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- C:\Users\cf\AppData\Local\Temp\Grundwissen_Anorganische_Chemie_(Sprachlicher_Zweig)_491352233270_1.docx - Charakteristisch fr die Denkweise der Wissenschaft Chemie sind zwei Betrachtungsebenen Stoffebene: Beobachtungen an Stoffportionen und Reaktionen (Fakten) Teilchenebene: Deutung der Fakten durch die Vorstellung von der Existenz kleinster Teilchen und Teilchenverbnde Stoffebene Beobachtungsebene Phnomenebene Teilchenebene Modellebene Deutungsebene PhÅnomene in der Welt H 2 O

Author: hoangthuan

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  • Grundwissenskatalog Max-Planck-Gymnasium Mnchen Pasing Stand: September 2009

    - C:\Users\cf\AppData\Local\Temp\Grundwissen_Anorganische_Chemie_(Sprachlicher_Zweig)_491352233270_1.docx -

    - Mittelstufe -

    Charakteristisch fr die Denkweise der Wissenschaft Chemiesind zwei Betrachtungsebenen

    Stoffebene: Beobachtungen an Stoffportionen und Reaktionen (Fakten)

    Teilchenebene: Deutung der Fakten durch die Vorstellung von der Existenzkleinster Teilchen und Teilchenverbnde

    Stoffebene

    BeobachtungsebenePhnomenebene

    Teilchenebene

    ModellebeneDeutungsebene

    Phnomene in der Welt

    H2O

  • 1

    Hierarchien der Grundwissensbegriffe: Bereich Stoffe

    +

    +

    +

    +

    - -

    --

    --

    -

    Stoffe

    Reinstoffe Stoffgemische

    Verbindungen ElementeHomogene Gemische Heterogene Gemische

    MolekulareStoffe

    Salze Metalle Nichtmetalle

    Moleklgitterz.B. Wasser

    Ionengitterz.B. Natriumchlorid

    Metallgitterz.B. Magnesium

    Moleklgitterz.B. Iod

    Atomgitterz.B. Edelgase

    +

    +

    +

    +

    - -

    --

    --

    -

    Legierung

    Lsung

    Gasgemisch

    GemengeFeststoffgemisch

    Suspension

    Emulsion

    Nebel/Schaum

    Rauch

  • 2

    Metalle

    Metalle zeigen typische Eigen-schaften: Glanz Leitfhigkeit fr Wrme und

    Elektrizitt Verformbarkeit Metall-Atome sind Elektronen-

    donatoren

    Reinstoff

    Reinstoffe haben bei gleichen Bedingungen (Temperatur, Druck) bestimmte qualitative und quantitative Eigenschaften (z.B. Farbe, Geruch, Geschmack, Ag-gregatzustand, Schmelz- und Siedetemperatur, Dichte).

    NichtmetalleNichtmetalle sind i. d. R. NichtleiterNichtmetall-Atome sind Elektro-nenakzeptoren

    homogenes Gemisch einphasiges, d. h. einheitlich aus-sehendes Gemisch

    heterogenes Gemisch mehrphasiges, d. h. uneinheitlich aussehendes Gemisch VerbindungEine Verbindung ist ein Reinstoff, der sich in Elemente zerlegen lsst.

    Element: Ein Element lsst sich nicht weiter zerlegen. SalzeSalze sind Verbindungen, die aus Metallkationen und Nichtmetallan-ionen bestehen.

    Grundwissensbegriffe Bereich: Stoffe

  • 3

    Hierarchien der Grundwissensbegriffe: Bereich Teilchen

    Teilchen

    Atome Molekle Ionen

    AtomkernAtomhlle/

    ElektronenhllePolares Molekl/

    DipolmoleklUnpolaresMolekl Kationen Anionen

    Protonen Neutronen Elektronen

    1010

  • 4

    Atom

    Das Atom ist das kleinste Teil-chen eines Elements.

    Die Elektronen bilden die Atom-hlle, die Protonen und Neutronen den Atomkern.

    Verhltnisformel

    Die Verhltnisformel gibt das Zahlenverhltnis der Teilchen (Ionen) in der Verbindung an.Beispiele: Cu2S, NaCl,

    Molekl

    Molekle sind Atomverbnde, diese bestehen

    bei Elementen aus gleich-artigen Atomen

    bei Verbindungen aus ver-schiedenartigen Atomen

    Moleklformel =

    Summenformel

    Die Moleklformel gibt an, wie viele Atome jeweils in einem Mo-lekl vorhanden sind. Beispiel: H2O

    IonenIonen sind elektrisch geladene Atome (einfache Atomionen) bzw. Molekle (zusammenge-setzte Moleklionen).

    Kationen positiv geladene Ionen

    Anionen negativ geladene Ionen Periodensystem

    Im PSE sind alle bekannten Atomarten nach steigender Protonenzahl (=Ordnungszahl) und chemischen Eigenschaften angeordnet.

    Gruppen (senkrecht) = Anzahl der Auen-elektronen

    Periode (waagrecht) = Hauptenergiestufe/ Hauptenergieniveau = n

    Grundwissensbegriffe Bereich: Teilchen

  • 5

    Gitter

    Die regelmige Anordnung von Teilchen in einem Feststoff be-zeichnet man als Gitter.Man unterscheidet: Atomgitter Moleklgitter Ionengitter Metallgitter

    Elementarteilchen

    Bausteine der kleinesten Teil-chen (Atome, Ionen).In der Chemie entscheidend sind Protonen, Elektronen und Neut-ronen

    Proton

    einfach positiv geladenes Elementarteilchen;Vorkommen: im AtomkernAbkrzung: p+

    Elektron

    einfach negativ geladenes Ele-mentarteilchen;Vorkommen: in der AtomhlleAbkrzung: e

    Neutronen

    ungeladenes Elementarteilchen;Vorkommen: im AtomkernAbkrzung: n (nicht zu verwech-seln mit Hauptenergieniveau!)

    Nukleonen

    Elementarteilchen, die im Atom-kern vorkommen:

    Protonen und Neutronen

    Polares Molekl

    = Dipolmolekl

    Fallen der positive und der nega-tive Ladungsschwerpunkt in ei-nem Molekl einer Verbindung nicht zusammen, so liegt ein Di-pol-Molekl vor.Beispiele: Wasserstoffchlorid-, Wasser- und Ammoniak-Molekl

    unpolares Molekl

    Fallen die Schwerpunkte der po-sitiven und negativen Teil-ladungen eines Molekls zusam-men, so liegt ein unpolares Mole-kl vor.Beispiele: Methan- und Kohlenstofftetrachlorid-Molekl

    Grundwissensbegriffe Bereich: Teilchen

  • 6

    Elektronegativitt EN

    Die Elektronegativitt ist die Ei-genschaft der Atome, Bindungs-elektronen innerhalb einer kova-lenten Bindung zu sich heranzu-ziehen. Die Atombindung ist um-so polarer, je grer die Elektro-negativittsdifferenz EN ist.

    Edelgasregel

    = Oktettregel

    Atome knnen durch Aufnahme oder Abgabe von Elektronen in ihren Atomhllen die gleiche An-zahl und Anordnung von Elektro-nen wie die Edelgas-Atome errei-chen. Man spricht dann von Edelgaskonfiguration.

    Valenzschreibweise

    Die Valenzschreibweise gibt die Anordnung der Valenzelektronen wieder. Dabei werden die Positio-nen um das Elementsymbol erst einfach, dann doppelt besetzt ( wird zu ).

    Valenzstrichformel

    Valenzstrichformeln enthalten Stri-che zur Symbolisierung bindender und nicht bindender Elektronenpaa-re.

    Beispiel:

    H HO

    Grundwissensbegriffe Bereich: Teilchen

  • 7

    Hierarchien der Grundwissensbegriffe: Bereich Reaktionen

    Chemische Reaktion

    Analyse Umsetzung Synthese

    Bei Salzen Bei Moleklen

    Elektrolyse Homolyse Heterolyse Protolyse Redoxreak-tionen IonenbildungMolekl-bildung

    Oxidation Reduktion

    Reduktions-mittel

    Oxidations-mittelBaseSure

    Saure LsungbasischeLsung

    10 10

    1010

    10 1010 10

    1010

    1010

  • 8

    Chemische Reaktion:

    Kennzeichen: Stoffnderung: Produkte zeigen

    andere Eigenschaften als Edukte z.B. Farbe, Siedepunkt

    Energieumsatz: Es muss ent-weder Energie zugefhrt wer-den, um die Reaktion zu star-ten oder in Gang zu halten oder es wird Energie abgegeben/frei

    AnalyseBei der Analyse entstehen aus einem Edukt zwei oder mehrere Produkte (Zerlegung).

    SyntheseBei der Synthese entsteht aus zwei oder mehr Edukten ein Pro-dukt (das dann eine Verbindung darstellt).

    Umsetzung

    (Umlagerung)

    Die Umsetzung ist eine Kopp-lung von Analyse und Synthese, d. h. bei der Umsetzung entste-hen aus zwei oder mehr Edukten zwei oder mehr Produkte.

    Elektrolyse

    Die Elektrolyse ist ein Vorgang, der bei Stromzufuhr abluft.Die positiv geladenen Ionen (Katio-nen) werden an der Kathode durch Aufnahme von Elektronen entladen.Die negativ geladenen Ionen (Anio-nen) werden an der Anode durch Abgabe von Elektronen entladen.

    Reaktionsgleichung

    Die Reaktionsgleichung gibt an, welche Teilchen in welchem kleinstmglichen Teilchenanzahl-verhltnis miteinander reagieren bzw. entstehen. .

    HomolyseGleichwertige (mittige) Spaltung einer Atombindung unter Entste-hung von Radikalen.

    HeterolyseUngleiche Spaltung einer Atom-bindung unter Entstehung von Ionen.

    Grundwissensbegriffe Bereich: Reaktionen

  • 9

    Radikale Teilchen mit ungepaarten (sog. freien) Elektronen OxidationDie Oxidation ist die Elektronen-abgabe von Teilchen.

    Reduktion Die Reduktion ist die Elektronen-aufnahme von Teilchen. RedoxreaktionDie Redoxreaktion ist der Elekt-ronenbergang zwischen Teil-chen.

    OxidationsmittelOxidationsmittel sind Elektronen-akzeptoren, z.B. Nichtmetalle-Atome.

    ReduktionsmittelReduktionsmittel sind Elektro-nendonatoren, z.B. Metall-Atome.

    Oxidationszahl

    = Die Anzahl wirklicher bzw. ange-nommener Ladungen von Teilchen

    (Sie ergibt sich, wenn man sich das vorliegende Teilchen nur aus Atom-Ionen aufgebaut denkt, wobei man in einem Molekl die Bindungselektro-nen dem jeweils elektronegativeren Partner zu-schlgt.)

    Erhhung der Oxidationszahl: Oxidation Erniedrigung der Oxidationszahl: Reduktion.

    Grundwissensbegriffe Bereich: Reaktionen

  • 10

    Protolyse

    Sure-Base-Reaktionen oder Protolysen sind Protonenber-gnge zwischen Suren und Basen.

    NeutralisationDie Protolyse zwischen Oxonium-Ionen und Hydroxid-Ionen nennt man Neutralisation.

    (Brnsted)-Sure

    Suren sind Teilchen, die Protonen abgeben: Protonendonatoren

    Beispiel: Wasserstoffchlorid-Molekl

    (Brnsted)- Base

    Basen sind Teilchen, die Protonen aufnehmen: Protonenakzeptoren

    Beispiel: Ammoniak-Molekl, Oxid-Ion

    Saure LsungSaure Lsungen sind Lsungen, die Oxonium-Ionen enthalten. n(H3O+) > n(OH-)

    basische Lsung= alkalische Lsung

    (= Lauge)

    Basische Lsungen sind Lsun-gen, die Hydroxid-Ionen enthal-ten.

    Beispiele: Ammoniak-Wasser, Natronlauge; n(H3O+) < n(OH-)

    Neutrale Lsung

    Bei einer neutralen Lsung sind die Stoffmengen der Oxonium-und der Hydroxid-Ionen gleich: n (H3O+) = n (OH-).

    Ampholyt

    Ampholyte sind Teilchen, die so-wohl als Sure als auch als Base fungieren knnen.

    Beispiel: Wasser-Molekl

    Grundwissensbegriffe Bereich: ReaktionenWichtige Begriffe aus den Bereichen: Reaktionen

  • 11

    Hierarchien der Grundwissensbegriffe: Bereich Wechselwirkungen zwischen Teilchen(chemische Bindung)

    Wechselwirkung zwischen den Teil-chen und innerhalb

    der Teilchen

    Starke Wechselwirkungen = chem. Bindung i. e. S.

    Schwache Wechselwir-kungen

    Ionenbindung Metallbindung Atombindung/kovalente Bindung

    zwischenmoleku-lare Krfte

    (Dipol-Dipol-WW)

    Ion-Dipol-WW

    Polare Atombin-dung

    Unpolare Atom-bindung

    Van-der-Waals-Krfte

    Wasserstoffbr-ckenbindung

    10 10

    10

    10 10

    10 10

  • 12

    Ionenbindung

    Die chemische Bindung, die in Salzen als Anziehungskraft zwi-schen Kationen und Anionen wirkt, wird Ionenbindung ge-nannt.

    Metallische Bindung

    Die chemische Bindung, die in den Metallen zwischen positiv geladenen Metall-Atomrmpfen und dem Elektronengas wirkt, wird als metallische Bindung be-zeichnet.

    Atombindung /

    Elektronenpaarbindung

    (Kovalente Bindung)

    Die Atombindung ist gleichbedeutend mit der Ausbildung eines gemeinsamen Elekt-ronenpaares und wird daher auch als Elekt-ronenpaarbindung bezeichnet.In einer Einfachbindung liegt ein Bindungs-elektronenpaar vor. In einer Doppelbindung liegen zwei und in einer Dreifachbindung liegen drei Bindungselektronenpaare vor.

    BindigkeitDie Anzahl der Elektronen-paarbindungen, die ein Atom in einem Molekl oder Molekl-Ion ausbildet, ist seine Bindigkeit.

    Polare Atombindung

    Man nennt eine Elektronen-paarbindung, bei der das Bin-dungselektronenpaar zu einem der beiden gebundenen Atome hin verschoben ist, polare Atom-bindung.

    Van-der-Waals-Krfte

    Van-der-Waals-Krfte sind sehr schwache intermolekulare An-ziehungskrfte. Sie entstehen bei unpolaren Moleklen zwischen induzierten Dipolen.

    Wasserstoffbrcken-

    bindung

    Wasserstoffbrckenbindungen sind intermolekulare Bindungen, die zwi-schen dem stark positiv polarisierten Wasserstoffatom eines Molekls und einem stark negativ polarisiertem Atom eines zweiten Molekls zustande kom-men.

    HydratationDie Hydratation ist die Anlage-rung von Wasser-Moleklen um die Teilchen des im Wasser ge-lsten Stoffes.

    Grundwissensbegriffe Bereich: Wechselwirkungen

  • 13

    AktivierungsenergieDie zur Auslsung einer chemi-schen Reaktion erforderliche Energie nennt man Aktivierungs-energie.

    KatalysatorEin Katalysator ist ein Stoff, der die Aktivierungsenergie einer Reaktion herabsetzt.

    Exotherm

    Wird bei einem Vorgang Wrme abgegeben, so bezeichnet man ihn als exotherm.Der Energiegehalt des Systems nimmt ab, weshalb der Betrag ein negatives Vorzeichen erhlt.

    endotherm

    Wird bei einem Vorgang Wrme zugefhrt, so bezeichnet man ihn als endotherm.Der Energiegehalt des Systems nimmt zu, weshalb der Betrag ein positives Vorzeichen erhlt.

    Energiediagramm einer exothermen Reaktion Energiediagramm einer

    endothermen Reaktion

    Grundwissensbegriffe Bereich: EnergieReaktionsverlauf

    Magnesium + Kohlenstoffdioxid

    Magnesiumoxid +Kohlenstoff

    aktivierter Zustand

    Reaktionsenergie, die hier in Form von Wrme abgegeben wird

    EA>0 AktivierungsenergieEnergiedifferenz zwischen aktiviertemZustand und Edukten ; die reaktions-trgen Edukte mssen aktiviert werden

    0 AktivierungsenergieEnergiedifferenz zwischen aktiviertemZustand und Edukten ; die reaktions-trgen Edukte mssen aktiviert werden

    0 Energiedifferenz zwischen Ed. und Prod.

    Endotherme Reaktion

    inne

    re E

    nerg

    ie E

    i

    Energieniveau der Edukte

    Energieniveau der Produkte

    Energieniveau des aktivierten Zustandes

  • 14

    Hierarchien der Grundwissensbegriffe: Bereich Gren

    Gren

    Umrechnungsgren Quantittsgren Gehaltsgren

    Molare Masse M

    Molares Volumen Vm

    Avogadro-Konstante NA Masse m

    Volumen V

    Teilchenanzahl N

    Stoffmenge n

    Stoffmengenkonzentration c

    10

  • 15

    Teilchenmasse

    (Atom-, Molekl-, Ionen-masse)

    Die Masse eines Teilchens (Atom, Molekl, Ion) kann in der Einheit Gramm oder in der ato-maren Masseneinheit u angege-ben werden.

    Teilchenanzahl NDie Teilchenanzahl N gibt die Anzahl der Teilchen (Atome, Mo-lekle, Ionen) in einer Stoffporti-on an.

    Stoffmenge n

    = Gre, mit der die Teilchenzahl einer Stoffportion beschrieben wird.

    Einheit [n] = mol

    Eine Stoffportion der Stoffmenge 1mol enthlt immer 6,022x1023 Teil-chen.

    Mol

    1 Mol (Zeichen 1 mol) ist die Stoffmenge einer Stoffportion, die aus genau 6,022 x 1023 Teil-chen (Atome, Molekle, Ionen) besteht.

    Molare Masse M

    Die molare Masse ist der Quotient aus der Masse einer Stoffportion und der zugehri-gen Stoffmenge:

    )()(

    )(XnXmXM ;

    molg

    M 1

    Die molare Masse ist abhngig von der Stoffart.Der Zahlenwert der Teilchenmasse ist gleich dem Zahlenwert der molaren Masse.

    Avogadro-Konstante NADie Avogadro-Konstante hat fr alle Stoffe den gleichen Wert:

    molN A

    110022,6 23

    Molares Volumen Vm

    Das molare Volumen ist der Quotient aus dem Volumen einer Stoffportion und der zugehrigen Stoffmenge:

    ;)()(

    )(XnXVXVm mol

    lVm 1][

    Fr Gase betrgt das molare Volumen

    mollVM 4,22

    Stoffmengenkonzentration c

    Die Stoffmengenkonzentration c(X) eines gelsten Stoffe X ist der Quotient aus der Stoffmenge n(X) und dem Volumen der L-sung V(Ls):

    )()(

    )(LsVXnXc ; [c] = 1 mol/l

    Grundwissensbegriffe Bereich: Gren

  • Energieverlaufsdiagramme

    Reaktionsverlauf

    Magnesium + Kohlenstoffdioxid

    Magnesiumoxid +Kohlenstoff

    aktivierter Zustand

    Reaktionsenergie, die hier in Form von Wrme abgegeben wird

    EA>0 AktivierungsenergieEnergiedifferenz zwischen aktiviertemZustand und Edukten ; die reaktions-trgen Edukte mssen aktiviert werden

    0 AktivierungsenergieEnergiedifferenz zwischen aktiviertemZustand und Edukten ; die reaktions-trgen Edukte mssen aktiviert werden

    0 AktivierungsenergieEnergiedifferenz zwischen aktiviertemZustand und Edukten ; die reaktions-trgen Edukte mssen aktiviert werden

    0 Energiedifferenz zwischen Ed. und Prod.

    Endotherme Reaktion

    inne

    re E

    nerg

    ie E

    i

    Energieniveau der Edukte

    Energieniveau der Produkte

    Energieniveau des aktivierten Zustandes