt die Gesamtmasse erhalten.
Mit anderen Worten: Die Masse der bei einer chemischen Reaktion eingesetztenAusgangsstoffe muss gleich der Masse der Reaktionsprodukte sein. Es kommt also bei einerchemischen Reaktion nur zu einer Umgruppierung der Atome. Zum Verstndnis:
Stellt man eine brennende Kerze auf eine Waage, so nimmt die Masse der Kerze ab. Masse
verschwindet allerdings nicht, sondern es entstehen gasfrmige Verbrennungsprodukte, die nicht
gewogen werden. Kerzenwachs verbrennt zu Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf. Wenn man
di V h j d h i i hl S d hfh d h di V b
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Elementsymbole gelten weltweit und werden auch in den Lndern verwendet, die andere alsdie lateinischen Buchstaben verwenden (z.B. griechisch, kyrillisch, arabisch, chinesisch). Die
Elementnamen und die Elementsymbole haben entweder sehr alte Sprachwurzeln oder sindzur Ehrung herausragender Wissenschaftler gewhlt worden5.
4.1.1 Indizes vor dem Elementsymbol
Man kann und oft ist es notwendig vor dem Elementsymbol durch einen tiefgestelltenIndex die Zahl der Protonen (= Ordnungszahl, auch Kernladungszahlgenannt) und durch einenhochgestellten Index die Zahl der Protonen und Neutronen (= Massenzahl, auchNukleonenzahlgenannt) angeben.
Massenzahl
ElementsymbolOrdnungszahl
Erklrung zum Beispiel: Kohlenstoff hat dasElementsymbolCund eine Kernladungszahl(=Ordnungszahl) von 6, d.h. 6 Protonen im Kern und 6Elektronen in der Hlle. Die Massenzahl von 12sagt,dass im Kern noch 6 Neutronen vorhanden sind.
i hl ( ) i h h d l i 6 i
C12
6Beispiel Kohlenstoff
Nukleonenzahl
ElementsymbolKernladungszahl
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Man errechnet aufgrund ihres Vorkommens eine durchschnittliche Massenzahl aus. Dies istdie Ursache fr Massenzahlen mit Dezimalstellen nach dem Komma.
Beispiel 1: Fr Chlor gibt es 2 Isotope35
Cl (ca. 75 %, 17 Protonen und 18 Neutronen) und37
Cl (25 %,17 Protonen und 20 Neutronen). In Tabellen oder im Periodensystem findet man dann dieMassenzahl von 35,5 (einfach zu errechnen).
Cl35
17
Chlor Cl5,3517
Cl37
17
Beispiel 2: Auch Wasserstoff hat 3 Isotope. Zu > 99 % haben Wasserstoffatome im Kern nur 1 Proton.Es gibt noch 1 Isotop (Deuterium), in dem im Kern sich 1 Proton und 1 Neutron befindet,und das Isotop Tritium mit 1 Proton und 2 Neutronen im Kern.
Wasserstoff H008,1 1 H1
1 99,99 %
(Wasserstoff)
)Deuterium(DH 212
1 0,01 %
(schwerer Wasserstoff)
)Tritium(TH 313
1 < 10-5%
(berschwerer Wasserstoff)
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1 Wasserstoff H 11 Natrium Na 21 Scandium Sc
2 Helium He 12 Magnesium Mg 22 Titan Ti
3 Lithium Li 13 Aluminium Al 23 Vanadium V
4 Beryllium Be 14 Silicium Si 24 Chrom Cr
5 Bor B 15 Phosphor P 25 Mangan Mn
6 Kohlenstoff C 16 Schwefel S 26 Eisen Fe
7 Stickstoff N 17 Chlor Cl 27 Cobalt Co
8 Sauerstoff O 18 Argon Ar 28 Nickel Ni
9 Fluor F 19 Kalium K 29 Kupfer Cu
10 Neon Ne 20 Calcium Ca 30 Zink Zn
4.2 Chemische Formeln
4.2.1 Molekl und Ion
Moleklesind die kleinste Einheit einer Verbindung, in der die Atome von zwei oder mehrerenElementen verbunden sind.
Es gibt aber auch Elemente, deren kleinste Teilchen aus Moleklen bestehen, d.h. gleiche
b ld d l k l
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2. Wie viele Atome eines Elementes enthlt das Molekl?
Dazu verwendet man einen tiefgestellten Index nach dem Element (wenn nur ein Atom
eines Elementes enthalten ist, wird kein Index angegeben).3. Kommt eine bestimmte Atomgruppe mehrfach vor, so wird sie in Klammer
geschrieben und durch eine tiefgestellte Indexzahl nach der Klammer angegeben, wieoft diese Atomgruppe in der Verbindung vorkommt.
Beispiele:
Verbindung Summenformel Erklrung der Formel
Wasser H2O Das Wassermolekl besteht aus 2 H-Atomen und
einem O-Atom
Sauerstoff (molekular) O2 Das Sauerstoffmolekl, wie es in der Luft
vorkommt, besteht aus 2 O-Atomen
Methan CH4 Das Methanmolekl besteht aus 1 C-Atom und 4H-Atome.
Ammoniak NH3 Das Ammoniakmolekl besteht aus 1 N-Atom
und 3 H-Atomen.Hydrazin N2H4 Das Hydrazinmolekl beteht aus 2 N-Atomen und
4 H-Atomen.
Neben den Summenformeln arbeitet man in der Chemie auch mit Gruppen- undStrukturformeln. Daraus kann man erkennen, wie die Atome miteinander verbunden sind. Siegeben auch erste Informationen zur rumlichen Struktur. Die Anordnung der Elemente in einerSummenformel ist klar geregelt. Man nennt dies auch die Nomenklatur, die auf der ganzen
l l h d h h h d f l
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4.3 Chemische Namensgebung (Nomenklatur)
Fr viele chemische Verbindungen gibt es sogenannte Trivialnamen (frei bersetzt
Alltagsnamen), die oft ihren Ursprung in der frheren Verwendung haben als Chemie nochkeine exakte Naturwissenschaft war. Daneben gibt es chemische bzw. systematische Namen,aus denen man die Zusammensetzung der Verbindung oder erste Informationen zu derStruktur der Verbindung entnehmen kann.
Wenn man in dem Namen etwas zur Anzahl der Atome eines Elementes oder einer Gruppesagen mchte, greift man auf die griechische Zahlwrter mono, di, tri, tetra, pentausw. alsVorsilben zurck. Metalle werden vor Nichtmetallen angegeben.
Beispiele:Trivialnamen Systematischer Name Forme
tznatron Natriumhydroxid NaOH
Salmiakgeist Ammoniak (oder wssrigeLsung von Ammoniak)
NH3
Quarz Siliciumdioxid SiO2
Pottasche Kaliumcarbonat K2CO3
Kochsalz Natriumchlorid NaCl
gelschter Kalk, Kalkmilch Calciumhydroxid Ca(OH)2
Die Liste liee sich nahezu endlos fortfhren, gerade wenn man Mineralien und vieleNaturstoffe und Arzneiwirkstoffe betrachtet.
4.4 Reaktionsgleichungen
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1. Wortgleichung formulieren
Wasserstoff + Sauerstoff Wasser
2. Stoffe durchFormeln ersetzen
H2 + O2 H2O
3. Jeder Stoff in der Formel erhlt vor der Summenformel einen unbekanntenKoeffizienten
aH2 + bO2 cH2O
4. Frjede Atomsorte(= Element) muss die Bedingung erfllt sein:
Atomzahl der Edukte (vor der Reaktion) = Atomzahl der Produkte (nach der Reaktion)
(Dazu multipliziert man den Koeffizienten mit dem Index in der Summenformel)
Wasserstoff: a.2 = c
.2 bzw. 2a = 2c
Sauerstoff: b.
2 = c bzw. 2b = cJetzt setzt man einen Koeffizienten gleich 1, z.B. a, dann ergibt sich:
Wasserstoff 2 = 2c c = 1
Sauerstoff b = c/2 b = 0,5
5. Koeffizienten in die Gleichung einsetzen und auf kleinste ganzzahlige Verhltnissebringen
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In Anhang zu diesem Kompendium sind in einem Arbeitsblatt 15 Reaktionsgleichungenaufgefhrt, die ausgeglichen werden mssen. Es fehlen immer mindestens ein
Reaktionsprodukt, Wasser oder Kohlenstoffdioxid. Fr das Ausgleichen von Reaktions-gleichungen gilt auch: bung macht den Meister .
5 Quantitative berlegungen in der Chemie
5.1 Der BegriffMasse
Die Masse ist eine Eigenschaft der Materie und eine physikalische Grundgre. IhreinternationaleEinheit ist dasKilogramm.Sie ist eine der sieben Basisgren im internationalenGrensystem (Grundlage der SI-Einheiten). Im allgemeinen Sprachgebrauch wird die Massehufig als Gewicht bezeichnet. Deswegen wird immer noch vom Atomgewicht oder demMolekulargewichtgesprochen. Wir sprechen ber unser Gewicht oder die Gewichtsprobleme,jedoch nie ber Probleme mit unserer Masse. Auch im angelschsischen Sprachgebrauch wirdvon weight und weniger von mass gesprochen.
5.2
AtommasseSchon Dalton erkannte, dass Element unterschiedlich schwer sind, also unterschiedlicheMassen haben. Sie knnte in g oder kg angegeben werden. Die Zahlen sind winzig klein unddaher unpraktisch wie in Kapitel 2.4. dargestellt. Wenn man mit der atomaren Masseneinheitarbeitet, sind die Atommassen nur ein Vielfaches von u. Richtigerweise spricht man auch vonder relativen Atommasse.
Die Atommasse gibt an, wievielmal grer die Masse des jeweiligen Atoms als 1/12 der Masseeines Kohlenstoffatoms ist (richtiger: Kohlenstoffisotop). Dieses Kohlenstoffatom hat im Kern 6
http://de.wikipedia.org/wiki/Materiehttp://de.wikipedia.org/wiki/Physikalische_Gr%C3%B6%C3%9Fen_und_ihre_Einheiten#Grundgr.C3.B6.C3.9Fenhttp://de.wikipedia.org/wiki/Ma%C3%9Feinheithttp://de.wikipedia.org/wiki/Kilogrammhttp://de.wikipedia.org/wiki/Gewichthttp://de.wikipedia.org/wiki/Gewichthttp://de.wikipedia.org/wiki/Protonhttp://de.wikipedia.org/wiki/Neutronhttp://de.wikipedia.org/wiki/Neutronhttp://de.wikipedia.org/wiki/Protonhttp://de.wikipedia.org/wiki/Gewichthttp://de.wikipedia.org/wiki/Kilogrammhttp://de.wikipedia.org/wiki/Ma%C3%9Feinheithttp://de.wikipedia.org/wiki/Physikalische_Gr%C3%B6%C3%9Fen_und_ihre_Einheiten#Grundgr.C3.B6.C3.9Fenhttp://de.wikipedia.org/wiki/Materie -
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5.4 Molare Masse und Stoffmenge
Die Massenangaben mit der atomaren Masseneinheit fhren zu so kleinen Zahlenwerten, mit
denen man in der Praxis (z.B. im Labor) nicht arbeiten kann.Wenn Kohlenstoff eine Atommasse von 12u hat (= 12 mal 1,6606 10-24g), wie viele Atome(Teilchen) ergeben dann 12 g? Es sind 6,022 1023 Teilchen. Diese Teilchenzahl ergibt sichimmer, wenn man von der atomaren Masseneinheit auf eine fr vernnftige Masse in gkommen mchte. Man kann dies einfach nachprfen: Man multipliziert die atomareMasseneinheit mit der genannten Teilchenzahl. Es ergibt sich der Wert von 1.
Man hat aufgrund dieser berlegungen den Begriff Stoffmenge n mit der Einheit mol
eingefhrt.
Ein Mol einer Verbindung oder eines Elementes enthlt immer 6,022 1023 Teilchen(Molekle oder Atome).
Ein Mol einer Verbindung oder eines Elementes entspricht der Moleklmasse oderAtommasse ausgedrckt in Gramm.
Die auf die Stoffmenge von 1 mol bezogene Molekl- bzw. Atommasse wird als molare
Masse Mbezeichnet und in g/molangegeben.Die Zahl von 6,022 1023/molwird mit Avogadrosche Zahl NAgenannt.
(manchmal auch Loschmidtsche Zahl)
Die Stoffmenge ist einer der sieben Basisgren im internationalen Grensystem (Grundlageder SI-Einheiten).
Zum besseren Verstndnis setzen wir in die Tabelle aus Kapitel 5.3 das Mol ein und erhalten:
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In Worten: Dividiert man die Teilchenzahl N(X) einer bestimmten Masse von X (=Stoffportion) durch die Avogadrosche Zahl NA, so erhlt man die Stoffmenge
n(X).
Stellt man die Gleichung nach N(X) um,
so kann man errechnen, wie viele Wassermolekle in 15 mol Wasser aus obigen Beispielenthalten sind, nmlich 15 6,0221023. Schnell wird klar, welche Vereinfachung die Einfhrung
der Stoffmenge in das chemische Rechnen bedeutet.
Die dritte wichtige Beziehung ergibt sich aus der Erkenntnis, dass die Stoffmenge von 1 moleines gasfrmigen Stoffes (als ideales Gas) unter den sogenannten Normalbedingungen(1013,25 mbar =hPa, 0 C = 273 K) immer ein Volumen von 22,4 l/molhat. Man bezeichnetdieses Volumen als molares Volumen Vm. Daraus ergibt sich:
(3) wobei n(X) die Einheit mol hat, V(X) ein Gasvolumen des Stoffes X in Litern beiNormalbedingungen ist und Vmdas molare Volumen von 22,4 l/mol
In Worten: Dividiert man das Volumen eines Gases (Normalbedingungen) durch dasmolare Volumen, so erhlt man die Stoffmenge des Gasvolumens.
Beispiel: Ein Luftballon enthlt (umgerechnet auf Normalbedingungen) 30 l Helium.Welcher Stoffmenge entspricht dieses Volumen?
ANXnXN )()(
mV
XV
Xn
)()(
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5.6 Rechnen mit der Stoffmenge
Mit den Gleichungen (1) bis (3) und der molaren Stoffkonzentration knnen schon eine
Vielzahl von Aufgabenstellungen in der Chemie z.B. in der Analytik berechnet werden. Dazumssen die Gleichungen umgestellt oder ineinander gesetzt werden. Dazu ein Beispiel:
Gleichung (2) wird in Gleichung (1) eingesetzt:
Durch Umstellen der Gleichung erhlt man
Da der Quotient m/V die Dichte ist, so ergibt sich in g/l = g/dm = kg/m die ideale Gasdichtedes Stoffes X bei Normalbedingungen:
Beispiel: Sauerstoff liegt in der Luft als Molekl vor, das aus 2 Sauerstoffatomen besteht (O 2).die molare Masse M(O2) betrgt 32 g/mol (= 2 mal 16 g/mol). Dividiert man nun die molare Massedurch das molare Volumen Vm von 22,4 l/mol, so erhlt man eine ideale Gasdichte frSauerstoff von 1,43 g /l bzw. kg/m.
mV
XV
XM
XmXn
)(
)(
)()(
mV
XM
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)(
)(
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XMX
)()(
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b) Luft ist ein homogenes Gemischund besteht aus verschiedenen Reinstoffen.
Bestandteil Vol.%
Stickstoff 78,08
Sauerstoff 20,95
Argon 0,93
Kohlendioxid 0,034
Andere Edelgase 0,0025Andere Reinstoffe (z.B. Spuren
von Wasserstoff, Methan)
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Anhang
7.1 Arbeitsblatt Reaktionsgleichungen
2 Seiten mit 15 Beispielen
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Berufliche Oberschule Bad Tlz, Dr. B. Schtze [2] Seite 23 von 28
Ziel dieses Arbeitsblattes ist es, das Ausgleichen von Reaktionsgleichungen zu ben, damit auf der linken Seite (Ausgangstoffe) und der rechten Seite(Produkte) des Reaktionspfeiles die gleiche Zahl an Atomen der jeweiligen Elemente stehen.Fr diese bung ist es unerheblich, ob die Reaktionen einen Katalysator bentigen und ob die Raktion exotherm oder endotherm ist oder um welcheVerbindungstypen es sich bei den Ausgangsstoffen und Reaktionsprodukten handelt. Es fehlen in den Reaktionsgleichungen meist Wasser oderKohlenstoffdioxid.
1. Kalkbildung: Calciumhydrogencarbonat setzt sich zu dem wasserunlslichen Calciumcarbonat um (Kalksteinbildung)
Ca(HCO3)2 CaCO3 + + CO2
2.Entkalkung: Calciumcarbonat wird mit einer Sure in ein wasserlsliches Salz umgesetzt (hier mit Salzsure zu Calciumchlorid)
CaCO3 + HCl CaCl2 + + CO2
3. Neutralisatonvon Schwefelsure mit Natronlauge (Natriumhyxdroxid) zu Natriumsulfat (Glaubersalz)
H2SO4 + NaOH Na2SO4 +
4. Neutralisation von Salpetersure mit Calciumhydroxid (gelschter Kalk) zu Calciumnitrat
HNO3 + Ca(OH)2 Ca(NO3)2 +
5. Neutralisation von Calciumphosphat mit Schwefelsure zu Calciumsulfat und Calciumdihydrogenphosphat(die Mischung aus Ca-Sulfat und Ca-dihydrogenphosphat wird als Kunstdnger "Superphosphat" bezeichnet)
Ca3(PO4)2 + CaSO4 + Ca(H2PO4)2
6. Reduktionvon Eisenerz (Eisenoxid) mit Kohlenstoffmonoxid zu Eisen(Reduktion bedeutet, dass einer Verbindung Sauerstoff entzogen wird; Gegenteil von Oxidation)
Fe2O3 + CO Fe +
7. Durch Hydrolyse von Phosphorpentoxid kann Phosphorsure hergestellt werden.(Hydrolyse ist die Spaltung einer chemischen Verbindung durch Reaktion mit Wasser)
7.1 Arbeitsblatt REAKTIONSGLEICHUNGEN
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Berufliche Oberschule Bad Tlz, Dr. B. Schtze [2] Seite 24 von 28
P4O10 + H3PO4
8. Harnstoff: Aus Ammoniak und Kohlenstoffdioxid entsteht Harnstoff(sowohl im Krper beim Harnstoffzyklus als auch grotechnisch in der Harnstoffsynthese)
NH3 + CO2 (NH2)2CO +
9. Zersetzung von Wasserstoffperoxid
H2O2 + O2
10. Bildung von Salpetersure aus Stickstoffdioxid (Teilschritt der grotechnischen Salpetersureherstellung)
NO2 + HNO3 + NO
11. Rauchgasreinigung:Entfernung von Stickstoffmonoxid mit Ammoniak (ein katalytisches Verfahren zur sog. Rauchgasentstickung)
NO + NH3 N2 +
12. Abgasreinigung: Umsetzung von Stickstoffmonoxid undKohlenstoffmonoxid zu Stickstoff(eine der Reaktionen in der katalytischen Abgasreinigung im Auto)
2 NO + 2 CO N2 +
13. Verbrennung von Methan (Hauptbestandteil des Erdgases)
CH4 + O2 CO2 +
14. Verbrennung: Allgemeine Formel fr organische Kohlenwasserstoffverbindungen
(Es entsteht immer Wasser und Kohlenstoffdioxid; ggf. muss fr ganzzahlige Mengenverhltnisse multipliziert werden)
CxHy + (x+y/4) O2 +
15. Verbrennung von Traubenzucker
C6H12O6 + O2 +
7.1 Arbeitsblatt REAKTIONSGLEICHUNGEN (Blatt 2)
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7.2 Arbeitsblatt Stoffspeicher
3 SeitenAbkrzungen in der Tabelle
o n.a. = nicht anwendbar bzw. nicht angebbar
Schmelz- und Siedepunkte bei Atmosphrendruck
Daten entnommen:
www.de.wikipedia.org
Chemiker-Kalender Springerverlag Berlin 3. Auflage 1984
http://www.de.wikipedia.org/http://www.de.wikipedia.org/http://www.de.wikipedia.org/ -
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Berufliche Oberschule Bad Tlz, Dr. B. Schtze [2] Seite 26 von 28
Chem. NameTrivialname
Summen-formel
Aggregatszustandbei 20 C
Schmelz-punkt [C]
Siedepunkt[C]
in Wasser lslich Anmerkung
Ammoniak NH3 gasfrmig -78 -33max. 33,3 % ige
Lsung
Ammoniak reagiert in Wasser teilweise zu
Ammoniumhydroxid, auch Ammoniakwasser
oder Salmiakgeist genannt
CalciumcarbonatKalkstein,
Kalkspat
Ca(CO3)2 fest825
(Zersetzung)
n.a. praktisch unlsl.
Calciumhydrogencarbonat Ca(HCO3)2 n.a. n.a. n.a.
existiert nur in Wasser, zerfllt beim
Verdampfen des Wassers in
Calciumcarbonat, Wasser und
Kohlenstoffdioxid
Calciumhydroxid glschter Kalk Ca(OH)2 fest550(Zersetzung)
n.a. praktisch unlsl.
Chlor, molekular Chlorgas Cl2 gasfrmig -101 -34nur in geringen
MengenCl2 ist sehr reaktiv
ChlorwasserstoffSalzsure,
wasserfreiHCl gasfrmig -115 -85 sehr gut lslich
lst sich gut in Wasser und wird dann
SALZSURE genannt
Essigsure (Ethansure) Essig CH3COOH flssig 17 118
vollstndig mischbar
mit Wasser
wasserfrei (100 %): Eisessig,
in wssriger Lsung ESSIGSURE
EthanolEthylalkohol
Spiritus, AlkoholC2H5OH flssig -114 78
vollstndig mischbar
mit Waser leicht entzndlich
KohlenstoffdioxidKohlendioxid
KohlensureCO2 gasfrmig
-78(Sublimation)
n.a. teilweise
Kohlenstoffmonoxid Kohlenmonoxid CO gasfrmig -205 -191nur in geringen
Mengenkann explosionsartig zu CO2reagieren
Methan CH4 gasfrmig -182 -162nur in sehr
geringen MengenHauptbestandteil von Erdgas (75-99 %)
Natriumcarbonat Soda Na2CO3 fest 8511600(Zersetzung)
gut lslich
Natriumchlorid Kochsalz,Speisesalz NaCl fest 801 1465 gut lslich
Natriumhydroxidtznatron,
NatronlaugeNaOH fest 322 1388 gut lslich als wssrige Lsung: NATRONLAUGE
Phosporsure H3PO4 fest 42213(Zersetzung)
vollstndig mischbar
mit Wasserals wssrige Lsung: PHOSPHORSURE
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Berufliche Oberschule Bad Tlz, Dr. B. Schtze [2] Seite 27 von 28
Chem. NameTrivialname
Summen-formel
Aggregatszustandbei 20 C
Schmelz-punkt [C]
Siedepunkt[C]
in Wasser lslich Anmerkung
Salpetersure HNO3 flssig -42 86vollstndig mischbarmit Wasser
als wssrige Lsung: SALPETERSURE
Sauerstoff, molekular Sauerstoff O2 gasfrmig -218 -183max. 40 mg pro
Liter Wasserin Trinkwasser 8 mg/l O2 gelst
Schwefelsure H2SO4 flssig 10 279vollstndig mischbarmit Wasser als wssrige Lsung: SCHWEFELSURE
Stickstoff, molekular Stickstoff N2 gasfrmig -210 -196max. 20 mg pro
Liter Wasser
Wasser H2O flssig 0 100
Wasserstoff, molekular Wasserstoff H2 gafrmig -259 -253max. 1,6 mg pro
Liter Wasser
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28/28
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Chem. NameTrivialname
Summen-formel
Aggregatszustandbei 20 C
Schmelz-punkt [C]
Siedepunkt[C]
in Wasser lslich Anmerkung
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