Chemie

Mendelejew machte eine wichtige Aussage: «Aller Wahrscheinlichkeit nach liegt die Ursache in der inneren Mechanik der Atome und Moleküle». à um: Periodizität der Elementeigenschaften, Reaktionsfähigkeit bei Alkalimetallen nimmt mit Atommasse zu, umgekehrtes für Halogene, zu klären

è Atome aller Elemente sind aus kleineren Bauteilchen, den Elementarteilchen zusammengesetzt.

Wenn man ein  Metallstück mit einem Pol einer Spannungsquelle verbindet, wird es elektrisch aufgeladen. Gegenstände können sich aber auch ohne Spannungsquelle elektrisch aufladen.

Experiment: K

Kunststofffolie mit Papier reiben. à anziehen

2 Folien mit Papier gerieben & zusammengebracht à abstossen

Bei diesem Versuch:

Papier = negativ                                       Folie = positiv

Auch Gegenstände, die weder positiv noch negativ aufgeladen sind, enthalten elektrische Ladungen. Die positiven und negativen Ladungsportionen sind in diesen Fällen gleich gross und heben sich in ihrer Wirkung nach aussen auf. Gleich grosse Portionen positiver und negativer Ladung neutralisieren sich. Durch Reibung können Ladungsportionen von einem Gegenstand auf eine anderen übertragen werden. Dabei kann ein Überschuss an positiver oder negativer Ladung entstehen. Gleichnamig aufgeladene Gegenstände stossen sich ab, zwischen entgegengesetzten aufgeladenen Gegenständen wirkt eine Anziehungskraft.

In Metallen lassen sich elektrische Ladungen verschieben.

Versuch:

Positiv / negativ geladene Kugeln in Nähe isolierter, netraler aufgehängten Kugel à anziehen. à Die in der neutralen Kugel zunächst gleichmässig verteilten positiven und negativen Ladungen werden durch di von der geladenen Kugel ausgehenden Kräfte getrennt.

Glühelektrische Effekt:

è In Metallen nur negative Ladungen beweglich

Ein glühender Metalldraht sendet negative Ladungen aus. Nachweis: evakuierter Glaskolben, aufgefangen von Metallplatte.  

Platte mit positiv aufgeladenem Elektroskop verbinden à positive Ladungsmenge geht zurück ist nur möglich, wenn negative Ladungen zum Elektromikroskop strömen.

Die ausgesandten negativen Ladungen werden von der negativen Ladung der Metallplatte abgestossen.

Negativ geladenen Atombesandteile haben im Vergleich zu den positiv geladenen eine sehr geringe Masse; sie sind untereinander alle gleich.

Im Metall, wenn elektrischer Strom durchfliesst:

 -Elektronen wandern (stammen von Metall-Atomen)

- Der Rest ist positiv geladen und im festen Metall Bestandteil eines Gitterverbands.  

Elektrische Ladungen lassen sich messen und durch einen Zahlenwert ausdrücken. Die Einheit der Ladung ist Coulomb (C).

Die Kraft , die zwischen zwei geladenen Körpern wirkt, heisst Coulomb-Kraft / elektrische Kraft. à proportional zum Produkt der Ladungen und umgekehrt porportional zum Quadrat ihres Abstands.

è Die Coulomb-Kraft ist umso stärker je grösser die Ladungsmengen sind, und umso schwächer je weiter die geladenen Körper voneinander entfernt sind.

Atome = elementare Teilchen à Gemäss dem Dalton-Atommodell

Elektronen

-          Negativ geladen

-          Gegen Ende des 19. Jh. Entdeckt

-          Masse: 0.0005 u

-          Ladung eines Elektrons = kleinste existirende elektrische Ladung.

-          Betrag (e) = Elementarladung

e = 1,602 *10 (hoch) -19C

Elektron hat die Ladung -1 (-1,602 *10 (hoch) -19C) Symbol = e (hoch)-

1897

-          Positiv geladene Atombausteine

-          Die Ladung des Protons hat denselben Betrag wie diejenige des Elektrons, jedoch mit positivem Vorzeichen, als +1 (1,602 *10 (hoch) -19C)

-          M: 1,0073 u ~ gleich gross wie Masse des Wasserstoff-Atoms

1919

-          Elektrisch neutral: enthalten immer gleich viele Elektronen wie Protonen

-          Sind wegen fehlender Ladung schwer nachweisbar.

-          1932 entdeckt

-          Symbol = n

-          M = 1,0087 u

M Protonen + Neutronen = ~ 1 u

Bestrahlte dünne Metallfolien mit alpha-Strahlen (alpha-Strahlung wird von bestimmten radioaktiven Stoffen abgegeben).

Die schnell fliegenden (alpha-)Teilchen dieser Strahlung sind aus zwei Protonen und zwei Neutronen aufgebaut. à Ladung von 2+ M: ~ 4u

Strahlung: Radiumpräparat in Bleiblock à scharf begrenzten Strahlen von alpha-Teilchen.

Um Weg sehen: Leuchtschirm, Lichtblitze beobachten durch Mikroskop

Ergebnis: nahezu alle alpha-Teilchen durchdrangen ungehindert die etwa 2 000 Atomlagen dicke Goldfolie. Sehr geringer Anteil: deutlich abgelenkt.

è Gesamte positive Ladung eines Atoms ist in einem einzigen Raum konzentriert (alpha-Teilchen werden abgelenkt, wenn sie in die Nähe von positiv geladene Teilchen geraten)

-          Der Atomkern in der Mitte des Atoms, er enthält sämtliche Protonen und besitzt praktisch die Masse des Atoms. (Alle Atomkerne mit mehr als einem Proton enthalten auch Neutronen. à später)

-          Elektronen bewegen sich mit hoher Geschwindigkeit auf kreisförmigen Bahnen um den Kern.

-          Kern muss im Verhältnis zum gesamten Atom extrem klein sin. Der Durchmesser des Atomkerns (10 hoch -15m) ist etwa 100 000-mal kleiner als derjenige des Atoms (10hoch-10m).

Elektronen nicht bewegen sich auf genau bestimmten Bahnen um den Atomkern. (später entdeckt)

Aufenthaltsort und die Geschwindigkeit exakt ermitteln. à deshalb heute keine Aussagen mehr über Bewegung der Elektronen (heute)

Elektron hält sich in einem kugelförmigen Raum auf, der den Atomkern umgibt. Die Ladung des Elektrons ist über die gesamte Atomhülle verteilt und bildet eine Art «Ladungswolke»

Von Thomson

1903

1908 & 1911

Unterschied Atom & Kern d Kugel (Kern) 100'000 mal kleiner als d Hülle

Starke Kernkraft angezogen von Protonen

Wegen der Elektromangetischen Kraft

Bei gleicher Druckänderung ist die Änderung des Volumens bei allen Gasen gleich gross, sofern die Temperatur konstant bleibt.

- Bei Feststoffen ist dies nie der Fall.

Zum Vergleich verschiedener Gasvolumina müssen Druck und Temperatur gleich sein. Es ist auch möglich, das Gasvoulmen für einen vereinbarten Normzustand zu berechnen.

Normzustand (für die Abgabe von Gasvolumina):

Normaltemperatur Tn = 273.15 K (=0°C)

Normdruck Pn = 1013 hPa

Das Volumen einer Gasportion mit der Temperatur Tn und dem Druck Pn heisst Normvolumen Vn.

Absolute Temperatur = Buchstaben T und in Kelvin angegeben

Sind der Druck und die Temperatur einer Gasportion bekannt, so kann aus dem Volumen V das Normvolumen Vn berechnet werden.

Beispiel:

P = 980 hPa

V = 20°C = 293 K

V = 1.5 l

Volumen dieser Gasportion bei Normbedingungen:

Vn = V * Faktor = 1.5 l * 0.901 = 1.35l

0 K ist die tiefst mögliche Temperatur, absoluter Nullpunkt genannt.

Der Nullpunkt der Celsius Skala entspricht T = 273,15K

V= 0

Gasteilchen bewegen sich nicht mehr

Bei der vollständigen Umsetzung von 40 ml Sauerstoff mit Schwefel sind 40ml  Schwefeloxid entstanden. Das Volumenverhältnis der Gase ist somit 1:1.

Ähnlich einfache Volumenverhältnisse der Gasportionen liegen bei allen chemischen Reaktionen vor, an denen Gase beteiligt sind. (Gay-Lussac erkannte dies)

Volumengesetz von Gay-Lussac:

Bei chemischen Reaktionen stehen die Volumina der Gasportionen im Verhältnis kleiner ganzer Zahlen.

Alkalimetalle = Elementgruppe

Rotviolette Lösung nennt man alkalisch, entstehen nach Reaktion von Alkalimetallen mit Wasser.

In der Natur kommen die Alkalimetalle nicht elementar vor; man findet sie nur in Verbindungen. --> sehr reaktionsfreudig

• lösen sich in Wasser auf
• meisten schwimmen auf dem Wasser
• Es entseht Wasserstoff (bei der Verbrennung)
• die Lösung wird alkalisch
• Beim Eindampfen der Lösung bliebt ein Salz zurück (Hydroxid)
• Reaktion verläuft exotherm
• vom Lithium zum Kalium verläuft die Reaktion heftiger, Reaktionsfähigkeit nimmt zu.
• färben ph Papier blau (Salzlösung)
• Alkalimetalle zeigen Flammenfarben
• reagiern nur oberhalb des Wasser
• Reagieren alle mit Wasser

In Fälschen mit Paraffinöl, schwimmt darauf

Lässt sich gut schneiden, wesentlich härter

Schnittfläche = glänzend, überzieht sich mit Belag (bildet sich wesentlich langsamer)

Von allen Feststoffen geringste Dichte

Schwimmt zischend hin & her. Reaktion verläuft deutlich langsamer als beim Natrium. Lithium schmilzt nicht (bei Reaktion mit Wasser) Flammenfarbe = rot

Mit grauer teilweise hellbrauner Kruste überzogen

In Fläschchen unter Paraffinöl aufbewahrt à reagiert augenblicklich mit Sauerstoff & Wasserdampf in der Luft

Weich & lässt sich gut schneiden

Schmilzt bei 98°C, Schnittfläche glänzt silbrig /metallisch (kurz)

Sehr geringe Dichte p = 0.97 g / cm3

+ Wasser, schmilzt zu einer Kugel zusammen, entzündet sich & verbrennt mit gelber Flamme, bewegt sich auf Wasseroberfläche hin & her, wird schnell kleiner & verschwindet, mit Standzylinder Gas einfangen à Wasserstoff, schlieren sinken während brennen hinab = wasserlösliches Reaktionsprodukt, eindampfen = weisser Feststoff = Natriumhydroxid, Salz (NaOH)

Leitet den elektrischen Strom, Verformbarkeit, Glanz & elektrisch leitend = Metall

Flammenfarbe: organe (gelb)

Flammenfarbe = violett

In Fläschchen mit Paraffinöl

Lässt sich gut schneiden, deutlich weicher

Schnittfläche = glänzend, überzieht sich mit Belag à bildet sich schnell (momentan)

Reagiert äusserst heftig mit Wasser. Schmilzt sofort zu einer Kugel, entzündet sich und brennt mit hellvioletter Flamme. Ende der Reaktion Kugel zerplatzt

violette Flammenfarbe

In Glasampullen eingeschmolzen

Reagiert noch viel heftiger als andere

Sehr reaktionsfreudig

In Glasampullen eingeschmolzen

Entzündet sich sofort, wenn mit Luft in Berührung

Reagiert am 2. Heftigsten

Sehr reaktions-

freudig

Erdalkalimetalle = Elementgruppe

- Calcium, Beryllium, Magnesium, Strontium, Barium und Radium

- Alkali- und Erdalkalimetallemetalle sowie ihre Verbindungen zeigen beim Erhitzen charakteristische Flammenfärbung. à genutzt für farbiges Feuerwerk und nachweisen in Verbindungen.

- Zunahme der Reaktionsfähigkeit mit steigender Atommasse

Reines Calcium à Glänzt silbrig, leitet den elektrischen Strom

Brennt mit heller, rötlicher Flamme bei Erhitzung à weisser Rauch

Calcium + Sauerstoff à festem, weissem Rauch (CaO)

Luftaufbewahrung:

Matter, rauer Belag, der sich abschleifen lässt, erst nach längerer Zeit wieder matt.

Calcium + Wasser = Wasserstoff & eine Suspension à filtriert = weisser Stoff und alkalische Lösung Feststoff: Calciumhydroxid (Calciumhydroxid Lösung nennt man auch Salzwasser) à Nachweis von CO2

Flammenfarbe: ziegelrot