grundwissen chemie gut

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

XV

Xm )(

)(

)(

mV

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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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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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

7.2 Arbeitsblatt STOFFSPEICHER


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Summen-formel


Schmelz-punkt [C]

Siedepunkt[C]


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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Summen-formel


Schmelz-punkt [C]

Siedepunkt[C]



grundwissen chemie gut

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