Merkstoff Chemie

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2Reinstoffe – Gemenge – TrennverfahrenKochsalz – ein Beispiel füreinen ReinstoffEin Gemenge aus Sand undKochsalz – durch die Lupebetrachtet• Reinstoffe bestehen aus nur einer Stoffart.Beispiele: Zucker, Kochsalz, destilliertes Wasser• Gemenge sind Mischungen aus Reinstoffen. Jeder der Reinstoffe behält im Gemengeseine Eigenschaften. Jedoch unterscheiden sich die Eigenschaften des Gemenges von denEigenschaften der Reinstoffe, aus denen das Gemenge besteht.Beispiele: Brotteig, Nudelsuppe, ZigarettenrauchDer Luftfilter eines Autostrennt feste Teilchen von derLuft.Bei der Destillation desWassers werden feste Stoffevom Wasser getrennt.Papierchromatographie einesschwarzen Filzstifts• Die Trennung von Gemenge erfolgt durch physikalische Verfahren, z. B. durch: Filtration: Feste Teilchen werden von einer Flüssigkeit oder einem Gas mithilfe einesFiltermittels getrennt.Beispiele: Filtrieren von Wein, Luftfilter eines Autos Destillation: Feste Stoffe werden von einer Flüssigkeit getrennt oder Flüssigkeiten mitunterschiedlichen Siedetemperaturen werden getrennt.Beispiele: Herstellung von destilliertem Wasser, Schnaps brennen Chromatographie: Physikalisch unterscheidbare Stoffe eines Gemenges werdenmithilfe einer Flüssigkeit oder eines Gases getrennt.Beispiele: Trennung von sehr geringen Stoffmengen in der medizinischen Diagnose,Untersuchung der Zusammensetzung von Gasen

3Chemische Elemente – Chemische Verbindungen – AtombauEisen ist einElement. Esbesteht nur ausEisenatomen.Kochsalz ist keinElement. Esbesteht ausNatrium- undChloratomen.Element Lateinischer Name SymbolWasserstoff Hydrogenium HHelium Helium HeNatrium Natrium NaChlor Chlorum ClFluor Fluor FEisen Ferrum Fe• Chemische Elemente sind Reinstoffe, die aus nur einer „Sorte“ von Atomen bestehen.Chemische Elemente können durch chemische Reaktionen nicht weiterzerlegt werden.Beispiele: Eisen, Sauerstoff, Stickstoff• Chemische Verbindungen sind Reinstoffe, die aus verschiedenen „Sorten“ von Atomenbestehen.Chemische Verbindungen können durch chemische Reaktionen in kleinere Bausteineweiterzerlegt werden.Beispiele: Wasser, Kochsalz, ZuckerDas Bohr’sche AtommodellModelle der Atomkerne vonKohlenstoff und Chlor• Jedes Atom besteht aus einem positiv geladenen Atomkern, der von einer negativgeladenen Atomhülle umgeben ist.• Der Atomkern besteht aus positiv geladenen Protonen und elektrisch neutralenNeutronen.• Die Teilchen der Atomhülle sind negativ geladene Elektronen.

4Das PeriodensystemDie ersten 18 Elemente des Periodensystems• Im Periodensystem sind die Elemente geordnet: Nach der Ordnungszahl: An der Ordnungszahl erkennt man die Anzahl derProtonen im Atomkern. Für elektrisch neutrale Atome gilt:Anzahl der Protonen im Atomkern = Anzahl der Elektronen in der Atomhülle In Perioden (= Zeilen): An der Periodenzahl erkennt man die Zahl der Atomhüllen.In den Elementen einer Periode werden jeweils die Elektronenhüllen aufgefüllt. In Gruppen (= Spalten): Die Elemente der Hauptgruppen haben gleich vieleAußenelektronen und deswegen ähnliche chemische Eigenschaften.• Mithilfe der Massenzahl (= gerundeten Atommasse) kann man die Anzahl der Protonenund Neutron des Atomkerns berechnen:Anzahl der Neutronen = Massenzahl – OrdnungszahlBeispiel:Element Massenzahl Ordnungszahl Anzahl der NeutronenNatrium 23 11 23 – 11 = 12• Im Periodensystem unterscheidet man: Metalle: Sie neigen zur Abgabe von Außenelektronen. Nichtmetalle: Sie neigen zur Aufnahme zusätzlicher Außenelektronen. Edelgase: Weil die Außenschalen dieser Elemente vollständig mit Elektronen gefülltsind (= Edelgaszustand), „wollen“ sie weder Elektronen aufnehmen noch abgeben.Edelgase gehen daher nahezu keine chemischen Verbindungen ein. Halbmetalle: Sie zeigen metallische und nichtmetallische Eigenschaften.

5Arten chemischer BindungenMetallbindung: Positive Metall-Ionen unddas negative „Elektronengas“ sorgen fürden Zusammenhalt.Ionenbindung am BeispielNatriumchlorid (Kochsalz,NaCl): Zwischen denpositiven Natrium-Ionen (=Metall-Ionen) und dennegativen Chlorid-Ionen (=Nichtmetall-Ionen) wirkenelektrische Anziehungskräfte.Elektronenpaarbindung am Beispieleines Wassermoleküls (H 2 O):Die gemeinsamen Elektronenpaare imÜberlappungsbereich wirken wegenihrer negativen Ladung anziehend aufdie positiv geladenen Atomkerne.• Durch chemische Verbindungen entstehen aus den Ausgangsstoffen neue Stoffe mitneuen Eigenschaften.• Die Ursache aller chemischen Verbindungen sind anziehende elektrische Kräftezwischen den Atomen der beteiligten Elemente. Für das Auftreten dieser elektrischenKräfte gibt es zwei Gründe: Die Abgabe von Außenelektronen aus der Atomhülle oder die Aufnahme vonAußenelektronen in die Atomhülle Das Überlappen von Atomhüllen• Der Aufbau der Atomkerne bleibt in chemischen Verbindungen unverändert.• Man unterscheidet 3 Arten chemischer Verbindungen: Metallbindung: Metalle verbinden sich mit Metallen. Metallatome neigen zurAbgabe von Elektronen. Nach der Elektronenabgabe bleiben positiv geladene Metall-Ionen zurück. Die abgegebenen Außenelektronen bilden ein frei bewegliches„Elektronengas“. Zwischen den positiv geladenen Metall- Ionen und dem negativgeladenen „Elektronengas“ wirken elektrische Anziehungskräfte.Metalle sind elektrische Leiter, weil sich das negativ geladene Elektronengas zumpositiven Pol der Stromquelle bewegt. Ionenbindung: Metalle verbinden sich mit Nichtmetallen. - Metalle gebenAußenelektronen ab, um den Edelgaszustand zu erreichen. Es entstehen positivgeladene Metall-Ionen. Nichtmetalle nehmen zusätzliche Außenelektronen auf, umden Edelgaszustand zu erreichen. Es entstehen negativ geladene Nichtmetall-Ionen.Zwischen den entgegengesetzt geladenen Ionen wirken elektrischeAnziehungskräfte. Es bilden sich Salze. Salze sind hart, weil die Ionenbindungensehr stark sind. Elektronenpaarbindung: Nichtmetalle verbinden sich mit Nichtmetallen. DurchÜberlappen der Atomhüllen werden gemeinsame Elektronenpaare gebildet und derEdelgaszustand wird erreicht. Es entstehen elektrisch neutrale Moleküle.Stoffe, die aus Molekülen aufgebaut sind (z. B. Wasser, Luft, Kunststoffe), sindelektrische Isolatoren, weil die neutralen Moleküle sich zu keinem der beiden Poleeiner Stromquelle bewegen.

7Analyse und Synthese – Oxidation, Reduktion und RedoxreaktionReduktion (Elektronenaufnahme)Cl + 1 e - Cl -OxidationReduktion OxidationOxidation (Elektronenabgabe) CO 2 +2 Mg2 MgO+CNa Na + + 1e -ReduktionRedoxDurch Elektronenaufnahme wirdChlor zum negativ geladenenChlorid-Ion reduziert.Durch Elektronenabgabe wirdNatrium zum positiv geladenenNatrium-Ion oxidiert.Beispiel für eine Redox-Reaktion:Kohlenstoffdioxid wird zu Kohlenstoffreduziert.Magnesium wird zu Magnesiumoxidoxidiert.So entsteht das Kunstwort Redox.• Analyse ist die Bestimmung der Bestandteile eines Stoffs.Beispiel: Durch die Analyse des Wassers mithilfe des elektrischen Stroms (= Elektrolyse)erfährt man, dass Wasser aus den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff besteht.• Synthese ist der Aufbau einer chemischen Verbindung.Beispiel: Bei der Fotosynthese werden mithilfe von Lichtenergie organische Stoffeerzeugt.• Oxidation Vereinfachte Definition: Oxidation ist eine chemische Reaktion, bei der sich einElement mit Sauerstoff verbindet. Dabei entsteht ein Oxid.Beispiele für Oxide: Kohlenstoffdioxid (CO 2 ), Eisenoxid (Fe 2 O 3 ), Magnesiumoxid(MgO), Wasser (H 2 O) Verallgemeinerte Definition: Bei Oxidationen werden Elektronen aus Atomhüllenabgegeben.• Reduktion Vereinfachte Definition: Reduktion ist eine chemische Reaktion, bei der einerVerbindung Sauerstoff entzogen wird. Verallgemeinerte Definition: Bei Reduktionen werden Elektronen in Atomhüllenaufgenommen.• Redoxreaktion: Reduktion und Oxidation ist aneinander gekoppelt.

8Säuren und BasenWenn möglichrämlicheDarstellung wie28/1Säuren sind Protonenspender Basen sind Protonenempfänger pH-Werte sindMaßzahlen von 0 bis 14• Wasserlösliche Oxide von Nichtmetallen reagieren mit Wasser zu sauren Lösungen.Beispiel:SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 , schweflige Säure• Wasserlösliche Oxide von Metallen reagieren mit Wasser zu basischen Lösungen (=Laugen).Beispiel: MgO + H 2 O Mg(OH) 2 , Magnesiumhydroxid• Säuren sind Protonenspender. Sie geben Protonen (= positiv geladene Wasserstoff-Ionen, H + ) an Wassermoleküle (H 2 O) ab. Diese reagieren mit den Protonen zu positivgeladenen Hydronium-Ionen (H 3 O + ).Basen sind Protonenempfänger. Sie nehmen Protonen (= positiv geladene Wasserstoff-Ionen, H + ) von den Wassermolekülen (H 2 O) auf. Diese werden dadurch zu negativgeladene Hydroxid-Ionen (OH - ).• In sauren Lösungen sind mehr H 3 O + - Ionen als OH - -Ionen.In basischen Lösungen sind mehr OH - -Ionen als H 3 O + -Ionen.Neutrale Lösungen enthalten: gleich viele H 3 O + -Ionen und OH - -Ionen oder weder H 3 O + -Ionen noch OH - -Ionen• Am pH-Wert erkennt, ob eine Lösung sauer, basisch oder neutral ist. Er wird mitTeststreifen oder dem pH-Meter bestimmt. pH-Wert neutraler Lösungen: 7 pH-Wert saurer Lösungen: von 0 bis kleiner als 7 pH-Wert basischer Lösungen: von größer als 7 bis 14

9Beispiele für Säuren: Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten• Salzsäure (HCl) ist eine starke Säure.Sie ist ein Rohstoff für die Herstellung mancher Kunststoffe undist in stark verdünnter Form im menschlichen Magensaftenthalten, wo sie schädliche Bakterien zerstört.Mit Salzsäure können auch Kalkrückstände entfernt werden.Behälter mit starkenSäuren und Basenmüssen mit diesemEtikett gekennzeichnetsein!• Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) ist eine starke Säure.Sie ist hygroskopisch (= Wasser anziehend). Wegen dieserEigenschaft zerstört diese Säure organische Stoffe wie Zuckerund Cellulose.Sie wird für die Herstellung von Düngemitteln und in verdünnterForm als Elektrolyt in Autobatterien (Bleiakkumulatoren)verwendet.• Salpetersäure (HNO 3 ) ist eine starke Säure.Wenn man Salzsäure und Salpetersäure im Verhältnis 3:1 mischt, entsteht Königswasser.Im Königswasser löst sich auch Gold.Mithilfe eines Gemischs aus Salpetersäure und Schwefelsäure werden viele Sprengstoffehergestellt, z. B. die hochexplosive Flüssigkeit Nitroglycerin.• Die Kohlensäure (H 2 CO 3 ) ist eine schwache Säure.Manchen Erfrischungsgetränken wird Kohlenstoffdioxid (CO 2 ) zugesetzt. ImWasseranteil dieser Getränke löst sich ein Teil des CO 2 und es entsteht Kohlensäure, dieden Getränken einen leicht säuerlichen und erfrischenden Geschmack gibt.Reaktionsgleichung: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3

10Beispiele für Basen: Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten• Natriumhydroxid (NaOH) ist eine starke Base.Sie wird in Form von Natronlauge z. B. zurSeifenherstellung, als Lösungsmittel für Öle, Fetteund Lacke und zur Gewinnung von Papier undTextilfasern verwendet.Salmiakgeist ist verdünnteAmmoniaklösung (NH 4 OH).• Calciumhydroxid (Ca(OH) 2 ) ist eine starke Base.Die basische Lösung wird als Löschkalk in derBaustoffindustrie und zur Reinigung vonRauchgasen verwendet.Beim so genannten „Kalklöschen“ wirdCalciumoxid (gebrannter Kalk) mit Wasserübergossen.Reaktionsgleichung: CaO + H 2 O Ca(OH) 2• Ammoniak (NH 3 ) ist eine starke Base.Ammoniak braucht man zur Produktion von Stickstoff-Düngemitteln und andererstickstoffhaltiger Produkte wie z. B. Salpetersäure und Sprengstoffe.Ammoniak reagiert mit Wasser (H 2 O) zur basischen Ammoniaklösung (NH 4 OH).Reaktionsgleichung: NH 3 + H 2 O NH 4 OH Verdünnte Ammoniaklösung wird auch als Ammoniakwasser oder Salmiakgeistbezeichnet. Ammoniakwasser ist oft in Fensterputzmitteln enthalten. Auch dertypische Geruch von Haarfärbemitteln stammt von Ammoniak.

11Neutralisation und SalzeGips – ein Salz für gebrocheneKnochen• Aus einer sauren Lösung und einer basischen Lösungkann man durch Mischen eine neutrale Lösungherstellen. Die neutrale Lösung besteht aus Wasser unddarin gelöstem Salz. Wenn man das Wasser aus derneutralen Lösung verdampft, erhält man ein Salz. Reaktionsgleichung zur Bildung von Kochsalz: HCl + NaOH NaCl + H 2 O• Salze sind Ionenbindungen. Das positiv geladene Ion (Kation) ist häufig ein Metall-Ion, kann aber auch einNichtmetall-Ion sein.Beispiele: Na + (Natrium-Ion = Metall-Ion), Ca 2+ (Calcium-Ion = Metall-Ion), NH 4+(Ammonium-Ion = Nichtmetall-Ion) Das negativ geladene Ion ist das so genannte Säurerest-Ion (Anion) einer Säure.• Der Name des Salzes setzt sich aus den Namen dieser beiden Ionen zusammen. Beispiele:SäureSäurerest-Ion(Anion)Name desSäurerest-IonsBeispiele für SalzeHCl Cl - Chlorid-Ion NaCl: Natriumchlorid(Kochsalz),ein Salz der SalzsäureH 2 SO 4 SO 42-HNO 3 NO 3-H 2 CO 3 CO 32-Sulfat -IonNitrat-IonCarbonat-IonCaSO 4 : Calciumsulfat (Gips),ein Salz der SchwefelsäureNH 4 NO 3 : Ammoniumnitrat,ein Salz der SalpetersäureCaCO 3 : Calciumcarbonat(Kalkstein),ein Salz der KohlensäureVerwendungWürzen, Produktion vonNatronlaugeBaustoffDüngemittelGrundstoff vielerBaustoffe

12Luft und Luftschadstoffe• Luft ist ein Gemenge aus etwa 78 % Stickstoff(N 2 ) und 21 % Sauerstoff (O 2 ). Die restlichenGase der Luft sind Kohlenstoffdioxid, Edelgase,Wasserdampf und andere Gase (z. B. Methan).Abgaskatalysatoren vermindern dieSchadstoffbelastung der Luft.Eine der Reaktionen im Katalysator:2 CO + 2 NO 2 CO 2 + N 2• Beispiele für die Verwendung von Gasen der Luft: Stickstoff braucht man für die Herstellung von Düngemitteln und in flüssiger Form inder Medizin zum Schockgefrieren von Blut und Impfstoffen. Sauerstoff wird in der Technik überall dort eingesetzt, wo beiVerbrennungsvorgängen hohe Temperaturen erzielt werden sollen (Stahlerzeugung,Schweißen). Edelgase dienen zur Füllung von Gasentladungsröhren. Helium ist das Füllgas fürBallons und Luftschiffe. Kohlenstoffdioxid (CO 2 ) wird Mineralwässern und Erfrischungsgetränken zugesetzt.In fester Form kommt es als Trockeneis in den Handel.• Beispiele für Luftschadstoffe und deren Auswirkungen: Feinstaub, Stickoxide (NO x ) und Ozon(O 3 ) können zu Atemwegserkrankungenführen. Kohlenstoffmonoxid (CO) ist giftig und an der Entstehung von Ozon beteiligt. Zu den Treibhausgasen gehören Kohlenstoffdioxid (CO 2 ), Methan (CH 4 ) undLachgas (N 2 O).

13Wasser und WasserstoffModelle desWassermoleküls:ElektronenformelundStrukturformelDie Elektrolyse (= Analyse durchZufuhr elektrischer Energie) isteine endotherme Reaktion: DieEnergiezufuhr ist größer als dieEnergieabgabe.Die Knallgasreaktion ist eineexotherme Reaktion: DieEnergiezufuhr ist kleiner als dieEnergieabgabe.• Summenformel von Wasser: H 2 O• Wasser kann durch Elektrolyse in die Elemente Wasserstoff (H 2 ) und Sauerstoff (O 2 )zerlegt werden.Reaktionsgleichung: 2H 2 O 2 H 2 + O 2 Bei dieser Reaktion ist die Energieaufnahme größer als die Energieabgabe.Solche Reaktionen heißen endotherme Reaktionen.• Wasserstoff ist ein brennbares Gas. Sauerstoff fördert das Brennen.• Knallgas ist ein Gemenge aus zwei Raumteilen Wasserstoff und einem RaumteilSauerstoff. Es verbrennt explosionsartig zu Wasser.Reaktionsgleichung: 2 H 2 + O 2 2 H 2 O Bei der Knallgasreaktion ist die Energieabgabe größer als die Energieaufnahme.Solche Reaktionen heißen exotherme Reaktionen.• Beispiele für die Verwendung des Wasserstoffs: früher zur Füllung von Luftschiffen als Raketentreibstoff zusammen mit Stickstoff für die Erzeugung von Ammoniak (Haber-Bosch-Verfahren) zusammen mit Sauerstoff für die Erzeugung elektrischer Energie in Brennstoffzellen

14Eisen – Aluminium – KupferEisen• Vom steirischen Erzberg wird Eisencarbonat (Spateisenstein, FeCO 3 ) abgebaut.Vor der Weiterverarbeitung im Hochofen muss aus dem Eisencarbonat Eisenoxid (Fe 2 O 3 )gewonnen werden. Im Hochofen wird Eisenoxid durch Kohlenstoffmonoxid zu Eisenreduziert. Roheisen wird gewonnen. Reaktionsgleichung: Fe 2 O 3 + 3 CO 2 Fe + 3 CO 2• Das Roheisen enthält neben anderen Verunreinigungen vor allem noch Kohlenstoff. Ermacht das Roheisen spröde und damit ungeeignet für weitere Verarbeitungsvorgänge wiez. B. Walzen und Schmieden.• Beim LD-Verfahren wird Sauerstoff auf das Roheisen aufgeblasen. Der Kohlenstoff undandere Verunreinigungen oxidieren. Stahl wird erzeugt.Die Gewinnung von Aluminium durchSchmelzflusselektrolyse:1…Aluminiumoxid wird vorgewärmt2…Schmelze aus Kryolith und Aluminiumoxid3…flüssiges AluminiumAluminium• Aluminium wird aus Bauxit gewonnen, dasetwa 50% Aluminiumoxid (Al 2 O 3 ) enthält.• Das Aluminiumoxid wird gelöst und durchSchmelzflusselektrolyse in Aluminium undSauerstoff getrennt. Beispiele für die Verwendung: Bauteilein Elektrogeräten, in Legierungen mitanderen Metallen als Werkstoff imFahrzeugbau, Schiffsbau undFlugzeugbau, im Bauwesen z. B. fürFensterprofile, Fassadenverkleidungenund DächerKupfer• Nach mehreren Verarbeitungsschritten wird durch Reduktionen und Oxidationen ausKupfererzen (z. B. aus Cuprit, Cu 2 O) Kupfer mit einem Reinheitsgrad von etwa 98%gewonnen. Durch Elektrolyse gewinnt man schließlich (fast) reines Kupfer. Beispiele für die Verwendung: Kupferkabel, Decken von Dächern, Dachrinnen

15Kalkstein – Quarz – Kochsalz – DüngemittelKalkstein• Aus Kalkstein (Calciumcarbonat, CaCO 3 ) erhält man durch Erhitzen Branntkalk(Calciumoxid, CaO). Reaktionsgleichung: Ca CO 3 CaO + CO 2• Der Branntkalk wird mit Wasser übergossen und reagiert zu Löschkalk(Calciumhydroxid, Ca(OH) 2 ). Reaktionsgleichung: CaO + H 2 O Ca(OH) 2• Beim Abbinden reagiert der Löschkalk mit dem Kohlenstoffdioxid (CO 2 ) der Luftwieder zu Kalkstein. Reaktionsgleichung: Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 OQuarz• Quarz ist Siliciumdioxid (SiO 2 ). Beispiele für die Verwendung:Quarzsand, Soda und Kalk sind die Rohstoffe für die Glaserzeugung. Aus reinemSilicium werden Computerchips und Solarzellen produziert.Kochsalz• In Österreich wird Kochsalz aus dem „Haselgebirge“ mit Wasser gelöst. Die mit Salzgesättigte Lösung heißt Sole. Beispiele für die Verwendung:Aus dem größten Teil der Sole wird in der chemische Industrie durch ElektrolyseNatronlauge gewonnen.Ein relativ geringer Teil der Sole wird durch Rohrleitungen ins so genannte„Sudhaus“ geleitet. Dort wird das Wasser verdampft und Kochsalz gewonnen.Düngemittel• Düngemittel sind Salze, die fehlende Pflanzennährstoffe ergänzen. Die Pflanzen nehmendie Nährstoffe in Form von Ionen auf. Beispiele für Pflanzennährstoffe: Stickstoff, Phosphor, Kalium, Calcium, Magnesium,Eisen und Kupfer

16Kohle und Kohleveredelung – Erdöl (Erdgas) und ErdölprodukteSchematische Darstellung der fraktionierten Destillation: Die Temperatur nimmt in denDestillationstürmen nach oben hin ab.Kohle und Kohleveredelung• Kohle ist aus riesigen Wäldern durch Inkohlung (Voraussetzung: Luftabschluss und hoheTemperatur) entstanden. Je länger die Inkohlung dauert, desto größer ist derKohlenstoffanteil und desto höher ist der Heizwert.• Durch Kohleentgasung (der Verkokung) gewinnt man vor allem Koks und Teer. Verwendung des Kokses: Eisenerzeugung im HochofenVerwendung des Teers: Straßenteer, Grundstoff für Waschmittel, Heilmittel, Farbenusw.• Durch Kohlevergasung gewinnt man z. B. Synthesegas, ein Gemenge ausKohlenstoffmonoxid und Wasserstoff. Dieses Gas ist für die Herstellung verschiedenerchemischer Verbindungen wie z. B. Methan und Benzin geeignet.Erdöl (Erdgas) und Erdölprodukte• Erdöl und Erdgas entstanden unter Luftabschluss und der Mitwirkung von Bakterien austierischem und pflanzlichem Meeresplankton.• Erdöl und Erdgas sind Gemenge aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen – das sindchemische Verbindungen aus den Elementen Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H).• Erdgas besteht zu einem Großteil aus dem Kohlenwasserstoff Methan (CH 4 ). Verwendung von Methan: für Heizzwecke, Rohstoff für die chemische Industrie• Die Kohlenwasserstoffe des Erdöls haben unterschiedliche Siedetemperaturen undlassen sich daher durch fraktionierte Destillation in einer Raffinerie trennen. Beispiele für Produkte der atmosphärischen Destillation: Flüssiggas, Benzin, Kerosinund Dieselöl Beispiele für Produkte der Vakuumdestillation: Schmiermittel, Schweröl, Paraffineund Bitumen für den Straßenbau

17Kohlenstoff in organischen VerbindungenRaummodelle von Methan(CH 4 ), Ethan (C 2 H 6 ), Propan(C 3 H 8 ), Butan (C 4 H 10 )Oben: Raummodell von Ethen(C 2 H 4 ). – Doppelbindung!Unten: Raummodell von Ethin(C 2 H 2 ). – Dreifachbindung!Raummodell von Benzen(C 6 H 6 )• Verbindungen des Kohlenstoffs mit Wasserstoff heißen Kohlenwasserstoffe.• Kohlenwasserstoffe mit Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen heißenAlkane. Allgemeine Summenformel der Alkane: C n H 2n+2 Beispiele: Methan (CH 4 ), Ethan (C 2 H 6 ), Propan (C 3 H 8 ), Butan (C 4 H 10 ) Verwendungen: Methan ist Hauptbestandteil von Erdgas, Butan im Flüssiggas einesLaborbrenners.• Kohlenwasserstoffe mit Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen heißenAlkene. Wegen der Doppelbindung (der Doppelbindungen) sind Alkenereaktionsfreudiger als Alkane. Allgemeine Summenformel der Alkene: C n H 2n Beispiel: Ethen (C 2 H 4 ) Verwendung: Ausgangsstoffe für die Kunststoffindustrie• Kohlenwasserstoffe mit Dreifachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen heißenAlkine. Alkine sind – ähnlich wie die Alkene – reaktionsfreudiger als die Alkane. Allgemeine Summenformel der Alkene: C n H 2n-2 Beispiel: Ethin (C 2 H 2 ) Verwendung: unter dem Namen Acetylen als Gas zum Schweißen• Ein Beispiel für ein ringförmiges Kohlenwasserstoffmoleküls ist Benzen (= Benzol,C 6 H 6 ). Benzen und ähnlich gebaute Kohlenwasserstoffe gehören wegen ihres oftangenehmen Geruchs zu den so genannten Aromaten. Verwendung: wird in geringen Mengen zur Qualitätsverbesserung dem Benzinzugesetzt. – Giftig!!• Bei den so genannten Halogenkohlenwasserstoffen werden Wasserstoffatome durchHalogene ersetzt. Beispiel: Fluor-Chlor-Kohlen-Wasserstoffe (FCKW) – Sie tragen zur Zerstörungder Ozonschicht bei. Die Produktion ist in der EU seit 1995 verboten.

18KunststoffeDie Polymerisation von Ethenzu Polyethen im ModellSteckdosen aus Bakelit sindProdukte der Polykondensation.Plastomere,Elastomere undDuromere im Modell• Der Kunststoff Polyethen (PE) ist ein Polymer. Polymere entstehen durchPolymerisation. Bei dieser chemischen Reaktion werden Doppelbindungen zwischen denEthenmolekülen gelöst und die Ethenmoleküle verbinden sich zu langen Molekülketten,so genannten Makromolekülen. Weitere Beispiele für Polymere:Polypropen (PP), Polystyren (PS) und Polyvinylchlorid (PVC)• Kunststoffe werden auch durch Polykondensation hergestellt. Bei dieser chemischenReaktion entstehen die Makromoleküle durch Abspaltung von Wasser. Beispiele für Polykondensate und deren Anwendung:Bakelit (Steckdosen), Resopal (Beläge für Möbel), Nylon (Strümpfe, Fallschirme),Polyethenterephtalat (= PET, Kunststoffflaschen), Polycarbonat (CDs, DVDs)• Kunststoffe können nach ihren Eigenschaften in Plastomere, Elastomere und Duromereeingeteilt werden. Plastomere lassen sich ab einer gewissen Temperatur leicht in fast jede gewünschteForm bringen. Die Makromoleküle sind nicht vernetzt.Beispiel: Frischhaltedosen Elastomere (Alltagsbezeichnung: Gummi) können verformt werden und nehmenwieder ihre ursprüngliche Form an. Die Makromoleküle sind schwach vernetzt.Beispiel: Putzschwamm Duromere sind hart und spröde und schmelzen nicht. Ihre Makromoleküle sind starkvernetzt.Beispiel: Motorradhelm

19Kohlenhydrate• Zu den Kohlenhydraten zählen Einfachzucker(Monosaccharide), Zweifachzucker(Disaccharide), Vielfachzucker (Polysaccharide).• Einfachzucker sind Moleküle mit derSummenformel C 6 H 12 O 6 . Je nach der Anordnungder Atome im Molekül unterscheidet manGlucose Traubenzucker (Glucose) undFruchtzucker (Fructose). Traubenzucker ist ein Produkt derFotosynthese: Bei dieser Reaktion werdenvon grünen Pflanzen Traubenzucker undSauerstoff aus Wasser und KohlenstoffdioxidStoffumsatz bei der Fotosynthesemithilfe von Chlorophyll und Sonnenenergieerzeugt.Reaktionsgleichung: 6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 Beispiele für das Vorkommen von Traubenzucker und Fruchtzucker:Früchte, Honig Traubenzuckermoleküle sind die Bausteine pflanzlicher Fasern.• Zweifachzucker sind Moleküle mit der Summenformel C 12 H 22 O 11 . EinZweifachzuckermolekül entsteht aus zwei Einfachzuckermolekülen unterWasserabspaltung (= Kondensationsreaktion). Reaktionsgleichung: C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 C 12 H 22 O 11 + H 2 O Beispiele: Rohrzucker, Rübenzucker, Milchzucker, Malzzucker• Vielfachzucker sind Moleküle mit der Summenformel (C 6 H 10 O 5 ) n . EinVielfachzuckermolekül entsteht aus „vielen“ (= n) Einfachzuckermolekülen unterWasserabspaltung (= Kondensationsreaktion). Beispiele: Stärke (ist verdaulich), Cellulose (ist unverdaulich, aber ein wichtigerBallaststoff) Cellulose ist der Rohstoff für halbsynthetische Fasern.

20Ethanol und andere AlkoholeH HEthanH C C HH HH HEthanol H C C OHH HHHC OHHMethanolHHHCCHOHOHEthandiol(„Glycol“)HHHHCCCOHOHOHHPropantriol(„Glycerin“)• Beim Gären des Mostes wird Traubenzucker (Glucose) unter Mitwirkung von Enzymenin Ethanol (C 2 H 5 OH) und Kohlenstoffdioxid gespalten. Reaktionsgleichung zur alkoholischen Gärung: C 6 H 12 O 6 2C 2 H 5 OH + 2CO 2• Der Name eines Alkohols setzt sich aus dem Namen des Kohlenwasserstoffs und derEndung -ol zusammen.• Kennzeichnend für Alkohole ist die OH-Gruppe, die so genannte Hydroxylgruppe. Die Anzahl der Hydroxylgruppen des Alkohols wird durch Vorsilben ausgedrückt. Beispiele für Alkohole:Name Formel Eigenschaften VerwendungMethanol CH 3 OH sehr giftig Lösungsmittel, KunststoffherstellungEthanol C 2 H 5 OH brennbar Lösungsmittel für Heilmittel und Kosmetika,als Zusatzstoff in Benzin enthaltenEthandiol, C 2 H 4 (OH) 2 giftig,Frostschutzmittel„Glycol“Propantriol,„Glycerin“süßlicher GeschmackC 3 H 5 (OH) 3 öligin Cremes enthalten, für Sprengstoffe(Nitroglycerin)

22Fette und FettsäurenFettmoleküle sind Ester ausPropantriol („Glycerin“)und drei gleichen oderverschiedenenFettsäuremolekülen.• Fette und Öle sind Ester aus dem Alkohol Propantriol,(C 3 H 5 (OH) 3 , „Glycerin“) und Fettsäuren (=Carbonsäuren,die in Fetten enthalten sind).• Die Ester des Alkohols Propantriol („Glycerin“) werdenals Glyceride bezeichnet.• Tierische Fette enthalten vor allem gesättigte Fettsäuren.Pflanzliche Fette und Öle enthalten einen hohen Anteil anungesättigten Fettsäuren, die der Körper nicht aufbauenkann. Sie sind deswegen für die Ernährung wertvoller alstierische Fette und auch leichter verdaulich. Beispiele für gesättigte Fettsäuren:Palmitinsäure (C 15 H 31 COOH), Stearinsäure (C 17 H 35 COOH) Beispiele für ungesättigte Fettsäuren:Ölsäure (C 17 H 33 COOH), Linolsäure, Linolensäure

23ProteineAminogruppeHHNHCHAllen Aminosäuren gemeinsam ist dieAminogruppe (-NH 2 ) und dieSäuregruppe (-COOH).COOHSäuregruppe• Die Bausteine der Proteine sind dieAminosäuren.• Die Bindung zwischen der Säuregruppe dereinen und der Aminogruppe der anderenAminosäure heißt Peptidbindung. Proteinesind Polypeptide.• Es gibt eine sehr viele Möglichkeiten für dieAnordnung der 20 verschiedenenAminosäurebausteine in einem Protein. Dieräumliche Anordnung ist dabei entscheidendfür die biologische Wirksamkeit.• Der Körper kann 12 Aminosäuren aus anderen Aminosäuren herstellen. Die anderen achtmüssen mit der Nahrung aufgenommen werden. Beispiele für proteinreiche (= eiweißreiche) Nahrungsmittel:Fleisch, Fische, Eier, Milch und Milchprodukte, Erbsen und Bohnen.

24Nährstoffe, Vitamine, Mineralstoffe und BallaststoffeEmpfohlene Mischung derNährstoffefettlöslichwasserlöslichVitamin enthalten z. B. in MangelerscheinungenA Milch, Eigelb,Karotten, LeberNachtblindheit,WachstumsstörungenD Milch, Eigelb,LebertranRachitis – Probleme fürKnochenaufbauE Öle, Milch,WeizenkeimeMuskelstörungenK Gemüse Störung der BlutgerinnungB1 Vollkorn- Störungen im NervensystemProdukte, HefeB2 Hefe, Milch, Hauterkrankungen,Gemüse WachstumsstörungenB6 Hefe, Milch, Hauterkrankungen,LeberStörungen im NervensystemB12 Fleisch, Leber Störungen bei derBlutbildungC Obst, Gemüse Zahnfleischbluten (Skorbut)Vitamine und deren Bedeutung für eine gesundeErnährung• Die Energielieferanten in unserer Nahrung sind verwertbare Kohlenhydrate (z. B.Zucker, Stärke), Fette und Proteine.• Der Energiegehalt von Nahrungsmitteln wird in Kilo-Joule (kJ) angegeben und stehtunter dem Begriff Brennwert auf den Lebensmittelverpackungen. Beispiele für kohlenhydratreiche Nahrungsmittel: Brot, Nudeln, Bohnen, Erdäpfel,Reis Bedeutung der Fette: Energiequelle, Geschmacksträger, unentbehrlich für dieAufnahme fettlöslicher Vitamine (A, D, E, K) aus dem Darm in den Blutkreislauf,wichtige Bausteine des Nervensystems und der Zellmembranen Beispiele für Proteine und deren Bedeutung: Strukturproteine bestimmen denAufbau der Zellen. Enzyme (Biokatalysatoren) ermöglichen oder verhindernchemische Reaktionen im Körper. Transportproteine übernehmen den Transportkörperwichtiger Substanzen. Antikörper wehren Infektionen ab.• Vitamine, Mineralstoffe und Ballaststoffe sind keine Energielieferanten, jedoch für einegesunde Ernährung unverzichtbar.• Vitamine und Mineralstoffe kann der Körper nicht oder nur in geringen Mengen selbstherstellen kann. Deshalb müssen sie unbedingt in unserer Nahrung enthalten sein. Bedeutung der Vitamine: Siehe Tabelle Beispiele für Mineralstoffe und deren Bedeutung: Calcium (Knochenfestigkeit), Eisen(bei Mangel Beeinträchtigung der Blutbildung), Iod (Funktion der Schilddrüse), Fluor(bei Mangel verstärkte Kariesbildung)• Ballaststoffe sind unverdauliche (nicht verwertbare) Kohlenhydrate. Bedeutung: wichtig für eine geregelte Verdauung• Wasser erfüllt bei der Ernährung eine äußerst wichtige Funktion. Die Nährstoffe werden –in Wasser gelöst – zu den Zellen transportiert.

25TensideDas Natriumsalz einer Fettsäure wirdvon Fettsäureanionen und Kationendes Elements Natrium aufgebaut.Fettsäureanionen haben eineWasser abstoßende und eineWasser anziehende Seite.Die Wasser anziehenden Endender Tensidteilchen bilden um dieFetttröpfchen negativ geladeneHüllen, die einander abstoßen.• Die ältesten Tenside sind die Seifen. Seife wird von Natriumsalzen (oder Kaliumsalzen)der Fettsäuren aufgebaut. Die Fettsäureanionen sind die waschaktiven Teilchen. Siehaben eine Wasser anziehende (hydrophile) und eine Wasser abstoßende (hydrophobe)Seite.• Der Reinigungsvorgang im Modell: Die Wasser abstoßenden Enden der Tensidteilchendringen in die Textilfasern ein und umgeben die Schmutzteilchen, die Wasser anziehendenEnden ragen ins Wasser. Die Schmutzteilchen werden schließlich von den Textilfasernabgelöst und emulgiert. Warmes Wasser und die Bewegung der Wäsche während desWaschens unterstützen diesen Vorgang.• Die Nachteile der Seife: Die Wasserhärte wird vor allem durch Calcium- undMagnesiumsalze verursacht. In hartem Wasser reagieren die Fettsäureanionen der Seifemit den Kationen dieser Salze zu wasserunlöslicher Kalkseife. Sie vermindert dieWaschwirkung, setzt sich im Gewebe ab und macht die Wäsche hart und grau. Deswegenwird Seife alleine heute kaum mehr zum Wäsche waschen verwendet.• Die synthetischen Tenside moderner Wasch- und Reinigungsmittel haben die obenerwähnten Nachteile nicht. Außer den Tensiden enthalten moderne Vollwaschmittel z. B.Wasserenthärter, Bleichmittel und optische Aufheller. Wasserenthärter verhindern, dass sich beim Trocknen spitze Kristalle von CalciumundMagnesiumsalzen auf der Wäsche bilden und das Gewebe schädigen. Bleichmittel setzen in der Tensidlösung atomaren Sauerstoff frei. Dieser „Aktiv-Sauerstoff“ ist sehr reaktionsfreudig und zerstört durch Oxidation z. B. Obst- undGemüseflecken. Optische Aufheller wandeln für unser Auge unsichtbares ultraviolettes Licht (UV-Licht) in sichtbares Licht um. Die Wäsche wirkt dadurch „weißer“.