I. Grundbegriffe der Chemie

I. Grundbegriffe der Chemie
1.1 Chemie und ihre Teilgebiete
Chemie: Wissenschaft von den Stoffen, ihrem Aufbau, ihren Eigenschaften und
den Reaktionen, die zu anderen Stoffen führen.
Teilgebiete: Anorganische Chemie - Elemente und ihre Verbindungen
Organische Chemie - Kohlenstoffverbindungen
(mit Ausnahme der Oxide, Säuren und Salze)
1.2 Einteilung der Stoffe
Übersicht:
Stoffe
Reine Stoffe
Stoffgemische
Chemische Elemente
Chemische Verbindungen
Metalle Nichtmetalle organ.Verbindungen anorgan.Verbindungen
Stoffe:
Reiner Stoff:
Stoffgemisch:
Chem. Element:
Metall:
Nichtmetall:
Chem. Verbindung:
Materialien, aus denen die Körper bestehen.
Stoff, der aus den Teilchen eines einzigen Stoffes besteht.
Stoff, der aus Teilchen verschiedener Stoffe besteht.
Stoff, dessen sämtliche Atome die gleiche Kernladungszahl haben.
Element, das als charakteristische Eigenschaften gutes Wärmeleitvermögen,
gutes elektrisches Leitvermögen und metallischen Glanz
besitzt.
Element, das keine oder nur einzelne der metallischen Eigenschaften
besitzt.
Stoff, in dem mindestens zwei Elemente miteinander verbunden sind,
und zwischen deren Massen ein bestimmtes stöchiometrisches Verhältnis
besteht.
Oxid:
Säure:
Base:
Salz:
Chemische Verbindung, die aus einem Element und Sauerstoff besteht.
Chemische Verbindung, die in wäßriger Lösung in freibewegliche, elektrisch
positiv geladene Wasserstoff-Ionen und elektrisch negativ geladene Säurerest-Ionen
dissoziiert.
Bsp.: Schwefelsäure H 2 SO + 4 H + SO4 2-
Chemische Verbindung, die in wäßriger Lösung in freibewegliche, elektrisch
positiv geladene Metall-Ionen und elektrisch negativ geladene Hydroxid-Ionen
dissoziiert.
Bsp.: Natriumhydroxid NaOH Na + + OH -
Chemische Verbindung, die in wäßriger Lösung in freibewegliche, elektrisch
positiv geladene Metall-Ionen und elektrisch negativ geladene Säurerest-
Ionen dissoziiert.
Bsp.: Natriumchlorid NaCl Na + + Cl -
1.3 Chemische Zeichensprache
Symbol: Zeichen für chemisches Element . Bsp.: Cl
Formel: Zeichen für chemische Verbindung. Bsp.: O 2
Gleichung: Darstellung von chemischen Reaktionen.
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II. Bau der Stoffe - Periodensystem
2.1 Bausteine der Stoffe
Atome:
Moleküle:
Ionen:
sind elektrisch neutrale Teilchen, aus denen die Elemente bestehen.
Teilchen, die aus mindestens 2 Atome bestehen und durch Atombindung
zusammenhalten.
sind elektrisch geladene Teilchen. Sie entstehen durch Elektronenabgabe
oder -aufnahme. (Kationen(+) und Anionen(-))
2.2. Periodensystem der Elemente
Historische Entwicklung des PSE - Periodensystem der Elemente
19. Jahrhundert: ca. 60 Elemente bekannt
1865: entwickelten MENDELEJEW und MEYER unabhängig
voneinander das heutige PSE
- Grundlage waren: Atommassen und Eigenschaften
- Lücken im PSE wurden durch spätere Entdeckungen gefüllt
- heute sind 111 Elemente bekannt
Periodensystem und Atombau:
Ordnungszahl:
Nummer der Hauptgruppe:
Nummer der Periode:
Elektronenanzahl
Protonenanzahl
Kernladungszahl
Anzahl der Außenelektronen
Anzahl der Schalen
Hauptgruppennummer und stöchiometrische Wertigkeit:
Hauptgruppennummer I. II. III. IV. V. VI. VII.
Wertigkeit gegenüber
Sauerstoff I II III IV V VI VII
Wertigkeit gegenüber
Wasserstoff I II III IV III II I
Periodizität chemischer und physikalischer Eigenschaften:
Eigenschaft
Metallcharakter
Nichtmetallcharakter
Wertigkeit gg.Sauerstoff
Wertigkeit gg. Wasserstoff
Kernladungszahl
Elektronegativitätswert
Dichte
Änderung
in den Hauptgruppen
in den Perioden
zunehmend
zunehmend
zunehmend
zunehmend
gleichbleibend
I VII zunehmend
gleichbleibend
I IV I zunehmend
zunehmend
zunehmend
im allgem. zunehmend
zunehmdend
im allgem. zunehmend I IV VII zunehmend
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2.3 Chemische Bindung
Atombindung:
Ionenbindung:
Metallbindung:
Vergleich verschiedener Bindungsverhältnisse
Merkmale:
Am Aufbau der
Stoffe beteiligte
Atome oder Ionen:
Ist eine Art der chemischen Bindung, die auf der Ausbildung
gemeinsamer Elektronenpaare beruht.
Ist eine Art der chem. Bindung, die auf den Anziehungskräften
zwischen unterschiedlich geladen Teilchen beruht.
Ist eine Art der chemischen Bindung, die auf dem Zusammenhalt
durch Anziehungskräfte zwischen Metallionen und freibeweglichen
Elektronen beruht.
Atombindung
gemeinsame
Elektronenpaare
Nichtmetallatome
Atombindung mit
teilweisem
Ionencharakter
gemeinsames
Elektronenpaar ist
zu einem Atom hin
verlagert
unterschiedliche
Nichtmetallatome
oder Metallatome
und Nichtmetallatome
Molekül
(häufig Dipol)
Ionenbeziehung
Anziehung zw.
entgegengesetzt
geladenen Ionen
Metall-Ionen
und Nichtmetall-
Ionen
Aufbau:
Molekül
Ionenkristall
(Molekülgitter)
(Ionengitter)
Bsp.: Cl 2 HCl NaCl Na
Metallbindung
Anziehung zw.
Metall-Ionen und
freibewegl.
Elektronen
Metall-Ionen und
freibewegl.
Elektronen
Metallkristall
(Metallgitter)
2.4 Wertigkeit
stöchiometrische Wertigkeit:
Oxidationszahl:
Zahl, die angibt, wieviel Wasserstoffatome ein Atom
eines Element binden oder in einer Verbindung ersetzen
kann.
Angabe von Art und Anzahl der Ladungen von freien
oder in Verbindungen enthaltenen Elementen, wobei
jedes einzelne Teilchen als Ion betrachtet wird.
Festlegungen beim Bestimmen von Oxidationszahlen:
Es gilt für die Festlegung Beispiele
freie Elemente Oxidationszahl= ±0 Cu (±0)
Elemente in Verbindungen
+2 -2 , +1 -2
-Metalle
Oxidationszahl=Wertigkeit Cu O , H 2 O
-Wasserstoff
Oxidationszahl= +1
-Sauerstoff
Oxidationszahl= -1
einfache Ionen Oxidationszahl= elektr.Ladung Na + (+1) , Br - (-1)
zusammengesetzte Ionen
Summe aller Oxidationszahlen -3 +1
= elektrische Ladung
N H + 4 (NH + 4 )
Moleküle von Verbindungen* Summe aller Oxidationszahlen +4 -2
=0
C O 2
elektrisch neutrale Atomgruppen Summe aller Oxidationszahlen -3 +1
organischer Verbindungen =0
-C H 3 (-CH 3 )
*Bei Verbindungen mit Ionenbeziehung wird entsprechend der Formel Das Zahlenverhältnis der Ionen zugrunde gelegt.
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III. Chemische Reaktionen
3.1.1 Merkmale einer chemischen Reaktion:
makroskopischer Bereich: 1. Stoffumwandlung
2. Energieumwandlung
submikroskopischer Bereich: 3. Veränderung der Teilchen
4. Veränderung der Bindung
3.1.2 Grundlagen chemischer Reaktionen
Physikalischer Vorgang:
Vorgang, bei dem sich Form, Aggregatzustand oder Lage
eines Körpers ändert, der Stoff aber erhalten bleibt.
Chemische Reaktion:
Vorgang, bei dem sich Stoff- und Energieumwandlungen
gleichzeitig vollziehen; dabei entstehen neue Stoffe mit
anderen Eigenschaften.
Bsp.: CaC 2 + H 2 O -> C 2 H 2 + Ca(OH) 2
Ausgangsstoffe
Reaktionsprodukte
reagierende Stoffe
Aktivierungsenergie:
Energie, die zum Auslösen einer chemischen Reaktion benötigt wird.
Reaktionswärme:
Bei chemischen Reaktionen aufgenommene oder abgegebene Wärmeenergie.
Die Reaktionswärme Q wird in Kilojoule (kJ) angegeben. Sie bezieht sich
auf die Stoffmengen, die durch die Gleichung angegeben sind.
Endotherme Reaktionen sind chemische Reaktionen, die unter Wärmeaufnahme
verlaufen. Energiegehalt der Ausgangsstoffe ist kleiner als der der Reaktionsprodukte.
Q= +n kJ
Exotherme Reaktionen sind chemische Reaktionen, die unter Wärmeabgabe
verlaufen. Energiegehalt der Ausgangsstoffe ist größer als der der Reaktionsprodukte.
Q= -n kJ
Reaktionsbedingungen:
Bedingungen, von denen der Ablauf einer chemischen Reaktion abhängig ist, werden
in Form von Zustandsgrößen ausgedrückt: Temperatur, Druck, Konzentration.
Gesetz von der Erhaltung der Masse:
Bei jeder chemischen Reaktion ist die Gesamtmasse der Ausgangsstoffe gleich
der Gesamtmasse der Reaktionsprodukte. (Lomonossow 1744, Lavoisier 1785)
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3.2 Verlauf chemischer Reaktionen
Voraussetzungen für den Reaktionsverlauf:
- Das Vorhandensein von Teilchen der Ausgangsstoffe,
- die ungeordnete Bewegung der Teilchen,
- das wirksame Zusammenstoßen der Teilchen,
- das Vorhandensein eines Mindesbetrages an innerer Energie
der reagierenden Stoffe.
Reaktionsverlauf: Gesehen zwischen den Teilchen während der Stoffumwandlung;
läßt sich einteilen in zwei Abschnitte: Aktivierung und Umsetzung
Aktivierung:
Umsetzung:
Energiezufuhr, Teilchen stoßen infolge Erhöhung ihres Energieinhalts
wirksam zusammen, dabei Lockerung der Bindungen, Entstehen
aktivierter (energiereicher) Teilchen.
aus aktivierten Teilchen entstehen Teilchen im
Endzustand (Reaktionsprodukte). (siehe Abb. 3.2.1)
E
Er1
Ea
Er2
AE
end.
ex.
Q1
Q2
c
Abb.3.2.1
t
Abb.3.2.2
t
Reaktionsgeschwindigkeit:
Quotient aus der Konzentrationsänderung und der dazu benötigten Zeit;
kennzeichnet das Fortschreiten des Reaktionsverlaufs.
(siehe Abb.3.2.2)
v= c2-c1
t2-t1
=
c
t
Die Reaktionsgeschwindigkeit ist abhängig von:
T/c/p ~ v
-Temperatur T
-Konzentration c
-Druck p
Umkehrbare Reaktionen:
Reaktion, bei der Hin- und Rückreaktion gleichzeitig ablaufen.
Es gibt nie einen vollständigen Stoffumsatz.
Chemisches Gleichtgewicht: (Tritt bei jeder umkehrbaren Reaktion ein.)
Die Geschwindigkeit der Hinreaktion ist gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion.
Die Konzentration der reagierenden Stoffe ändert sich nicht mehr.
Einstellzeit:
Zeit, die vom Beginn einer umkehrbaren Reaktion bis zum Erreichen
des chemischen Gleichgewichts benötigt wird.
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Prinzip von Le Chatelier:
Eine Veränderung der Reaktionsbedingungen bewirkt in einem System, das sich im
chemischen Gleichgewicht befindet, eine Verschiebung der Gleichgewichtslage, die
die veränderten Reaktionsbedingungen ausgleicht.
Veränderungen der Reaktionsbedingungen
Temperatur -Erhöhung
-Senkung
Druck
-Erhöhung
-Senkung
Konzentration -Erhöhung
-Senkung
Wirkungen auf die Verschiebung der
Gleichgewichtslage
fördert die endotherme Reaktion
fördert die exotherme Reaktion
fördert die Reaktion, die unter Abnahme des
Volumens steht
fördert die Reaktion, die unter Zunahme des
Volumens steht
fördert die Reaktion unter Verbrauch des
zugeführten Stoffes
fördert die Reaktion unter Bildung des abgeführten
Stoffes
3.3 Katalyse
Katalysator:
Katalyse:
Biokatalysatoren:
Bsp.:
Stoff, der durch Beteiligung an der chemischen Reaktion sowie durch
Herabsetzung der Aktivierungsenergien für Hin- und Rückreaktion
die Einstellzeit des chemischen Gleichgewichts verkürzt oder verlängert,
ohne Gleichgewichtslage und Reaktionswärme zu verändern.
Viele Katalysatoren haben einen spezifische Wirkung.
Einwirken von Katalysatoren auf chemische Reaktionen.
Positive Katalyse ist das Beschleunigen und negative Katalyse
das Verzögern der Reaktionsabläufe im System.
Katalysatoren, die bei physiologischen Prozessen im lebenden
Organismus verwendet werden.
Enzyme,Homone,Vitamine
Biokatalyse:
Bsp.:
Katalyse bei physiologischen Prozessen im lebenden Organismus.
Verdauung,biologische Oxidation,Assimilation,Photosynthese
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3.4 Arten chemischer Reaktionen
Redoxreaktion: chem.Reaktion,bei der ein Elektronenübergang stattfindet.
Teilreaktionen sind Oxidation und Reduktion
Oxidation:
Teilreaktion, bei der Elektronen abgegeben werden.
Verbindung mit Sauerstoff (Oxidationszahl wird größer)
Reduktion:
Teilreaktion, bei der Elektronen aufgenommen werden.
Entzug von Sauerstoff (Oxidationszahl wird kleiner)
Oxidationsmittel: Reaktionspartner der Sauerstoff abgibt.
(Oxidationszahl wird kleiner,Oxidationsmittel wird reduziert)(am Anfang von Reduktion)
Reduktionsmittel: Reaktionspartner, der Sauerstoff aufnimmt.
(Oxidationszahl wird größer,Reduktionsmittel wird oxidiert)
Reaktion mit Protonenübergang: Reaktion, bei der Protonen zwischen den reagierenden
Stoffen ausgetauscht werden.
Bsp.: Neutralisation: Verbindung von Wasserstoff-Ionen mit Hydroxid-Ionen.
H + + OH - -> H 2 O
Fällungsreaktion: Reaktion, bei der Ionen eines schwerlöslichen Salzes in der Lösung
zusammentreten, so daß dieses Salz als Niderschlag ausfällt.
Substitution:
Kondensation:
Polykondensation:
Addition:
Ersatz von gebundenen Atomen oder Atomgruppen einer Verbindung
durch andere Atome oder Atomgruppen; dabei entstehen mehrere
Reaktionsprodukte.
Substitution, bei der meist Wasser als Nebenprodukt ensteht.
Substitution, bei der Makromoleküle entstehen.
Chemische Reaktion, bei der jeweils zwei oder mehrere Moleküle
zu einem neuen Molekül auf Grund der Mehrfachbindungen bei
mindestens einem Molekül zusammentreten.
Hydrierung:
Verbindung mit Wasserstoff.
Polymerisation: Addition, bei der jeweils viele Moleküle mit Mehrfachbindung
unter Bildung eines Makromoleküls zusammentreten.
Eleminierung: Chemische Reaktion, bei der jeweils aus einem Molekül zwei oder
mehrere Atome oder Atomgruppen ohne Ersatz durch andere
austreten. (Entstehung von Mehrfachbindung)
Dehydrierung:
3.5 Dissoziation
Entzug von Wasserstoff.
Lösung: Gemisch, bei dem feste, flüssige oder gasförmige Stoffe in einem flüssigen
Stoff fein verteilt sind. Nach der Menge an gelöstem Stoff in einer bestimmten
Menge Lösungsmittel kann man einteilen: verdünnte,konzentrierte,gesättigte Lsg.
Löslichkeit: Eigenschaft der Salze, sich in Wasser mit unterschiedlicher Masse zu lösen;
gibt an, wieviel Gramm eines Stoffes in 100g Wasser gelöst werden können.
Die Löslichkeit ist temperaturabhängig.
Dissoziation: Vorgang unter dem Einfluß der Moleküle des Wassers, in dessen
Ergebnis freibewegliche Ionen auftreten.
Bsp.: NaCl Na + + Cl -
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IV. Chemisches Rechnen
4.1 Wichtige Größen und Einheiten
Absolute Atommasse: wirkliche Masse eines Atoms eines Elements.
Einheit: g
Bsp.: C 0,000 000 000 000 000 000 000 0199g
Relative Atommasse: Quotient aus der absoluten Masse eines Atoms eines Elements
und dem zwölften Teil der Masse eines Kohlenstoffatoms; gibt
an, wievielmal so groß die Masse eines Atoms eines Elements
wie der zwölft Teil der Atommasse des Kohlenstoffisotops
12/6 C ist.
Bsp.: C 0,000 000 000 000 000 000 000 02*12g =12
0,000 000 000 000 000 000 000 02g
Relative Molekülmasse: Quotient aus der absoluten Masse eines Moleküls einer Verbindung
oder eines Elements und dem zwölften Teil der Atommasse
des Kohlenstoffisotops 12/6 C; Summe der relativen
Atommassen aller in einem Molekül enthaltenen Atome.
Stoffmenge:
Größe in der Chemie für die Anzahl der vorhandenen Teilchen.
Einheit: mol
Mol:
Einheit der Stoffmenge. 1 mol sind soviel Teilchen, wie Atome
in 12g des Kohlenstoffisotops 12/6 C enthalten sind:
etwa 6*10 23 Teilchen.
Molare Masse: Quotient aus der Masse eines Stoffes und seiner Stoffmenge.
Einheit: g/mol
Molares Volumen: Quotient aus dem Volumen eines Stoffes und seiner Stoffmenge.
Einheit: l/mol ; beträgt bei Gasen im Normzustand
stets annähernd 22,4 l/mol.
Zusammenhang zwischen molarem Volumen, molarer Masse und Dichte:
Dichte =
M
Vm
=
molare Masse
molares Volumen
4.2 Berechnungen bei chemischen Reaktionen
1. Aufstellen der Reaktionsgleichung
2. Gegebene und gesuchte Größen über die Gleichung eintragen
3. Eintragen der Massen bzw. Volumen der in der Gleichung angegebenen Stoffmengen
unter der Gleichung
4. Aufstellen der Verhältnisgleichung
5. Ausrechnen der Verhältnisgleichung
6. Formulieren des Ergebnisses
Satz des Avogadro:
Gleiche Volumen aller Gase enthalten bei gleicher Temperatur
und gleichem Druck die gleiche Anzahl von Teilchen.
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V. Elemente und anorganische Verbindungen
5.1 Namen organischer Verbindungen
Allgemeine Regeln:
Die Namen von anorganischen Verbindungen aus zwei Elementen werden aus den Namen
der beiden enthaltenen Elemente gebildet.
Der Name des Elements mit dem kleineren Elektronegativitätswert wird (meist unverändert)
im Namen der Verbindung zuerst genannt. Der (vom lateinischen Wortstamm abgeleitete)
Name des Elements mit dem größeren Elektronegativitätswert wird mit der Endung -id
versehen an den Namen des Elements mit dem kleineren Elektronegativitätswert angefügt.
Flour Flourid Sauerstoff Oxid
Chlor Chlorid Schwefel Sulfid
Brom Bromid Stickstoff Nitrid
Jod Jodid Kohlenstoff Karbid
Die stöchiometrischen Verhältnisse der beiden Elemente oder die Wertigkeit des Elements
mit dem kleineren Elektronegativitätswert werden im Namen der Verbindung gekennzeichnet,
wenn mehrere Verbindungen der beiden Elemente existieren.
Verbindungen aus einem Metall und einem Nichtmetall:
Die Namen dieser Verbindungen werden gebildet aus:
- dem Namen des Metalls;
- der Wertigkeit des Metalls, angegeben in römischen Ziffern, in Klammern gesetzt, und mit
einem Bindestrich versehen;
- dem Namen des Nichtmetalls, versehen mit der Endung -id.
Bsp.: Verbindung aus Eisen und Chlor: Eisen(III)-Chlorid
Wenn nur eine Verbindung zwischen beien Elementen besteht, entfällt die Angabe der Wertigkeit.
Verbindungen zwischen zwei Nichtmetallen:
Die Namen dieser Verbindungen werden gebildet aus:
- der Anzahl der Atome (je Molekül) des Elements mit dem kleineren Elektronegativitätswert,
angegeben in griechischen Zahlwörtern;
- dem Namen des Elements mit dem kleineren Elektronegativswert;
- der Anzahl der Atome (je Molekül) des Elements mit dem größeren Elektronegativitätswert,
angegeben in griechischen Zahlwörtern;
- dem (vom lateinischen Namen abgeleiteten) Namen des Elements mit dem größeren Elektronegativitätswert,
versehen mit der Endung -id.
Bsp.: Verbindung zwischen Phosphor und Sauerstoff: Diphosphorpentoxid
Ist im Molekül nur ein Atom des Elements mit dem kleineren Elektronegativitätswert enthalten,
so entfällt die Angabe der Atomanzahl für dieses Element.
Angabe der Atomanzahl: 1 mon(o), 2 di, 3 tri, 4 tetr(a), 5 pent(a), 6 hex(a), 7 hept(a)
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Basen:
Die Namen der Basen werden gebildet aus:
- dem Namen des Metalls, aus dem das Metall-Ion entstanden ist;
- dem Namen des Hydroxid-Ions.
Wenn mehrere Basen eines Metalls existieren, wird die Wertigkeit des Metalls seinem Namen
angefügt.
Bsp: Fe(OH) 3 Eisen(III)-hydroxid
NaOH Natriumhydroxid
Säuren und Salze:
Für die anorganischen Säuren sind im allgeminen keine systematischen Namen gebräuchlich.
Die Namen der Salze werden gebildet aus:
- dem Namen des Metall, aus dem das Metall-Ion entstanden ist;
- der Wertigkeit des Metalls (wenn es in verschiedenen Wertigkeiten auftreten kann)
angegeben in römischen Ziffern, in Klammern gesetzt und mit Bindestrich versehen;
- dem Namen des Säurerest-Ions.
Bsp.:
CuSO 4 Kupfer(II)-sulfat
KNO 3 Kaliumnitrat
Namen der Säurerest-Ionen:
Name der Säure Formel Name des Säurerest-Ions
Zeichen
Chlorwasserstoffsäure HCL Chlorid-Ion Cl -
(Salzsäure)
Salpetersäure HNO 3 Nitrat-Ion NO - 3
Schwefelsäure H 2 SO 4 Sulfat-Ion SO 2- 4
schweflige Säure H 2 SO 3 Sulfit-Ion SO 2- 3
Schwefelwasserstoffsäure
H S 2 Sulfid-Ion S 2-
Kohlensäure H 2 CO 3 Karbonat-Ion
Phosphosäure H 3 PO 4 Phospaht-Ion
CO 2- 3
PO 3- 4
Die Anzahl der H-Ionen bestimmt Wertigkeit der Säurerest-Ionen
5.2 Die Hauptgruppen des Periodensystems
I. Hauptgruppe Alkalimetalle V. Hauptgruppe Stickstoffgruppe
II. Hauptgruppe Erdalkalimetalle VI. Hauptgruppe Chalkogene
III. Hauptgruppe Borgruppe VII. Hauptgruppe Halogene
IV. Hauptgruppe Kohlenstoffgruppe VIII. Hauptgruppe Edelgase
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Definition:
VI. Organische Verbindungen und
makromolekulare Stoffe
Organische Stoffe sind Verbindungen des Kohlenstoffs.
6.1 Grundbegriffe der organischen Chemie
Kettenförmige Kohlenwasserstoffe:
Stoffe, in deren Molekülen die Kohlenstoffatome kettenförmig miteinander verbunden sind.
Bsp.: unverzweigte Kette, verzweigte Kette
Ringförmige Kohlenstoffverbindungen:
Stoffe, in deren Molekülen die Kohlenstoffatome ringförmig miteinander verbunden sind.
Gesättigte Kohlenstoffverbindungen:
Verbindungen, in deren Molekülen nur Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen
bestehen.
Ungesättigte Kohlenstoffverbindungen:
Verbindungen, in deren Molekülen nur Mehrfachbindungen (Doppelbindung, Dreifachbindung)
oder Mehrfachbindungen und Einfachbindungen bestehen.
Homologe Reihe:
Reihe chemisch ähnlicher Verbindungen, bei der zwischen den Formeln zweier aufeinanderfolgender
Glieder stets die gleiche Differenz CH 2 auftritt.
Bestimmte Eigenschaften der Glieder einer homologen Reihe sind infolge der gemeinsamen
Strukturmerkmale dieser Verbindungen übereinstimmend. Die unterschiedliche Molekülmasse
der Glieder einer homologen Reihe hat aber auch unterschiedliche Eigenschaften zur Folge.
Die Glieder einer homologen Reihe heißen Homologe.
Isomere Kohlenstoffverbindungen:
Stoffe mit gleicher Summenformel, die sich voneinander durch die Molekülstruktur unterschieden.
Die unterschiedliche Molekülstruktur bedingt auch unterschiedliche Eigenschaften der Verbindungen.
Das Auftreten isomerer Verbindungen heißt Isomerie.
a) Unterschiedlicher Aufbau der Kohlenstoffkette
b) Unterschiedliche Lage der Mehrfachbindungen
c) Unterschiedliche Stellung von Substituenten
Derivate:
Verbindungen, deren Moleküle man sich durch Ersatz von gebundenen Atomen oder Atomgruppen
durch andere Atome oder Atomgruppen entstanden denken kann.
Funktionelle Gruppen:
Atomgruppen, die weitgehend das chemische Verhalten von Verbindungen bestimmen.
Hydroxylgruppe-OH Karboxylgruppe -COOH
Aldehygruppe -CHO Aminogruppe -NH 2
Alkyle:
Atomgruppen, die ein Wasserstoffatom weniger besitzen als die Alkanmoleküle, von
denen sie abgeleitet sind.
allgemeine Formel: -C n H 2n+1 oder -R ***
Bsp.: Methyl CH 3
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6.2 Namen organischer Verbindungen
Unverzweigte kettenförmige Kohlenwasserstoffe:
Die systematischen Namen unverzweigter kettenförmiger Kohlenwasserstoffe sind
zusammengesetzt aus:
- einem Wortstamm, der die Anzahl der Kohlenstoffatome im Molekül angibt;
- einer Endung, die die Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen charakterisiert;
- arabischen Ziffer (in Klammern gesetzt mit Bindestrich), die die Stellung der Mehrfachbindungen
angeben.
Bsp.: Buten-(1)
Wortstämme: 1 Meth 8 Okt 15 Pentdek
2 Eth 9 Non 16 Hexdek
3 Prop 10 Dek 17 Heptadek
4 But 11 Undek 18 Oktadek
5 Pent 12 Dodek 19 Nonadek
6 Hex 13 Tridek 20 Eikos
7 Hept 14 Tetradek
Endungen:
Endung Kennzeichen Name der Reihe Beispiel
-an
gesättigt,einfache Bindungen
zwischen Kohlenstoffatomen
C-C
Alkane CH 3 -CH 2 -CH 3
Propan
-en
-in
ungesättigt, 1 Doppelbindung
zwischen 2 Kohlenstoffatomen
>C=C<
ungesättigt, 1 Dreifachbindung
zwischen 2 Kohlenstoffatomen
-C=C-
Alkene CH 2 =CH 2
Ethen
Alkine CH=C-CH 2 -CH 2 -CH 3
Pentin-(1)
Verzweigte kettenförmige Kohlenwasserstoffe:
Verzweigte kettenförmige Kohlenwasserstoffe erhalten als Grundnamen die Bezeichnung des
unverzweigten Kohlenwasserstoffs (Stammkohlenwasserstoffs), der der längsten Kohlenstoffkette
im Molekül entspricht.
Dem Namen des Stammkohlenwasserstoffs stellt man die Bezeichnungen der als Seitenketten
enthaltenen Kohlenwasserstoffreste, die Angabe ihrer Stellung und die Angabe der Anzahl
der Kohlenwasserstoffreste voran.
Die Namen verzweigter kettenförmiger Kohlenwasserstoffe sind demnach zusammengesetzt aus:
- arabischen Ziffern (mit Bindestrich), die die Stellung der Kohlenwasserstoffreste angeben;
- griechischen Zahlwörtern,die die Anzahl der Kohlenwasserstoffreste angeben;
- den Namen der Kohlenwasserstoffreste, die die Seitenketten bilden;
- dem Namen des Kohlenwasserstoffrests in der Hauptkette.
Bsp.: 2.4-Dimethylpentan
Die Namen der als Seitenketten auftretenden Atomgruppen (Kohlenwasserstoffreste) werden
aus dem Wortstamm des Kohlenwasserstoffes, von dem sie abgeleitet sind, und der Endung
-yl gebildet. Die von den Alkanen abgeleiteten Atomgruppen heißen dementsprechend Alkyle.
Außer den systematischen Namen sind auch ältere Nemen gebräuchlich.
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Derivate kettenförmiger Kohlenwasserstoffe mit funktioneller Gruppen
Die systematischen Namen der wichtigen Derivat kettenförmiger Kohlenwasserstoffe mit
funktionellen Gruppen sind zusammengestzt aus:
- dem Namen des Kohlenwasserstoffs mit der gleichen Anzahl von Kohlenwasserstoffatomen
(von dem sie abgeleitet sind);
- griechischen Zahlwörtern, die die Anzahl der funktionellen Gruppen angeben;
- einer Endung, die die Art der funktionellen Gruppen angibt;
- arabischen Ziffern (in Klammern, mit Bindestrich), die die Stellung der funktionellen Gruppen
angeben. Bsp.: Butanol-(1) Propantriol
Das Kohlenstoffatom der funktionellen Gruppe zählt im Namen mit.
Namen der funktionellen Gruppen in Verbindungen:
funktionelle Gruppe funktionelle Gruppe Name der Vorsilbe Name der Endung
Bezeichnung
Zusammensetzung
Hydroxylgruppe -OH -OH Hydroxy- -ol
Aldehydgruppe -C=O
\ H
-CHO --- -al
Karboxylgruppe -C=O -COOH
\ OH
Karboxy- -säure
Aminogruppe -N-H -NH 2
\ H
Amino- -amin
6.3 Kohlenwasserstoffe
Charakteristik der Kohlenwasserstoffe:
Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff, die sich durch die Bindungsverhältnisse im
Molekül sowie die Anzahl der Atome, aus denen sie bestehen, unterscheiden.
Name charakteristische Strukturmerkmale allgemeine Formel
Alkane
(Paraffine)
kettenförmig, gesättigt; Moleküle enthalten nur
Einfachbindungen zwischen denKohlenwasserstoffen
C n H 2n+2
Alkene
(Olefine)
Alkine
(Azetylene)
Zykloalkane
(Naphthene)
Aromatische
Kohlenwasserstoffe
kettenförmig, ungesättigt; Moleküle enthalten
Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen
und Einfachbindungen zwischen den übrigen
kettenförmig, ungesättigt; Moleküle enthalten eine
Dreifachbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen
und Einfachbindungen zwischen den übrigen
ringförmig, gesättigt; Moleküle enthalten nur
Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen
ringförmig, Bindungssystem des Benzols C 6 H 6 ; Moleküle
des Benzolrings enthalten nur Einfachbindungen
und Elektrosextett zwischen
den Kohlenstoffatomen
C n H 2n
C n H 2n-2
C n H 2n
---
6.4 Halogenderivate der Kohlenwasserstoffe
Charakteristik der Halogenderivate:
Derivate der Kohlenwasserstoffe mit mindestens einem Halogenatom als Substituent.
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6.5 Alkohole und Phenole
Charakteristik der Alkohole und Phenole:
Sauerstoffderivate der Kohlenwasserstoffe, die eine oder mehrere Hydroxylgruppen -OH
im Molekül enthalten.
Name
charakteristische Strukturmerkmale
Alkanole kettenförmig, gesättigt; 1 Hydroxylgruppe im Molekül
Alkantriole kettenförmig, gesättigt; 3 Hydroxygruppen im Molekül
Phenole Derivat des Benzols mit mindestens einer Hydroxylgruppe im Molekül
6.6 Aldehyde
Charakteristik der Aldehyde:
Sauerstoffderivate der Kohlenwasserstoffe, die eine Aldehydgruppe -C=O
im Molekül enthalten.
\ H
6.7 Karbonsäuren
Charkteristik der Karbonsäuren:
Sauerstoffderivate der Kohlenwasserstoffe, die eine oder mehrere Karboxylgruppen
C=O im Molekül enthalten.
\ OH
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VII. Chemische Experimente
Reinigen und Trocknen von Gasen:
Gas Waschflüssigkeit Trockenmittel Unschädlichmachen
Ethen
1. Wasser
2. Natriumhydroxidlösung
Verbrennen
(Knallgasprobe)
Ethin
1. Natriumhydroxidlösung
2. Kaliumdichromatlösung
Verbrennen
(Knallgasprobe)
und Schwefelsäure
Chlor
gesättigte
Kaliumpermaganatlösung
konz. Schwefelsäure oder
Kalziumchlorid
Durchleiten durch
Natronkalk
Chlorwasserstoff
konz. Schwefelsäure oder
Kalziumchlorid
Durchleiten durch
Natronkalk
Kohlendioxid Wasser konz. Schwefelsäure oder
Kalziumchlorid
Durchleiten durch
Natronkalk
Kohlenmonoxid Natriumhydroxidlösung konz. Schwefelsäure oder
Kalziumchlorid
Verbrennen
(Knallgasprobe)
Sauerstoff Wasser konz. Schwefelsäure oder
Kalziumchlorid
Schwefeldioxid
konz.Schwefelsäure oder
Kalziumchlorid
Durchleiten durch
Natronkalk
Schwefelwasserstoff Wasser Kalziumchlorid Durchleiten durch
Natronkalk
Wasserstoff
1. gesättigte
Kaliumpermanganatlösung
2. Kaliumhydroxidlösung
konzentierte
Schwefelsäure
Nachweisreaktionen
Fällungsreaktionen:
Vielfach chemische Reaktionen, bei denen Ionen eines Salzes in der Lösung zusammentreten,
so daß dieses Salz als Niederschlag ausfällt.
Verbrennen
(Knallgasprobe)
Nachweis für Reagens Reaktionsmerkmal
Blei-Ionen Pb 2+ Schwefelwasserstoff schwarzesBleisulfid
Bromid-Ionen Br - Silbernitratlösung gelbliches Silberbromid
Chlorid-Ionen C - l Silbernitratlösung weißes Silberchlorid
Jodid-Ionen J - Silbernitratlösung gelbes Silberjodidlösung
Kohlendioxid CO 2- 3 Kalziumhydroxidlösung
weißes Kalziumkarbonat
(Karbonat-Ionen)
Bariumhydroxidlösung
weißes Bariumkarbonat
Silber-Ionen Ag + Natriumchloridlösung weißes Silberchlorid
Sulfat-Ionen SO 2- 4 Bariumchloridlösung in salzsaurer weißes Bariumsulfat
Lösung
Sulfid-Ionen S 2- Bleiazetatlösung
Bleinitratlösung
schwarzes Bleisulfid
Nachweis von Ammoniak und Ammonium-Ionen
Nachweis für Reagens Reaktionsmerkmal
Ammoniak NH 3 Salzsäure weißer Rauch von Ammoniumchlorid
NH 3 + HCl -> NH 4 Cl
Ammonium-Ionen Hydroxid-Ionen Ammoniak entweicht
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Nachweisreaktionen organischer Verbindungen:
Nachweis für Reagens Reaktionsmerkmal
Alkane fuchsinschweflige Säure Färbung: rotviollet
(infolge Bildung einer Additionsbindung)
Eiweiße konzentrierte Salpetersäure Färbung: gelb; bei Zusatz basischer Lösung:
orange
(Xanthoprotein-Reaktion)
Mehrfachbindungen Bromwasser Entfärbung infolge Addition mit
Brom
Reduktionswirkung
1. Fehlingsche Lösung
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2. frische ammoniakalische
Silbernitratlösung
Beim Erhitzen zunächst Verfärbung, dann
ziegelroter
Niederschlag von Kupfer(I)-oxid
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-------Beim Erwärmen Schwarzfärbung durch
Ausscheidung von feinverteiltem
Silber bzw. Silberspiegel an
der Gefäßwand
Stärke Jod-Kalium-Jodid-Lösung Färbung: blau (durch Bildung einer
Additionsverbindung)
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