Tzt

Geschichte der Chemie

3500 v. Chr.

Ägypten

Metalle, Legierungen, Glas, Töpferei, Farben, Wein, Bier, Backkunst

600-300 v. Chr.

Griechenland

Naturphilosophie

490-430 v. Chr.

Empedokles von Agrigent

Feuer, Wasser, Luft und Erde sind die Elemente

460-371 v. Chr.

Demokrit von Abdera

atomos – unteilbares Teilchen

Keine experimentellen Fortschritte

Geschichte der Chemie

1597

Andreas Libavius

Alchemia – Lehrbuch der Chemie

1661

Robert Boyle

The Sceptical Chymist – nur der Versuch ist schlüssig, niemals die unbewiesene Behauptung

1697

Georg Ernst Stahl

Phlogistontheorie Holz = Asche + Phlogiston Metall = Metallkalk (Oxid) + Phlogiston

1790

Antoine Lavoisier

Gesetz der Erhaltung der Masse Traité Elementaire de Chimie Terminologie Element und Verbindung

Grundbegriffe Materie

Heterogene Gemische

Trennung

Variable Zusammensetzung

Physikalische Methoden

Homogene Stoffe

Homogene Gemische

Trennung

Reine Stoffe

Variable Zusammensetzung

Physikalische Methoden

Definierte Zusammensetzung

Verbindungen

Trennung Chemische Methoden

Elemente

R. Boyle: Element – primitiver, einfacher, völlig unvermischter Körper Kein anderer Körper enthalten, Zutaten zu perfekt gemischten Körpern A. Lavoisier: Element – Stoff, der nicht in einfachere Stoffe zerlegt werden kann

Gemische

Homogene – heterogene Gemische Aggregatzustand

Bezeichnung

Beispiel

Trennung

fest-fest

Lösung

Cu/Ag

chemisch

fest-flüssig

Lösung

Wasser-Zucker

Destillation, Kristallisation

fest-fest

Gemenge

Sand-Salz

Sortieren, Flotation, Sieben, Extraktion,

fest-flüssig

Suspension

Malerfarbe

Dekantieren, Zentrifugieren

flüssig-flüssig

Emulsion

Milch

Zentrifugieren, Scheidetrichter

fest-gasförmig

Aerosol

Rauch

Filtrieren

flüssig-gasförmig

Aerosol

Schaum

Sedimentieren

Gemische

Gemische

Gemische

Grundbegriffe

1

Sauerstoff

O

49,2

2

Silicium

Si

25,7

3

Aluminium

Al

7,5

4

Eisen

Fe

4,7

5

Calcium

Ca

3,4

6

Natrium

Na

2,6

Elemente

7

Kalium

K

2,4

Erdkruste:

8

Magnesium

Mg

1,9

9

Wasserstoff

H

0,9

10

Titan

Ti

0,6

11

Chlor

Cl

0,2

12

Phosphor

P

0,1

13

Mangan

Mn

0,1

14

Kohlenstoff

C

0,09

15

Schwefel

S

0,05

16

Andere

0,56

Stöchiometrie

•

Gesetz von der Erhaltung der Masse

•

Gesetz von der Unveränderlichkeit der Grundstoffe (Elemente)

•

Gesetz von den konstanten Proportionen 1799 Joseph Proust Eine Verbindung hat eine konstante Zusammensetzung, sie enthält immer die gleichen Elemente in bestimmten für die Verbindung charakteristischen Massenverhältnis

Stöchiometrie

Elemente

Gitter Moleküle Atome

Verbindungen

Li, Na, K N2, O2, F2 Cn, P4, S8 He, Ne, Ar

Moleküle

CO, CO 2, CCl4

Ionen

Li+, Mg 2+, Al 3+ F-, CO 32-, PO43-

Stöchiometrie

Stoff

Empirische Formel

Molekulare Formel

Methan

CH4

CH4

Ethen

CH2

C2H4

Ammoniak

NH3

NH3

Hydrazin

NH2

N2H4

H2N-NH2

Kohlendioxid

CO2

CO2

O=C=O

Natriumchlorid

NaCl

NaCl

H

H

H

C

N

H

H

H

H

Strukturformel

H2C=CH2

NH4+ NO3-

Stöchiometrie

Valenz – Wertigkeit

CH4

NH3 OH2 FH

Ionenvalenz

LiH BeH2 AlH3 LiCl BeCl2 AlCl3

Stöchiometrie

Relative Atommasse Ar(12C) = 12 Relative Atommasse ist als Massenverhältnis dimensionslos

Relative Molekularmasse

CH4

Summe aller Atommassen im Molekül

Relative Formelmasse

NaCl

Molbegriff 1 mol eines reinen Stoffes ist die Stoffmenge, die aus ebensoviel kleinsten Teilchen besteht, wie die Anzahl der Kohlenstoffatome in genau 12 g des Kohlenstoffisotops 12C

Stöchiometrie

Avogadro-Zahl NA = 6,02214 • 1023 mol -1 1 mol = NA Teilchen 1 mol Menge in Gramm, die dem Zahlenwert der relativen Atommasse entspricht

H2 n Ar Mr M Ausbeute (m)

+

1 mol 1 2 2 g/mol

F2

2 HF

1 mol 19 38 38 g/mol

2 mol 20 20 g/mol 40 g

Stöchiometrie

Gasreaktionen Zn + 2HCl

ZnCl2 + H2

1

1

2

1 mol V = 22,4138 L/mol

Stöchiometrie

Stöchiometrie

Prozentuale Zusammensetzung von Verbindungen

Cr2O3 n(Cr) = 2 mol

n(O) = 3 mol

m(Cr)

= n(Cr) x M(Cr)

= 2 mol x 52 g

= 104 g

m(O)

= n(O) x M(O)

= 3 mol x 16 g

= 48 g

M(Cr2O3) w(Cr) =

= 152 g m(Cr ) = 0,68 m(Cr2 O3 )

Stöchiometrie

Ermittlung chemischer Formeln Welche empirische Formel hat eine Verbindung der Zusammensetzung 43,6 % P und 56,4 % O? 100 g enthalten: 43,6 g P und 56,4 g O

n(P) =

m( P) 43,6 g ? M ( P) 30,97 g / mol

= 1,41 mol

n(O) =

m(O) 56,4g ? M (O) 16,00 g / mol

= 3,53 mol

Phosphor

1,41 ? 1,00 1,41

Sauerstoff

P2O5

3,53 ? 2,50 1,41

Stöchiometrie Reaktionsschemata

Reaktionspfeile N2 + 3H2

2Hg + O2

2NH3

?

2HgO

Stöchiometrie

Reaktionsgleichungen 2 H2 + O2

2 H2O

CS2(l) + 3 Cl 2(g)

CCl4(l) + S2Cl2(l) (g) gasförmig (l) liquidus (s) solidus (aq) aqua (solv)

k Fe(s) + l H2O(g)

m Fe2O3(s) + n H2(g)

2 Fe(s) + 3 H2O(g)

Fe2O3(s) + 3 H2(g)

Stöchiometrie

Verbrennungsprozesse

C2H6(g) + O2(g)

CO2(g) + H2O(g)

C2H6(g) + 3,5 O2(g)

2 CO2(g) + 3 H2O(g) /x 2

2 C2H4(g) + 7 O2(g)

4 CO2(g) + 6 H2O(g)

Stöchiometrie

Masseberechnung MnO2(s) + 4 HCl(aq)

MnCl 2(aq) + Cl 2 + 2 H2O

Wieviel Gramm HCl werden benötigt, wenn 25,0 g Mangan(IV)oxid eingesetzt werden? Wieviel Gramm Chlor werden erhalten?

n ( MnO 2 ) ?

m ( MnO 2 ) 25 ,0 g ? ? 0 , 288 mol M ( MnO 2 ) 86 ,9 g / mol

n(HCl)

= 4 • 0,288 mol = 1,15 mol

n(Cl 2)

= 1 • 0,288 mol = 0,288 mol

m(HCl) = n(HCl)•M(HCl) = 1,15 mol • 36,5 g/mol = 42,0 g m(Cl 2) = n(Cl 2)•M(Cl2) = 0,288 mol • 70,9 g/mol = 20,4 g

Stöchiometrie

Begrenzende Reaktanden Wieviel Gramm Wasserstoff können theoretisch aus 4 mol Eisen und 5 mol Wasser erhalten werden?

3 Fe + 4 H2O

Fe3O4 + 4 H2

n( Fe ) 4,0mol ? ? 1,33 3mol 3mol

n(Fe) = 1,25•3 mol = 3,75 mol

n ( H 2 O) 5,0mol ? ? 1,25 4mol 4mol

Konzentrationen

Stoffmenge n(X) [mol]

n( X ) ?

m M (X )

Stoffmengenkonzentration c(X) [mol/m3] oder Molarität M [mol/L] Bezogen auf 1L Lösung

c( X )?

n( X ) V

b( X ) ?

n( X ) m( LM )

Molalität b Bezogen auf Masse Lösungsmittel [mol/kg]

Konzentrationen Äquivalentstoffmenge neq [mol] Molzahl

neq ?

m M [1 / z ( X )]

ceq ?

n eq

HCl, H2SO4, H3PO4: z = 1, 2, 3 Äquivalentkonzentration ceq [[Mol/m3] Normalität N [mol/L]

V

ceq ? c( X ) ?z Massenanteil w [%]

w( X ) ?

Stoffmengenanteil x(X) Molenbruch [Atom% oder Mol%]

x( X )?

m( X ) m(Mischung)

n( X ) n( X ) ? n (Y )

Stöchiometrie

Konzentration von Lösungen Wieviel Gramm NaOH benötigt man, um 0,450 L einer Lösung von Natronlauge mit c(NaOH) = 0,3 mol/L herzustellen? M(NaOH) = 40,0 g/mol

c( NaOH ) ?

n( NaOH ) n( NaOH ) ? ? 0,30mol / L V 0,450L

n(NaOH) = 0,300 mol/L•0,450 n = 0,135 mol m(NaOH) = n(NaOH)•M(NaOH) = 0,135 mol • 40 g/mol = 5,40 g

Stöchiometrie

Konzentration von Lösungen Welches Volumen einer Lösung mit c1(HCl) = 12,0 mol/L wird benötigt, um 500 mL einer Lösung mit c2(HCl) = 3,0 mol/L herzustellen?

c1 • V1 = c2 • V2

V1 ?

c2V2 3,00mol / L • 0,500 L ? ? 0,125 L c1 12mol/L