Grundlagen der Chemie: Atome, Stoffe, Gemische und Reaktionen

Karteikartensatz zu den grundlegenden chemischen Begriffen aus der Vorlesung, einschließlich Periodensystem, Stoffeinteilung, Stoffgemische, Stoffeigenschaften, Aggregatzustände sowie Synthese und Analyse.

Atome

Die Grundbausteine der Materie. Jede Atomart entspricht einem chemischen Element.

Elementsymbole nach Berzelius

Chemische Symbole aus einem oder zwei Buchstaben zur Bezeichnung von Elementen, wobei der erste Buchstabe stets groß und der zweite Buchstabe klein geschrieben wird.

Natürlich vorkommende Elemente

Auf der Erde können genau $94$ Elemente in der Natur gefunden werden; alle übrigen Elemente werden künstlich hergestellt.

Gruppe (PSE)

Eine senkrechte Kolonne im Periodensystem der Elemente (PSE), in der Elemente mit ähnlichen Eigenschaften stehen.

Periode (PSE)

Eine waagerechte Zeile im Periodensystem der Elemente (PSE).

Hauptgruppen (PSE)

Die insgesamt $8$ mit den römischen Ziffern I bis VIII gekennzeichneten Gruppen des Periodensystems: Alkalimetalle (I), Erdalkalimetalle (II), Erdmetalle (III), Kohlenstoffgruppe (IV), Stickstoffgruppe (V), Sauerstoffgruppe (VI), Halogene (VII) und Edelgase (VIII).

Nebengruppen (PSE)

Die zwischen den Hauptgruppen II und III eingefügten Gruppen des Periodensystems, die wichtige Metalle wie Eisen ($\text{Fe}$), Kupfer ($\text{Cu}$) oder Gold ($\text{Au}$) enthalten.

Halogene

Elemente der VII. Hauptgruppe mit charakteristischen Zuständen und Gas- bzw. Dampffarben bei Raumtemperatur: Fluor (gasförmig, hellgelb), Chlor (gasförmig, grün), Brom (flüssig, braun) und Iod (fest, violett).

Elementkategorien im PSE

Die drei Hauptklassen, in die sich die Elemente im Periodensystem unterteilen lassen: Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle.

Grundstoff (elementarer Stoff)

Ein Reinstoff, der aus nur einer einzigen Atomart besteht (z. B. Sauerstoffgas, $O_2$).

Chemische Verbindung

Ein Reinstoff, der aus Atomen von zwei oder mehreren verschiedenen chemischen Elementen aufgebaut ist (z. B. Wasser, $H_2O$).

Reinstoff

Ein Stoff, der aus einer einzigen Teilchenart besteht; hierzu zählen sowohl Grundstoffe als auch chemische Verbindungen.

Stoffgemisch

Eine Mischung bzw. ein Gemenge aus mehreren verschiedenen Stoffen, die nebeneinander vorliegen.

Heterogenes Gemisch

Ein Stoffgemisch, dessen unterschiedliche Bestandteile mit bloßem Auge oder unter dem Mikroskop erkennbar sind (z. B. Granit oder ein Sand-Wasser-Gemisch).

Suspension

Ein heterogenes Stoffgemisch aus festen Teilchen in einer Flüssigkeit (z. B. Orangensaft mit Fruchtfleisch).

Emulsion

Ein heterogenes Gemisch aus zwei fein verteilten, nicht ineinander löslichen Flüssigkeiten (z. B. Öl/Wasser-Gemisch).

Aerosol

Ein heterogenes Gemisch aus schwebenden festen Teilchen in einem Gas (Rauch) oder fein verteilten Flüssigkeitströpfchen in einem Gas (Nebel).

Homogenes Gemisch

Ein Stoffgemisch, das völlig einheitlich aussieht und dessen Einzelbestandteile selbst mikroskopisch nicht voneinander unterscheidbar sind (z. B. Wasser-Zucker-Gemisch).

Legierung

Ein homogenes Gemisch aus mindestens zwei festen Stoffen beziehungsweise Metallen (z. B. Bronze aus Kupfer und Zinn).

Lösung

Ein homogenes Gemisch aus einem oder mehreren festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen in einer Flüssigkeit (z. B. Salzwasser, Wein oder gelöstes Kohlenstoffdioxid in Mineralwasser).

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaften eines Reinstoffs, die durch Messungen mittels Instrumenten ermittelt werden können, ohne dass die Substanz dabei verändert oder zerstört wird (z. B. Dichte, Härte, Schmelz- und Siedetemperatur).

Dichte ($\rho$)

Der Quotient aus der Masse $m$ einer Stoffportion und ihrem eingenommenen Volumen $V$ ($\rho = \frac{m}{V}$) mit den Einheitenbeziehungen $1\,\text{g/cm}^3 = 1\,\text{g/mL} = 1\,\text{kg/L}$.

Löslichkeit

Gibt an, wie viel Gramm eines bestimmten Stoffes bei einer festgelegten Temperatur in $100\,\text{g}$ Wasser maximal gelöst werden können; sie ist stark temperaturabhängig.

Diffusion

Die selbstständige Durchmischung verschiedener Stoffe infolge der thermischen Eigenbewegung ihrer Teilchen.

Aggregatzustände

Die drei klassischen Erscheinungsformen: fest (bestimmte Form, bestimmtes Volumen, feste Gitterplätze), flüssig (unbestimmte Form, bestimmtes Volumen, verschiebbare Teilchen) und gasförmig (unbestimmte Form, unbestimmtes Volumen, freie Teilchenbewegung).

Phasenübergänge

Zustandsänderungen von Stoffen: Schmelzen (fest $\rightarrow$ flüssig), Erstarren (flüssig $\rightarrow$ fest), Sieden (flüssig $\rightarrow$ gasförmig), Kondensieren (gasförmig $\rightarrow$ flüssig), Sublimieren (fest $\rightarrow$ gasförmig) und Resublimieren (gasförmig $\rightarrow$ fest).

Chemische Reaktion

Eine stoffliche Umwandlung, bei der Ausgangsstoffe (Edukte) verbraucht und neue Endstoffe (Produkte) mit neuen Eigenschaften gebildet werden; sie kann nicht durch physikalische Trennverfahren rückgängig gemacht werden.

Synthese

Die chemische Reaktion, bei der aus elementaren Grundstoffen eine chemische Verbindung hergestellt wird (z. B. $\text{Eisen} + \text{Schwefel} \rightarrow \text{Eisensulfid}$).

Analyse (chemisch)

Die Zersetzung beziehungsweise Zerlegung einer chemischen Verbindung in ihre jeweiligen elementaren Grundstoffe.

Elektrolyse

Die Zersetzung einer chemischen Verbindung unter Einwirkung des elektrischen Stroms (z. B. die Spaltung von Wasser: $\text{Wasser} \rightarrow \text{Sauerstoff} + \text{Wasserstoff}$).

Glimmspan- und Knallgasprobe

Nachweisreaktionen bei der Wasser-Elektrolyse: An der positiv geladenen Anode entsteht Sauerstoff (positiver Nachweis via Glimmspanprobe), an der negativ geladenen Kathode entsteht Wasserstoff (positiver Nachweis via Knallgasprobe).