Stoffe und Teilchen

Ein Reinstoff besitzt typische Eigenschaften, an denen er zu erkennen ist. Wichtige Kenngrössen: Schmelztemperatur (Smt), Siedetemperatur (Sdt), Dichte (Masse von 1cm^3 oder 1l), Härte, Farbe, Geruch, Wasserlöslichkeit. Bei Stoffeigenschaften, die sich mit der Temperatur und/oder dem Druck ändern, müssen die Messbedingungen angegeben werden.

Reinstoffe kommen in der Natur meist nicht einzeln sondern in Gemischen vor. zB Wasser in Seen hat andere Stoffe drin, auch Trinkwasser ist mit Kalk vermischt. Eisen (ugs.) ist nicht reines Eisen (wäre zu weich)

Gemische lassen sich physikalisch trennen Die Reinstoffe ändern sich weder beim mischen noch beim trennen. Die Eigenschaften des Gemischs variieren jedoch je nach Mischverhältnis.

Heterogene Gemische: (uneinheitlich) es ist von blossem Auge zu erkennen, dass es kein Reinstoff ist (Gemisch)

Homogene Gemische: (einheitlich) man erkennt nicht, dass mehrere Reinstoffe enthalten sind.Scheinen eineitlich.

Eine Lösung ist ein Gemisch, bei dem mind. 1 Stoff in einem Lösungsmittel (zB Wasser) gelöst wird. Die Lösung unterscheidet sich in ihren Eigenschaften vom Lösungsmittel

• Stoffe bestehen aus winzig kleinen Teilchen
• Zwischen den Teilchen wirken Anziehungs- und Abstossungskräfte, die von der Art der Teilchen und von ihren Abständen abhängig sind
• Die Eigenschaften aller Teilchen eines Stoffes sind gleich
• Eigenschaften wie Grösse, Masse und Form der Teilchen bestimmen die Eigenschaften eines Stoffes

Die Teilchen, aus denen Stoffe bestehen, können Atome, Moleküle oder Ionen sein.

Sie sind immer in Bewegung und die Heftigkeit der Bewegung steigt mit der Temperatur.

Teilchen nahe beieinander, Kräfte sind stark.

Jedes Teilchen wird vom Nachabrn festgedrückt oder gezogen, nur leicht bewegungsfähig.

Weil nah beieinander, haben feste Stoffe eine hohe Dichte und lassen sich kaum zusammendrücken. fixe Form, fixes Volumen

Wenn ein fester Stoff erwärmt wird bewegen sicch die Teilchen schneller. Irgendwann halten die Teilchen nicht und er schmilzt

Teilchen bewegen sich deutlich stärker, können aber nicht weit voneinander weg. Keine stabile Form.Volumen stabil, weil Abstände zwischen Teilchen konstant. Flüssigkeiten kann man weder dehnen, noch auf ein kleineres Volumen zusammendrücken.

variable Form, fixes Volumen

Keine fixe Form, Verteilen sich gelichmässig im ganzen Raum, Abstände zwischen Teilchen sind gross

winzig kleine Teilchen, bestehen aus noch kleineren Elementarteilchen, gibt über 100 verschiedene Atomsorten die sich in Anzahl Elementarteilchen und dadurch Grösse und Masse unterscheiden.

Sind chemisch nicht spalt/teilbar.

• Zwei Arten elektrischer Ladung: positiv (+), negativ (-)
• Teilchen mit unterschiedlicher Ladung ziehen sich an
• Teilchen mit gleicher Ladung stossen sich ab
• Teilchen können unterschiedlich hohe Ladungen tragen. Die Ladung eines Protons bzw. Elektrons ist die kleinstmögliche Ladung. Man nennt sie Elementarladung

Proton (p⁺), einfach positiv geladen --> Ladung +1

Neutron (n) haben keine Ladung, sind elektrisch neutral. Masse ist etwas grösser als eines Protons.

Elektronen (e^-) sind viel kleiner als Protonen. Sind einfach negativ geladen --> Ladung -1

Anhand der Anzahl Protonen unterscheidet man etwa 100 Atomsorten

zB Kohlenstoff-Atome = 6 Protonen, Stickstoff-Atome = 7 Protonen, Blei-Atome = 82 Protonen

Die Anzahl Elektronen ist gleich gross wie die Anzahl Protonen. Atome sind als Ganzes ungeladen.

Die Zahl der Neutronen ist meist etwas höher als der Protonen und kann bei Atomen der gleichen Atomsorten verschieden sein. Man nennt Atome mit gleicher Protonen- und verschiedener Neutronenzahl Isotope

Reinstoffe, die nur aus einer Atomsorte bestehen. zB Kohlenstoff aus Atomen mit 6 Protonen.

Jedes Element hat einen Namen und Symbol bestehend aus einem Grossbuchstaben oder aus Gross- und Kleinbuchstaben (werden einzeln ausgesprochen) Elementsymbol = Atomsymbol

Bis auf wenige Ausnahmen wie Stickstoff, Sauerstoff und Edelmetalle kommen sie nicht als freie Elemente sondern in Verbindungen vor.

Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff sind die häufigsten Elemente in Lebewesen (ca. 99%)

Zwei grosse Gruppen: Metalle und Nicht-Metalle

Atome können durch Abgabe oder Aufnahme von Elektronen zu Ionen werden. Ionen sind elektrisch geladene Teilchen

Atome können sich zu Molekülen verbinden

Anzahl Protone bleibt unverändert. Elemente können sich nicht durch chemische Vorgänge in andere Elemente verwandeln.

Moleküle sind ungeladene Teilchen aus mehreren Atomen, die sich zu einer Einheit verbunden haben.

zB Wassermälekül aus 2 Wasserstoff und 1 Sauerstoffatom

Formel setzt sich aus allen Symbolen der enthaltenen Atome. Sind mehrere vom gleichen vorhanden wird ein tiefgestellter Index benutzt zB H₂O

Mit dem Molekülmodell werden Moleküle dargestellt. Meistens wird es mit Kalotten dargestellt.

Atome können Elektrone aufnehmen oder abgeben --> elektrisch geladene Teilchen: Ionen

Beispiele:

Wasserstoff-Atom gibt einziges Elektron ab --> Wasserstoff-Ion mit Ladung 1+

H - e^- = H⁺

Sauerstoff-Atom nimmt zwei Elektronen auf --> Sauerstoff-Ion mit Ladung 2-

O + 2e^- = O^2-z

Ionen mit gleicher Ladung stossen sich ab. Ionen mit gegensätzlicher Ladung ziehen sich an

Stoffe die aus Ionen bestehen heissen Ionenverbindungen oder auch Salze 

Bei der Analyse wird eine Verbindung durch eine chemische Reaktion in ihre Elemente zerlegt. Die Bildung einer Verbindung durch eine chemische Reaktion nennt sich Synthese

Reinstoffe, die durch chemische Reaktionen (Synthese) aus 2 oder ehr Elementen bestehen.Lassen sich durch Analyse (chemische Reaktion) wieder in Elemente zerlegen.

Anders als Gemische wo die kompenenten in einem beliebigen Verhältnis gemischt werden können, sind in einer Verbindung die Elemente als solche nicht mehr vorhanden. Sie haben zu einem neuen Stoff mit eigenen definierten Eigenschaften reagiert.

• Molekül- und Ionenverbindungen
• organische und anorganische Verbindungen
• Organische Verbindungen ordnet man nach Eigenschaften und Bau ihrer Moleküle in Stoffklassen ein. zB Alkohole, Aminosäuren, Fette, Kohlenhydrate, Proteine etc.
• Nach dem chemischen Verhalten fasst man in Gruppen wie Säuren und Basen zusammen

Verbindungen aus Ionen (geladene Teilchen) bekanntester Vertreter: Kochsalz

Bei raumtemperatur fest und kristallin. Haben hohe Schmelz und Siedetemperaturen

Wasserlöslich

Salzlösungen leiten elektrischen Strom und werden dabei zersetzt. Man nennt diesen Vorgang Elektrolyse und zählt die Salze zu den Elektrolyten.

Da sich In Ionenverbindungen positiv und negativ geladene Ionen anziehen (und gleich geladene abstossen) wechseln sich diese immer und regelmässig ab. So bilden sich die Salzkristalle

Alle Salzkristalle sind als ganzes ungeladen. Deshalb ist in einem NaCl-Kristall, die Anzahl der Na⁺-Ionen gleich gross wie der Cl^--Ionen.

In einem Kristall aus Ca²⁺- und Cl^--Ionen muss die Anzahl an Cl^--Ionen also doppelt so hoch sein, damit die Ladung im ganzen neutral ist. CaCl₂ 

Verbindungen aus Molekülen

Haben die gleiche Formel wie ihre Moleküle. zB H₂O steht für den Stoff Wasser und für ein Wasser-Molekül.

Molekülformel zeigt aus welhen Atomen ein Molekül aufgebaut ist.

Molekülverbindungen mit kleinen Molekülen (H₂O, CO₂, CH₄) sind in der Regel gasförmig oder flüssig. Solche mit grossen Molekülen können fest sein (Glucose). Die Kristalle sind äusserlich nicht von Salzen zu unterscheiden.

Lösen sich aber in Moleküle und nicht Ione auf. Zeigt sich, dass sie dann nicht elektrischen Strom leiten.

Organische Stoffe sind ausschliesslich aus Kohlenstoffverbindungen (Moleküle enthalten immer Kohlenstoff-Atome)  ABER: Nur FAST alle Kohlenstoff-Verbindungen sind organisch. Ausnahmen: Kohlenstoff-Dioxid und -monoxid, Kohlensäure und Carbonate sind anorganische Stoffe.

Ausserdem sind die meisten organischen Stoffe nicht hitzestabil. Zersetzen sich bei starker Hitze und verkohlen schliesslich. (Kohlenstoff erkennt man an der schwarzen Farbe)

Bildung organischer Verbindungen aus anorganischen Verbindungen geschieht in der Natur nur in Lebewesen.