allgemeine Chemie: Stöchiometrie und ideale Gasgleichung

molare Masse

• aus dem Periodensystem ablesbar

• molare Masse der Moleküle entspricht der aufsummierten molekularen Massen ihrer Atome im richtigen stöchiometrischen Verhältnis

das Mol

• 1 mol = Stoffmenge, die in 12g von C12 enthalten ist (enthaltene Menge an Atomen in 12g C12)

• neue Definition (2019): bezieht sich auf Avogadrokonstante
  - NA: 6,02214076×10^(23) Teilchen/mol
  - sagt, wie viel Teilchen in einem Mol Stoff sind
  - Definition: abgeleitet von perfekter Siliziumkugel

• Zahl auswendig!

Stöchiometrie

• ist die Lehre von den Mengenverhältnissen bei chemischen Reaktionen, die zur Berechnung von Stoffmengen, Massen und Volumina von Edukten und Produkten dient

• Massedefekt ist irrelevant

• mögliche Klausuraufgabe: Warum ist der Massedefekt für chemische Reaktionen irrelevant?

• Wichtige Formeln:
  - Stoffmenge n= m/M (m: absolute Masse; M: molare Masse)

die chemische Reaktion

• mehrere Elemente oder chemische Verbindungen werden in ein oder mehrere andere chemische Verbindungen oder Elemente überführt

• Nachweis von H2: Knallgasprobe

• Stoffbilanz: ?

chemische Reaktionen (1)

Gesetz von der Erhaltung der Masse

• Lavoisier, 1785: Bei allen chemischen Vorgängen bleibt die Gesamtmasse der beteiligten Stoffe konstant

• m(Edukte) = m(Produkte)

wichtige Formeln:

• c= n/V

• Dichte p= m/V

• Teilchenanzahl N=n*NA (Avogadrokonstante)

Gesetz der konstanten Proportionen

• Proust (1799): Eine chemische Verbindung bildet sich immer aus konstanten Masseverhältnissen der Elemente

• Versuch: Elektrolyse von Wasser
  - 2H2 + O2 - 2 H2O
  Stoffbilanz: 2 1 2

• Wasser wurde mit Schwefelsäure angesäuert, um Leitfähigkeit zu erhöhen (stellt Protonen zur Verfügung)

• Dichte von Wasserstoff & Sauerstoff gleich, da genau doppelt so viel Volumen H2 als O2 bei Elektrolyse entsteht

Gesetz der multiplen Proportionen

• Dalton, 1803: eine chemische Verbindung bildet sich immer aus konstanten Masseverhältnissen der Elemente

• Notizen?

chemisches Gasvolumengesetz

• Gay-Lussac (1802):
  - Gase dehnen sich linear mit steigender Temperatur aus
  - Bei Umsetzung elementarer Gase (E), stehen die umgesetzten Volumenanteile (VT) im Verhältnis ganzer Zahlen

• Bsp.:
  - 2 H2 + O2 - 2 H2O
  2 mol 1 mol 2 mol
  4,04g 32,0g 36,04g

Gasgesetze (1): Gay-Lussac’sches Gesetz:

Gasgesetze: Gay- Lussac (2)

Gasgesetze (3): Avogadro

• Avogadro, 1811: Gase haben bei gleicher Temperatur, gleichem Druck im gleichen Volumen die gleiche Teilchenanzahl

• anders ausgedrückt: Gleiche Volumina unterschiedlicher Gase enthalten bei gleichen äußeren Bedingungen gleich viele Teilchen

Gasgesetze Avogadro (4)

z.B.:
2 H2O - 2 H2 + O2
2 VT 2VT 1VT
- VT: Volumenteile
bei steigender Temperatur und gleicher Dichte konstant

Gasgesetze: Avogadro (5)

Molvolumina einiger typischer Gase, die bei Normalbedingungen nahezu ideales Verhalten zeigen

• Druck höher: geringeres Volumen, aber steigt linear

• ideale Gase: mathematische Messpunkte im Raum; haben wenig (vernachlässigbare) WW untereinander

• Ideale Gasgleichung: p*V = n*R*T
  - p: Druck
  - V: Volumen
  - n: Stoffmenge
  - T: Temperatur
  - R: ideale Gaskonstante= 8,314 J/mol*K

• Durch R= p*V/n*T: experimenteller Zugang zu Stoffmenge, da T,p,V experimentell bestimmbar und R kosntant

• molares Volumen idealer Gase: Vm= 22,4 l/mol
  - 1 mol Gasteilchen nehmen ein Volumen von 22,4 l ein (bei idealen Gasen unter Normalbedingungen)

• Gase unterscheiden sich in ihrer molaren Masse und Masse

• ideale Gase haben gleiche Teilchenanzahl in gleichem Volumen, aber unterschiedliche molare Masse und Dichte

Dichte

• Dichte eines Stoffes ist höher, wenn starke Wechselwirkungen zwischen den Teilchen untereinander herrschen

• ideale Gase haben kaum-keine WW untereinander: geringe Dichte

Gasgesetze: Sind alle Gase ideale Gase? Wie ideal ist die Realität?

• (CO2), Cl2 sind keine idealen Gase, da ihre WW vom idealen Gasverhalten abweichen

Gasgesetze und Stöchiometrie

• Aspekt 1: Eigenvolumen der Gase (relevant bei hohem Druck): mehr Gas-Gas-WW, da die Teilchen näher zusammengepresst werden

• Aspekt 2: Intermolekulare WW (Van-der-Waals-WW)
  - Dispersionswechselwirkungen: aufgrund der Polarisierbarkeit bilden sich temporäre Dipole
  - je größer WW, desto weniger ideal ist das Gas

Fazit Gasgesetze

Reinstoffe nicht gleich Elemente: manche Elemente aus 2 oder mehr Atomen, z.B. S8/H2