anorganische chemie für...
TRANSCRIPT
![Page 1: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/1.jpg)
Anorganische Chemiefür Biologen
Nadja Giesbrecht
AK Prof. Dr. Thomas BeinRaum: E3.005Tel: 089/[email protected]
![Page 2: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/2.jpg)
PSE
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 2
![Page 3: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/3.jpg)
Größe der Ligandenfeldaufspaltung
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 3
Die Größe der Aufspaltung hängt sowohl vom Zentralatom alsauch von den Liganden ab.
![Page 4: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/4.jpg)
Inhalte
• Stöchiometrie – chemisches Rechnen
• Chemisches Gleichgewicht – Massenwirkungsgesetz
• Säure-Base-Theorie
• Komplexchemie
• Redox-Theorie
• Löslichkeitsgleichgewichte
• Anionen-Kationen-Nachweise
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 4
![Page 5: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/5.jpg)
Arten chemischer Bindung
Die entscheidende Größe für den Charakter einer chemischenBindung ist die Elektronegativität EN, der Bindungspartner. Siegibt das Bestreben eines Atoms an, Bindungselektronen an sichzu ziehen.
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 5
![Page 6: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/6.jpg)
Arten chemischer Bindung
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 6
Hohe EN beiderBindungspartner kovalente Bindung
Große EN-Differenz (> 1,7) ionische Bindung
Nierige EN
metallische Bindung
+ -
+ +
+
e-
+
e-e-
e-
Triebkraft für Bindungsbildung:
Erreichen der Edelgaskonfiguration
![Page 7: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/7.jpg)
Ionische Bindung
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 7
Typisch für feste Salze:
- Meist hoher Schmelz- und Siedepunkt
- Löslich in polaren Lösungsmitteln (Wasser)
- In organischen Lösungsmitteln meist wenig löslich
- Bilden Kristallgitter
- Spröde
![Page 8: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/8.jpg)
Metallische Bindung
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 8
Atome geben ihre Valenzelektronen ab. Die positivenAtomrümpfe sind umgeben vom sog. Elektronengas aus freibeweglichen Elektronen:
- Elektrische und Wärmeleitfähigkeit
- Metallischer Glanz
- Duktilität
![Page 9: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/9.jpg)
Kovalente Bindung
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 9
Zwei Atome mit hoher EN teilen Valenzelektronen um Edelgaskonfiguration (Oktett) zu erreichen.
Cl Cl Cl Cl
Atome mit Edelgaskonfiguration haben 8 Valenzelektronen (4 Elektronenpaare). Ausnahme ist der Wasserstoff mitHeliumkonfiguration, d.h. 2 Valenzelektronen. Dies lässt sichdurch Lewis-Strukturformeln darstellen.
nicht-bindendes E-Paar
bindende E-Paare, hier Doppelbindung
![Page 10: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/10.jpg)
Lewis-Strukturen
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 10
Essigsäure
Schwefelsäure Salpetersäure
Wasser Kohlenstoffdioxid
Ozon
![Page 11: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/11.jpg)
VSEPR-Modell
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 11
Valenzschalenelektronenpaarabstoßung: Vorhersage der räumlichen Molekülstruktur.
1. Was ist das Zentralatom?
2. Wieviele Bindungspartner hat es? Freie E-Paare mitzählen.
3. Grundstruktur:
linear trigonal-planar tetraedrisch trigonal-bipyramidal oktaedrisch
4. Elektronenpaare verteilen. Freie Paare und Doppelbindungenbrauchen mehr Raum als Einfachbindungen.
![Page 12: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/12.jpg)
Beispiele für wichtige Redoxprozesse
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 12
Elektrolyse Batterie
Korrosion Analogfotografie
Photosynthese Zellatmung
![Page 13: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/13.jpg)
Was sind Redoxprozesse?
Alle RedOx-Prozesse beinhalten die Reduktion eines Stoffesgekoppelt mit der Oxidation eines Stoffes.
Reduktion: Ein Stoff nimmt Elektronen auf.
z.B: 2 H+ + 2 e-H2
Oxidation: Ein Stoff gibt Elektronen ab.
z.B: 2 Cl- Cl2 + 2 e-
Somit ist eine Redoxreaktion eine Elektronenübertragung von einem Elektronendonator (Reduktionsmittel) auf einenElektronenakzeptor (Oxidationsmittel).
z.B: 2 HCl H2 + Cl2
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 13
![Page 14: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/14.jpg)
Beschreibung von Redoxprozessen
Die Oxidationszahl (OZ) gibt die formale Abweichung der Elektronenzahl eines Atoms vom Neutralzustand an. Jedes Atom, das an einer Reaktion beteiligt ist, hat eine entsprechende OZ.
Regeln:
• In Elementen ist die OZ immer 0.
• Metalle haben in Verbindungen positive OZ.
• Sauerstoff hat in Verbindungen die OZ -2 (-1 in Peroxiden).
• Halogene in Verbindungen haben OZ -1 (außer bei O-Hal).
• Wasserstoff in Verbindungen hat die OZ +1 (-1 in Hydriden).
• Die Summe der OZ aller Atome in einem Molekülion ist gleichder Ladung des Ions.
• Bei anderen Bindungen wird das Elektron zumelektronegativeren Bindungspartner gezählt
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 14
![Page 15: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/15.jpg)
Ermittlung der Oxidationszahl
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 15
![Page 16: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/16.jpg)
Ermittlung der Oxidationszahl
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 16
NaCl
+1 +1
-20 0 +1 -2
+1 -2
-2
-2
+6
+1 +1
-2+1 -1
+1
-1 -1+1
![Page 17: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/17.jpg)
Ermittlung der Oxidationszahl
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 17
Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor)
Chlorwasserstoff Linear -1
Chlorgas Linear 0
Hypochlorige Säure Gewinkelt +1
Chlorige Säure Gewinkelt +3
Chlorsäure Pseudo-Tetraeder +5
Perchlorsäure Tetraeder +7
![Page 18: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/18.jpg)
Änderung der OZ bei Redoxprozessen
Aus der Definition von Oxidation, Reduktion und Oxidationszahlergibt sich: Bei Oxidationen steigt die OZ des jeweiligen Atoms, bei Reduktionen sinkt sie.
Sonderfälle:
• In Oxidations-und Reduktionsmittel liegt das gleiche Atom mitgleicher OZ vor: Disproportionierung,
z.B: 3 OCl- 2 Cl- + ClO3-
• Oxidations-und Reduktionsmittel reagieren zu Produkten, in denen das gleiche Atom mit gleicher OZ vorliegt: Komproportionierung, z.B:
2 H2SO4 + 6 H2S S8 + 4 H2O
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 18
![Page 19: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/19.jpg)
Aufstellen von Redoxreaktionsgleichungen
1. Aufstellen der bekannten Edukte und Produkte als vorläufigeReaktionsgleichung. Bestimmung der OZ. Indentifizieren von Oxidation und Reduktion.
2. Aufstellen der Oxidations- und Reduktionsteilgleichungenunter Berücksichtigung der Elektronen.
3. Ladungsausgleich durch Oxonium- (im Sauren) oderHydroxidionen (im Alkalischen).
4. Stoffausgleich durch Wasser.
5. Multiplizieren, sodass Oxidation und Reduktionen gleichviele Elektronen beinhalten.
6. Addieren der Teilgleichungen zu Gesamtgleichung und Streichen überflüssiger Edukte und Produkte.
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 19
![Page 20: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/20.jpg)
Übung
Bei der Reaktion von Kaliumpermanganat (KMnO4) mit Wasser-stoffperoxid (H2O2) im alkalischen Medium wird Sauerstoff und Braunstein (MnO2) gebildet. Indentifizieren Sie Oxidations- und Reduktionsmittel und stellen Sie die stöchometrisch korrektenTeilgleichungen und die Gesamtgleichung auf.
1. “KMnO4 + H2O2 O2 + MnO2”
KMnO4 ist Oxidations-, H2O2 Reduktionsmittel
2. Ox: “H2O2 O2 + 2 e-” Red: “KMnO4 + 3 e- K+ + MnO2”
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 20
+1 +7 -2 +1 -1 0 +4 -2
![Page 21: Anorganische Chemie für Biologenbein.cup.uni-muenchen.de/wp-content/uploads/2019/04/Vorlesung4... · Name Lewis Struktur Oxidationsstufe (Chlor) Chlorwasserstoff Linear -1 Chlorgas](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041220/5e095d072693983a061d37c3/html5/thumbnails/21.jpg)
Übung
3. Ox: “H2O2 + 2 OH- O2 + 2 e-”
Red: “KMnO4 + 3 e- K+ + MnO2 + 4 OH-”
4. Ox: H2O2 + 2 OH- O2 + 2 e- + 2 H2O
Red: KMnO4 + 3 e- + 2 H2O K+ + MnO2 + 4 OH-
5. 3 x Ox + 2 x Red:3 H2O2 + 6 OH- + 2 KMnO4 + 6 e- + 4 H2O 3 O2 + 6 e- + 6 H2O + 2 K+ + 2 MnO2 + 8 OH-
6. Vereinfachen:
3 H2O2 + 2 KMnO4 3 O2 + 2 H2O + 2 K+ + 2 MnO2 + 2 OH-
Seminar Anorganische Chemie für Biologen 21