5-allgemeine Chemie & Verfahrenstechnik

Hin und Rückreaktion: https://www.youtube.com/watch?v=kvwrY90iZ1c Redoxreaktionen: https://www.youtube.com/watch?v=csRIZZuIC0Q

anorganisch

zum unbelebten Teil der Natur gehörend, z.B. Minerale, Metalle

organisch

zum belebten Teil der Natur gehörend, z.B. Kunststoffe, Holz

Vorraussetzungen für chemische Reaktionen

• die Teilchen (Atome und Moleküle) müssen sich treffen

• der Zusammenprall muss mit einer Mindestenergie erfolgen (Aktivierungsenergie)

Wie beeinflusst Temperatur die Teilchenbewegung

Höhere Temperatur => mehr Teilchenbewegung => höhere Chance auf Teilchen-Zusammenstoß

absoluter Nullpunkt

0 Kelvin = -273,15°, keine Teilchenbewegung bedeutet auch keine Reaktionen

Übergangszustand, Hin und Rückreaktionen

exotherme Reaktionen

Reaktionen bei denen Energie nach Außen abgegeben wird, z.B. Atmung, Verbrennen von Papier

Bei dieser Reaktion ist das Energieniveau der Ausgangsstoffe höher als das Energieniveau der Endstoffe. Benötigt zusätzliche Aktivierungsenergie

endotherme Reaktionen

Es gibt Reaktionen, bei denen Energie ständig hinzugefügt werden muss: z.B. Photosynthese, Brennen von Kalk, etc

Bei diesen Reaktionen ist das Energieniveau der Endstoffe höher als das Energieniveau der Ausgangsstoffe.

Erkläre diese Grafik

Das Energiediagramm einer exothermen Reaktion.

im Energiediagramm ist Ea1 die Aktivierungsenergie.

∆H ist die Energie-Differenz zwischen dem Energieniveau der Ausgangsstoffe (in unserem Beispiel: Papier + Luft) und dem Energieniveau

der Endstoffe (in unserem Beispiel: Abgas + Asche), die nach außen abgegeben wird (in unserem Beispiel: die Hitze des Feuers).

Erkläre diese Grafik

Das Energiediagramm einer endothermen Reaktion.

Im diesem Energiediagramm ist Ea1 wiederum die Aktivierungsenergie.

Diese ist hier viel größer als im Fall der exothermen Reaktion.

∆H ist die erneut die Differenz zwischen dem Energieniveau der Ausgangsstoffe

und dem Energieniveau der Endstoffe. Diese Energiedifferenz muss permanent

von außen hinzugefügt werden, um die Reaktion am Laufen zu halten:

z.B. durch die Sonne bei der Photosynthese

Katalysatoren

Sind Stoffe die Reaktionen durch Absenkung der Aktivierungsenergien begünstigen jedoch in der Reaktion nicht selbst verbraucht werden.

Bei so einer Reaktion gibt es zwei Reaktionen. Zuerst der Katalysator mit Stoff1 und dann die Summe der ersten Reaktion plus Stoff 2.

Erkläre diese Grafik

Das Diagramm zeigt den Unterschied zwischen einer exothermen Reaktion mit und ohne Katalysator.

• Ohne Katalysator ist die Aktivierungsenergie viel höher und es gibt nur eine Reaktion

• Mit Katalysator ist die Aktivierungsenergie viel niedriger, es gibt zwei Reaktionen und es geht schneller. (pro Zeiteinheit entstehen viel mehr Endstoffe.

Wirkungsweise von Katalysatoren + Bsp.

Katalysatoren wirken ordnend. Besonders ausgeprägt ist dies bei Enzymen. Enzyme sind (Bio-)Katalysatoren. Enzyme helfen zum Beispiel bei der Verdauung in unserem Körper.

Angenommen wir haben 100 Legosteine, so wie hier im Bild. Wenn wir nun 100 von ihnen in einen Sack geben und eine Minute lang heftig schütteln, dann werden wir danach feststellen, dass nur ganz wenige von ihnen richtig aneinander haften. Wenn wir nun aber dieselben 100 Legosteine nehmen und in eine lange, eckige Röhre geben, die nur wenig breiter als die Legosteine ist und dann mit der selben Intensität eine Minute lang schütteln, dann werden wir feststellen, dass deutlich mehr Legosteine richtig aneinander haften werden. Die Röhre wirkt bei den Legosteinen ordnend, so wie der Katalysator bei chemischen Reaktionen.

die drei Arten der Hauptbindung

• Ionenbindung

• Metallbindung

• Elektronenpaarbindung

Ionenbindung

Bei einer Ionenbindung gehen ein Nichtmetall und ein Metall eine chemische Bindung ein solang der Elektronegativitätsunterschied über 1,7 liegt. Hierbei gibt das Metall ein Außenelektron ab (wird somit ein Anion) welches von dem Nichtmetall (wird zum Kation) aufgenommen wird. Das Resultat ist ein Salz.

Metallbindung

Bei einer Metallbindung binden sich sich zwei Metalle oder deren Legierungen indem sie ihre Außenelektronen freigeben, welche sich dann frei im Gitter als sogenanntes Elektronengas bewegen

Elektronenpaarbildung (kovalente Bindung)

Elektronenpaarbildung ist eine chemische Bindung, bei der sich zwei Atome zumindest ein Elektronenpaar teilen.

Löslichkeit von Salzen, allgemeines Reaktionschema

Kommen Salze mit Lösemittel in Kontakt wird die Ionenbindung aufgebrochen. Es enstehen frei bewegliche Ionen(positiv und negaativ)

Diffusion

Diffusion ist der ohne äußere Einwirkung eintretende Ausgleich von Konzentrationsunterschieden in Stoffgemischen als natürlich ablaufender Prozess aufgrund der Eigenbewegung der beteiligten Teilchen (Brown‘sche Molekularbewegung). Dies führt mit der Zeit zur vollständigen Durchmischung zweier oder mehrerer Stoffe durch die gleichmäßige Verteilung der beweglichen Teilchen.

z.B. Die Verteilung vom Salz im Nudelwasser

Brown‘sche Molekularbewegung

Die regellose, selbstständige Bewegung von Teilchen in Flüssigkeiten oder Gasen

Osmose

Osmose ist die gerichtete Diffusion von Wasser durch eine halbdurchlässige (semipermeable) Membran.Semipermeable Membranen haben besondere Eigenschaften: Sie sind zwar für die kleinen Wasser-Moleküle durchlässig, für größere Teilchen allerdings undurchlässig somit bewegt sich nur die Wassermoleküle durch die Membran

Osmose beispiele

• Salzlösung

• Zwiebelhäutchen in destilliertem vs Salzwasser

• Platzen von Kirschen im Regen (Osmose mit Zucker)

• Schrumpelige Finger nach Süßwasseraufenthalt

etc.

Hydrathüllen

Säure-Base Reaktionen

Bei dieser Reaktion werden Positive Wasserstoff-Ionen (Protonen) übertragen

Säure Defintion nach Brønsted

Ein chemischer Stoff der in der Lage ist ein Proton an einen Reaktionspartner abzugeben

Base Defintion nach Brønsted

Ein chemischer Stoff der in der Lage ist ein Proton von einem Reaktionspartner aufzunehmen

Ampholyt

Stoff der in einer Reaktion als Base sowie Säure agieren kann da es ein Wassserstoffproton aufnehmen sowie abgeben kann. Wasser ist ein Ampholyt und ist somit eine sehr schwache Base und Säure zugleich.

Säuren und Basen in wässriger Lösung

Starke Säuren und Basen sind in wässriger Lösung weitgehend vollständig dissoziiert.

Schwache Säuren und Basen sind in wässriger Lösung kaum dissoziiert.

PH-Wert

Der PH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der H+ Konzentration (bzw. der H3O+-Konzentration in Wasser)

Er reicht von 0 bis 14 wobei alles unter 7 zunehmend basisch und alles darüber zunehmend alkalisch. 7 ist neutral

Beispiele für Säuren und Basen (nicht so wichtig)

Puffer

Puffer halten bei Zusatz kleiner Mengen Säuren oder Basen den pH-Wert konstant. Puffer sind für den menschlichen Körper und alle biochemischen Vorgänge sehr wichtig, ebenso in der Lebensmittelherstellung (Säureregulatoren)

Reduktion

ist die Aufnahme von Elektronen

Oxidation

ist die Abgabe von Elektronen

Redox-reaktion

Eine Redoxreaktion ist eine chemische Reaktion, bei der Elektronen von einem Stoff auf einen anderen übertragen werden. Dabei passiert eine Reduktion und eine Oxidation was der Redox-Reaktion auch ihren Namen gibt.

Reduktionsmittel

gibt Elektronen ab

Oxidationsmittel

nimmt Elektronen auf

allgemeines Reaktionsschema bei Redox-Reaktionen

Welcher Trend bezüglich Redox zeigt sich im Periodensystem?

Je weiter rechts oben sich ein Element im Periodensystem befindet, desto höher ist sein Bestreben Elektronen ansich zu ziehen und somit Oxidationsmittel zu sein. Ausgenommen der Edelgase da der äußerste Elektronenhülle ja berits schon vollständig ist

Redox-reaktionen im Alltag

• Zellatmung: Energiegewinnungsprozess in lebendigen Zellen

• Photosynthese: Umwandlung von CO2 zu Zucker mit Hilfe von Sonnenlicht

• Akku aufladen/entladen: In Batterien und Akku laufen elektrochemische Prozesse ab

• Rosten: Wasser und Sauerstoff oxidieren unedle Metalle (Opferanode an Thermen)

• Verbrennung: Erdgas, Erdöl und Kohle können mit Sauerstoff oxidiert werden, um Wärme freizusetze

Oxidationszahl