Chemie 1
Chemie 1
Chemie 1
Säuren und Basen
>das Arrhenius-Konzept
Elektrolyte dissoziieren in wässriger Lsg. zu Ionen
>Säure = Stoff, der in wässr.Lsg Ionen H+ (aq) bildet
>Base = Stoff, der Ionen OH- bildet
Aussmass, in dem die verbindung in Wasser dissoziiert bestimmt die Stärke einer Säure oder Base
>>Neutralisationsreaktion = H+-Ionen reagieren mit OH--Ionen zu Wasser
Säureanhydride = Oxide, die mit Wasser Säuren bilden
basische Oxide = Oxide, die in wässrifer Lsg. Hydroxide bilden
>> Reaktion von Säuren ODER Säureanhydriden MIT Basen ODER basischen Oxiden >> Entstehung von Salzen
NICHT allgemein anwendbar, da beschränkt auf wässrige Lösungen!!
dissoziieren = auflösen; Oxid = Sauerstoff-Verbindung, in der dieser die Oxidationszahl −II hat. Die meisten Oxide entstehen, wenn brennbare Stoffe mit Sauerstoff reagieren
Säuren und Basen
>Bronsted-Lowry-Konzept
Base = Molekül oder Ion, welches über ein einsames Elektronenpaar verfügt (nichtbindend), an welches ein H+-Ion angelagert werden kann. >Protonenakzeptor
Säure = Substanz, die der Base dieses H+-Ion zur Verfügung stellen kann. >Protonendonator
Reaktion = Übergabe von Protonen der Säure an die Base (beide können aus Molekülen oder Ionen bestehen)
Amphotere Substanzen (Substanzen, die als Säuren und Basen auftreten können):
CH3CO2H (aq) + H2O >>> H3O+ (aq) + CH3Co2- (aq)
CH3CO2H = Essigsäure (Säure) gibt 1 Proton an Wasser (Base) >>> Wasser wird zu H3O+,(wirkt hier nun Säure) und gibt ein Proton an das Acetat-Ion CH3Co2- (Base) ab.
> am Reaktionsgeschehen sind 2 Säuren (CH3CO2H und H3O+) und zwei Basen (H2O und CH3Co2-) beteiligt; die beiden Basen wetteifern um das Proton; ein solches Paar, das durch Aufnahme und Verlust eines Protons zusammengehört, nennt man ein konjugiertes (korrespondierendes) Säure-Basen-Paar!! Genauso bilden CH3CO2H und CH3Co2-ein zweites konjugiertes Säure-Basen-Paar.
>>>> die Reaktion ist REVERSIBEL; im System Essigsäure und Wasser stehen zwei konjugierte Säure-Basen-Paare miteinander im Gleichgewicht
man bezeichnet solche Subastanzen, die als Säuren und als Basen auftreten können als amphotere Substanzen :
zum Beispiel Wasser: amphotere Spezies: H2O Säure: H2O Base: OH- (Säure + Base = Paar)
>> H3O+(aq) (Säure 1) + OH- (aq) (Base 2) >>> H2O (Säure 2) + H2O (Base 1) > Neutralisation nach Arrhenius
>>>die konjugierte Säure und die konjugierte Base des amphoteren Lösungsmittels H2O bilden miteinander H2O
Säuren und Basen
>Stärke von Bronsted-Lowry-Säuren und Basen
Säurestärke = Tendenz, Protonen abzugeben
Basenstärke = Tendenz, Protonen aufzunehmen
Säure 1 + Base 2 <> Säure 2 + Base 1
>zu starker Säure 1 gehört schwache konjugierte Base 1; umgekehrt gilt: je stärker die Base, desto schwächer ihre konjugierte Säure
>die Lage des Gleichgewichtsbegünstigt jeweils die Bildung der der schwächeren Säure und der schwächeren Base
Säuren, in denen H-Atome nicht an O-Atome gebunden sind (zb HCl und H2S) 2 Faktoren:
1.) Vgl von H-Verb. mit Elementen derselben Periode: Elektronegativität
>nimmt von links nach rechts zu, ebenso von links nach rechts steigt die Säurestärke binärer Wasserstoffverbindungen (zb ...N<O<F >> NH3 < H2O < HF; gegenüber Wasser ist NH3 eine Base und HF eine Säure!!)
2.) Vgl von H-Verbindungen mit Elementen derselben Gruppe: Atomgrösse
die Säurestärke nimmt mit steigender Atomgrösse des Elements zu (von oben nach unten wirds saurer!)
(zb H2O < H2S < H2Se < H2Te... (7.Hauptgruppe)) (!!! wegen des nivellierenden (ausgelichenden) Effekts von Wasser ist in der 8.HG ..HCl < HBr < HI die Zunahme in wässriger Lösung nicht feststellbar.)
Fluor hat einen Kovalenzradius von 71 pm, Iod einen von 133 pm >> Fluoswasserstoff ist eine schwache Säure, Iodwasserstoff eine starke!
der zweite Faktor (Atomgrösse) ist von grösserer Bedeutung als die Elektronegativität! (ein H+ Ion lässt sich leichter von einem grossen als von eienm kleinen Atom abtrennen, da bei einem grossen Atom die Valenzelektronenwolke auf einen rgösseren Raum verteilt ist und das H+ Ion so weniger fest eingebunden ist.)
Atomradien und Ionenradien
siehe Bild
Kochsalzgitter
oktaedrisch
Koordinationszahl Anion: 6
Koordinationszahl Kation: 6
Madelungkonstante: alpha = 1,748
(Koordinationszahl = Anzahl der nächsten Nachbarn einer Struktureinheit (Atom, Ion, Molekül) in einem Kristall
Madelungkonstante = Madelungenerigie ist die elektrostatische Energie, die in einem Ionenkristall den Hauptteil der Bindungsenergie aufbringen! Van-der Valls Bindungen machen nur 1-2 % aus)
kubisches Raumgitter
jedes Ion von 8 gegenionen umgeben
Zinkblende Typ
Wie die Diamantstruktur besteht die Zinkblendestruktur aus einem kubisch-flächenzentrierten Gitter und der Basis {(0,0,0), (1/4,1/4,1/4)}. Im Unterschied zu jener, in der beide kristallographische Lagen von C-Atomen besetzt sind, liegen hier S-Ionen auf (0,0,0) und Zn-Ionen auf (1/4,1/4,1/4). Dadurch verringert sich die Symmetrie von kubisch-hexakisoktaedrisch auf kubisch-hexakistetraedrisch.
AB Ionenkristalle
Als Faustregel kann gelten, dass niedrige Koordinationszahlenmeist auf beträchtliche kovalente Bindungsanteile hindeuten.
Zshg Ionische, kovalente Bindungen und Periodensystem
Ziel: Edelgaskonfiguration
Bei der Ionenbindung bindet die Anziehungskraft der entgegengesetzten elektrischen Ladungen.In der Atombindung bindet das bindende Elektronenpaar.
polarisierte kovalente Bindung (polare Bindung)
Wie bei der kovalenten Bindung bindet hier das bindende Elektronenpaar. Der Unterschied ist lediglich, dass die Differenz in der Elektronegativität der beiden gebundenen Atome größer als der Atombindung aber nicht so groß wie bei der Ionenbindung. Diese Art der Bindung ist also eine Art Zwischending zwischen Atombindung und Ionenbindung.
Stoffe mit einer polarisierten kovalenten Bindung haben bei gleicher Molekülgröße in der Regel einen deutlich höheren Siedepunkt als die mit einer reinen kovalenten Bindung.
kovalente Bindung bei polyatomaren Molekülen
wie ordnen sie sich an?
Lewis-Säure und Lewis-Base
siehe Bild
VSEPR Theorie
Valenzelektronenpaar-Abstossungs-Theorie
Elektronenpaare stossen sich gegenseitig ab > versuchen räumlich den grösstmöglichen Abstand einzunehmen!
zu beachten: Einsame elektronenpaare sind näher am Atom >
VSEPR Theorie > Mehrfachbindungen
wie bei Einfachbindungen: Molekülgestalt abhängig von der Abstossung der Elektronenpaare
VSEPR Theorie > Mehrfachbindungen, Ionenverbindung
sb
chemische Bindungen Zusammengefasst
sb
Molekülorbitaltheorie >LCAO Näherung
Molekülorbitale sind (einfach gesagt) lineare kombinationen aus Atomorbitalen
Molekülorbitaltheorie allg zsf
sb
Säurestärke und Molekülstruktur
1) binäre Wasserstoffverbindungen
>Atomradius vs. Elektronegativität
2) Oxosäuren (eine chemische Verbindungen, die Sauerstoff, mindestens ein weiteres Element sowie mindestens ein an Sauerstoff gebundenes Wasserstoffatom aufweist und die bei Verlust eines Protons eine konjugierte Base bildet.) Struktur => H - O - Z (Z= irgendein Element)
je grösser die Elektronegativität von Z desto saurer ist die Verbindung! Je mehr O an Z gebunden sind, desto saurer!
>
Säure- und Base-Stärke und Molekülstruktur
Kossel: saure und basische Oxide
>Metalloxide (Metall + O) + Wasser > Base
>Nichtmetalloxide + Wasser > Säure
Eigendissoziation von Wasser
KW = Ionenprodukt!
Gesetz der Erhaltung der Masse
Im Verlaufe einer chemischen Reaktion lässt sich kein Verlust oder Gewinn von Masse beobachten
die Gesamtmasse aller reagierenden Stoffe ist gleich der Geamtmasse aller produkte
(2. Postulat von Dalton)
organische Chemie
die Chemie der (Mehrzahl) der Verbindungen des Kohenstoffs.
(Begriff stammt aus Zeit inder man glaubte, nur Tiere und Pflanzen können diese Stoffe erzeugen)
anorganische Chemie
Chemie aller Elemente ausgenommen Kohlenstoff (jedoch unter Einshluss einiger aus Mineralien gewinnbarer Kohlenstoff-Verbindungen)
Materie
ist alles, was Raum beansprucht und Masse besitzt
sie besteht aus unterschiedlichen Stoffen
Masse
ist das Mass für die Menge eines Stoffes und gleichzeitig ein Mass für seine Trägheit (d.h. für den Widerstand den er einer Kraft entgegensetzt, die auf seine Bewegung wirkt)
Gewicht
ist die Anziehungskraft, welche die Erde auf einen Körper ausübt;
es ist proportional zu der Masse eines Körpers
Elemente
sind Stoffe, die aus einer begrenzten Zahl, einfacher Stoffe aufgebaut sind
es sind bestimmte primitive und einfache, völlig unvermischte Körper;
es ist ein Stoff, der in keine einfacheren Stoffe zerlegt werden kann
Zusammenfügung versch. Elemente > Verbindungen
gegenwärtig sind 118 Elemente bekannt (davon 90 aus der Natur, die restlichen künstlch erzeugt in Kernreaktionen)
Verbindung
entsteht durch das Zusammenfügen von Elementen (nicht in einfacherere Stoffe zerlegbare Stoffe)
es sind Stoffe, die aus verschiedenen Elementen in definierter Zusammensetzung bestehen
>Gesetz der konstanten Proportionen (eine Verbindung besteht immer aus den gleichen Elementen im gleichen Massenverhältnis)
zählen wie die Elemente zu den reinen Stoffen (alle anderen sind Gemische)
15 häufigste Elemente
> Sauerstoff
Rang: 1 (49,2%)
Symbol: O
Ordnungszahl: 8
Massenzahl (molmasse): 15,999
häufigste Elemente
>Silicium
Rang: 2 (25,7%)
Symbol: Si
Ordnungszahl: 14
Massenzahl (molmasse): 28,085
häufigste Elemente
>Aluminium
Rang: 3 (7,5%)
Symbol: Al
Ordnungszahl: 13
Massenzahl (molmasse): 26,981...
häufigste Elemente
> Eisen
Rang: 4 (4,7%)
Symbol: Fe
Ordnungszahl: 26
Massenzahl (molmasse): 55,845
häufigste Elemente
>Calcium
Rang: 5 (3,4%)
Symbol: Ca
Ordnungszahl: 20
Massenzahl (molmasse): 40,078
häufigste Elemente
>Natrium
Rang: 6 (2,6%)
Symbol: Na
Ordnungszahl: 11
Massenzahl (molmasse): 22,989
häufigste Elemente
>Kalium
Rang: 7 (2,4%)
Symbol: K
Ordnungszahl: 19
Massenzahl (molmasse): 39,0983
häufigste Elemente
>Magnesium
Rang: 8 (1,9%)
Symbol: Mg
Ordnungszahl: 12
Massenzahl (molmasse): 24,305
häufigste Elemente
>Wasserstoff
Rang: 9 (0,9%)
Symbol: H
Ordnungszahl: 1
Massenzahl (molmasse): 1,008
häufigste Elemente
>Titan
Rang: 10 (0,6%)
Symbol: Ti
Ordnungszahl: 22
Massenzahl (molmasse): 47,867
häufigste Elemente
>Chlor
Rang: 11 (0,2%)
Symbol: Cl
Ordnungszahl: 17
Massenzahl (molmasse): 35,45
häufigste Elemente
>Phosphor
Rang: 12 (0,1%)
Symbol: P
Ordnungszahl: 15
Massenzahl (molmasse): 30,973
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Lernkarten
kinetische Energie
ein Körper verfügt über kinetische Energie, nachdem ein Körper der Masse m auf die Geschwindigkeit v beschleunigt wurde und dabei die Arbeit W aufgewandt wurde;
Wenn der Körper gegen eine Kraft wirkt und dabei seine Geschwindigkeit verliert (verzögerung = negative Beschleunigung) mit der kinetischen Energie wieder Arbeit geleistet werden >> Arbeit ist hier genauso gross wie die Arbeit die anfänglich zum Beschleunigen aufgewandt wurde > die im Körper steckende kinetische Energie entspricht genau dem Betrag dieser Arbeit.
Temperatur
ein Mass dafür, in welcher Richtung der Wärmefluss erfolgt
Einheiten: Grad Celsius; Kelvien (K) = Grad Celsius -273,15
spezifische Wärme einer Substanz:
die Wärmemenge die benötigt wird, um 1 g der Substanz um 1 Grad C zu erwärmen
Wärmekapazität eines Körpers
C (mit Masse m) einheit: J/K
ist die Wärmemenge die benötigt wird um die Temperatur des Körpers um 1 Grad Celsius zu erhöhen*:
Q = C x (T2 - T1)
Q = notwendige Wärmemenge
*(nicht um 1 g der Substanz um 1 Grad zu erwärmen > das ist die spezifische Wärme)
Kaloriemeter
dient der Messung von Wärmemengen, die bei chemischen reaktionen freigesetzt oder aufgenommen werden
(Bsp: Bombemkaloriemeter: zur Messung von freigesetzter Wärme bei Verbrennungsprozessen )
bei Reaktionen in geschlossenen Gefässen wie Bombenkaloriemetern wird keine mechanische Arbeit geleistet; die gesamte bei der Reaktion freigesetzte Energie kann als Wärmeenergie anfallen.
diese Gesamtenergie = Reaktionsenergie
Volumenarbeit
Fall: mit Kolben (Querschnitt hat Fläche A) geschlossenes Gefäss befüllt sich mit Gas
> Bewegung des Kolbens durch Druckanstieg (mechanische Arbeit, durch von aussen gegen den Kolben wirkenden Atmosphärendruck bedingt; von aussen wirkende Kraft = p)
F = A x p
Volumenanstieg im Zylinderinneren nach verschieben des Kolbens um Wegstrecke s:
ΔV = V2 - V1 = A x s
die geleistete Volumenarbeit beträgt:
W = F x s = A x p x s = ΔV x p
innere Energie
jeder Stoff hat eine bestimmte innere Energie = U
Summe der Inneren Energien der Reaktanden = U1 ; Summe derer der Produkte = U2
Reaktionsenergie = ΔU ist deren Differenz
Reaktionsenergie
ΔU
es gelten die selben Regeln wie für Berechnungen der Reaktionsenthalpie, BEDINGUNG: konstantes Volumen in geschlossenem Gefäss!!
Dissotiationsenergie
Atome in Molekülen werden durch chemische Bindungen zusammengehalten.
Die Dissotiationsenergie ist die Energie, die zum Aufbrechen der Bindung eines zweiatomigen Moleküls benötigt wird.
> Angabe der Energie in KJ/mol Bindungen
ΔH ist positiv, da das AUfbrechen der Bindungen die Zufuhr von Energie benötigt (endotherme Reaktion)
werden zwei Atome zu einem Molekül zusammengefügt, so wird der entsprechende Energiebetrag freigesetzt.
Mit Hilfe der Dissotiationsenergie können für manche Reaktionen die Reaktionsenthalpie berechnet werden.
mittlere Bindungsenergie
Dissotiation kann auch bei mehratomigen Molekülen angewandt werden; Bspw werden bei der vollständigen Dissotiation eines Wasser-Moleküls zwei H-O- Bindungen aufgebrochen.
Die spaltung einer O-H Bindung erfordert eine Energie von ΔH = 463 kj/mol (gemäss Tabelle S.56);
Die Mittlere Bindungsenergie ist nun das doppelte (für das Aufbrechen 2er Bindungen) also 926 kj/mol
in Wahrheit sind die Energiebeträge der jwl. Spaltungen nicht einfach wie hier aufteilbar, da sich Abspalten einen Atoms im verbliebenen Molekül oft andere Stabilitätsverhältnisse die Bindungen betreffend herrschen als vor der ersten Abspaltung.
es wird aber mit diesem Mittelwert gerechnet, mit der mittleren Bindungsenergie
es gilt ausserdem:
-alle in der Tabelle angegebenen Werte sind nur auf Gasförmige Verbindungen anwendbar!
-die mit mittlerer Bindungsenergien berechneten ΔH-Werte sind nur Schätzwerte
-in manchen Verbindungen liegen besondere Verhältnisse vor, die eine Anwendung mittlerer Bindungsenergie nicht zulassen
-bei Mehrfachbindungen nimmt die Bindungsenergie in dieser Reihenfolge zu:
Einfachbindung < Doppelbindung < Dreifachbindung
Lichtgeschwindigkeit
auch Ausbreitungsgeschwindigkeit, sie ist für elektromagnetische Strahlung unabhängig von der Wellenlänge
im Vakuum:
c = 2,99792458 x10 ^8 m/s
Frequenz
v
Wellenanzahl, die an gegebenem Ort pro Sekunde vorbeikommt
SI- Einheit: Hertz = 1/s
es gilt:
c = λ x v
λ = c/v
v = c/λ
Wellenlänge
Lambda λ
es gilt:
c = λ x v
λ = c/v
v = c/λ
bei Ablenkung durch Prisma: je kleiner die Wellelnlänge desto grösser die Ablenkung;
Prisma: hier wird weisses Licht zu einem Streifen gedehnt (kontinuierliches Spektrum > alle Farben des Regenbogens ohne scharfe Grenzen) im weissen Licht kommen alle Wellenlängen des sichtbaren Spektralbereiches vor
Amplitude
A
DIe Intensität (Helligkeit) ist proportional zur A2
Elektromagnetische Strahlung
Radiowellen, Licht, Infrarotstrahlung, Röntgenstrahlen und γ-Strahlung
>man kann sie als sich im Raum fortpflanzende Wellenbewegungen auffassen
Zu ihrer Charakterisierung dienen folgene Grössen:
Wellenlänge, Amplitude, Lichtgeschwindigkeit, Frequenz
monochromatisches Licht
hat bestimmte Wellenlänge und und bestimmte Farbe
polychromatisches Licht
ist bei allen Wellenlängen zwischen 280 und 780nm vertreten und ist weiss
Quantentheorie
Strahlung als Teilchenstrom
Max Planck (1900)
Quant = einzelne Energieportion (Energie kann nur in definierten Portionen abgegeben werden) nach Einstein: ein Teilchen das sich mit Lichtgescheindigkeit fortbewegt, ein "Photon"
E = Energie eines Quants; ist proportional zur Frequenz der Strahlung
h = Planck-Konstante / Proportionalitätskonstante
>>Strahlung mit hoher Frequenz v und kleiner Wellenlänge > energiereiche Quanten
E = h x v
h = 6,62608 x 10 ^-34 J x s
Linienspektrum
Leuchten/Licht (welches beim Erhitzen von Gasen oder Dämpfen chem. Substanzen mit Hilfe von Flammen oder elektrischer Entladung entsteht) wird durch ein Prisma geschickt
>> das vom Prisma abgeleitete Linienspektrum besteht aus einer begrenzten Anzah scharf begrenzter farbiger Linien
>> jede dieser Linien entspricht einer eigenen definierten Wellenlänge
>>> jedes zum Leuchten angeregte Element zeigt ein eigenes charakteristisches Spektrum
Bohr-Atommodell
Theorie, dass sich das Elektron eines H-Atoms nur auf bestimmten Kreisbahnen bewegen kann
Kreisbahnen = Energieniveaus / Energiezustände /Schalen >> konzentrische Anordnung um den Atomkern, Bezeichnung mit Buchstabe (K,L,M,N..) oder Zahl (n = 1,2,3,...)
>> auf der K-Schale hat das Atom die Energie n = 1 (K-Schale dem Atomkern am nächsten, Energie am geringsten)
es muss Arbeit geleistet / Energie aufgewandt werden (zwischen dem positiv geladenen Kern und negativem Elektron) um das Elektron auf eine weiter aussen liegende Bahn zu bringen
es darf keine Energie seitens des Elektrons aufgewandt werden, die es auf einen Ort zwischen den erlaubten Bahnen befördern würde
Elektron auf innerster Bahn mit geringster Energie >> Grndzustand
Sprung auf äussere bahn durch Energiezufuhr >> angeregter Zustand
umgekehrt: bei springen auf niedrigere Bahn /Niveau > es wird ein definierter Energiebetrag frei der als Lichtquant emittiert wird.
>>Mit dem Bohrschen Atommodell lässt sich das Emissionsspektrum des Wasserstoffs exakt berechen. Für Atome mit mehreren Elektronen gelingt das nicht mehr, sodass das Modell mit Hilfe der Quantentheorie in das wellenmechanische Atommodell weiterentwickelt wurde.
Berechnung durch Bohr
der Energie En die das Elektron in der n-ten Bahn hat
En = -(2,179 x 10 -18 / n 2) J
n = 1, 2, 3, ...
Bsp. Bahn: n = n1 ; Energie: E1 >Sprung> Bahn n = n2 ; Energie: E2 >>> überschüssige Energie wird als Lichtquant abgestrahlt
kinetische Energie
Ekin= 1/2m x v2
m= Masse; v= Geschwindigkeit
potentielle Energie
Epot= mgh
m= Masse, g= Erdbeschleunigung; h= Höhe
spezifische Wärme
c
ist diejenige Wärmemenge, die benötigt wird, um 1 gramm um 1 Grad Celsius zu erwärmen
c = C/m
C= Wärmekapazität (K/J)
Kalorie
Definition:
1 gramm H2O von 14,5 auf 15,5 Grad Celsius zu erwärmen erfordert
> ca 1 ckal oder 4,181 J
>>> Wasser hat eine spezifische Wärme von 4,181 J/Kg
Wärmemenge
Q
berechnung:
Q = C x (T2 - T1)
C = Wärmekapazität
Beispielaufgabe:
Wie viel Energie wird benötigt, um eine Badewanne mit 900Kg Wasser von 15 auf 28 Grad zu erhitzen?
1)Berechnen der Wärmekapazität von 900kg Wasser:
900 x 4,18J/kg = 3762 KJ/ K bzw 3,762 J/K
2)Berechenn der notwendigen Wärmemenge Q:
Q = 3762 x (28 - 15) = 48906 J = 48 kJ
Kalorimetrie bei konstantem Druck
Im offenen Gefäss: Mechanische Arbeit gegen den Luftdruck
Reaktionsenergie = Reaktionswärme + Volumenarbeit
Reaktionsenthalpie: ΔH = ΔU + p x ΔV
Zustandsgrösse
(Z.Bsp: Enthalpie)
-ist unabhängig von der Art, wie eine Probe hergestellt wurde
der Satz von Hess
die Reaktionsenthalpie ΔH einer Reaktion ist konstant und unabhängig davon, ob sie über Teilschritte oder direkt abläuft
>>Gesetz der konstanten Wärmesummen
s.u,: die Enthalpiesumme über den Teilschritt ist genau so gross wie auf direktem Wege
Standard-Bildungsenthalpie
die Standardreaktionsenthalpie (PRO MOL VERBINDUNG) ihrer Synthese aus den Elementen in ihrer stabilsten Form bei 1 atm und der geg.. Temp.
Wesentlich: Aggregatzustand; muss angegeben sein (zum korrekten Ablesen aus der Tabelle!) es sei denn es liegen Standart bedingungen vor: 1 mol, 298 K, 1,023 bar
Dissotiationsenergien und mittlere Bindungsenergie
Dissotiationsenergie:
die Energie die zum Aufbrechen der Bindung eines 2Atomigen Moleküls benötigt wird.
mittlere Bindungsenergie:
ausweiten der Betrachtung auf mehratomige Moleküle (bsp H20 ΔH= 926 kJ/mol >bei der vollständigen Dissotiation müssen 2 H-O-Bindungen getrennt werden) >> die Hälfte (463 kJ/mol) ist die mittlere Bindungsenergie
Balmer Serie und Lyman Serie
Balmer Serie:
eine bestimmte Folge von Spektrallinien im elektromagnetischen Spektrum eines Wasserstoffatoms; Emittierung beim Übergang eines Elektrons von einem höheren zum zweittiefsten Energieniveau n1 = 2
Lyman Serie:
die Folge von Spektrallinien eines Wasserstoffatoms, im Ultravioletten Bereich (91- 212 nm)
Formel zur Frequenz der Spektrallinien
siehe Grafik
Rydbergkonstante
RH = 3,289·1015 s-1
Berechnung von Atomspektren,
siehe Rydberg-Formel. Der Wert ist die als Wellenzahl ausgedrückte Ionisierungsenergie des Wasserstoffatoms unter Vernachlässigung relativistischer Effekte und der Mitbewegung des Kerns
Welle-Teilchen-Dualismus
je nach Sachverhalt eignet sich zur Erklärung des Verhaltens von Licht entweder die Quantentheorie (Licht als Teilchenstrahl; Planck und Einstein) besser oder Licht als Welle (De-Broglie)
>>dualistische Natur des Lichts /Welle-Teilchen-Dualismus
die de-Broglie-Beziehung
Die Wellenlänge beliebiger bewegter Teilchen beträgt nach de Broglie:
λ = h/p
p ist der Impuls = mv; h= Planck-Konstante
Heisenbergsche Unschärferelation
es ist unmögich, Ort und Impuls eines Teilchens genau zu bestimmen
maximale Genauigkeit gegeben durch
delta x = der Ort; delta (mv) = der Impulse
(deren Unschärfen miteinander verknüpft sind und deren maximale Genauigkeit angegeben wird durch die Gleichung siehe Bild)
Umstellbar wenn masse und Ort gegeben sind:
Δ v ≥ h / 4π m Δx
Schrödinger Gleichung
die Ausbreitung der Wellenfunktion ψ im Raum mit der Geschwindigkeit U wird durch eine Differentialgleichung 2ter Ordnung beschrieben (siehe Bild)
Wellenfunktion
ψ
Situation des Elektrons im Kasten:
das Elektron fliegt in einem eindimensionalen Kasten mit der Länge L hin und her, es wird als hin- und zurücklaufende Welle behandelt;
für die Ladungsverteilung gilt hier im Kasten ψ2 (nicht gleichmässig) an den Knotenpunkten ist ψ2= 0 (bedeutet: dort ist keine Ladung und das Elektron ist hier NIE anzutreffen > bei n = 3 zb teilt sich die Ladung und der Aufenthaltsbereich des El. auf drei Bereiche auf zwischen die Aufenthaltswahrscheinlichkeit 0 beträgt)
das Elektron verhält sich hier wie eine stehende Welle (vgl Gitarrensaite) > stationäre Schwingung
die Amplitude an einem Ort x ist (wie bei der schwingenden Saite) durch die Wellenfunktion ψ gegeben:
Ψn(x) = 2/111/2 sin (n π x / L)
ψ = sin π n x n = 1, 2, 3....
Knoten und Wellen
stehende Welle im...
-eindimensionaler Kasten > n - 1 Knotenpunkte; Ladungsdichte ψ2 an den Knotenpunkten = 0
-zweidimensionale Ausdehnung (Paukenfell) > n und l; es bilden sich Knotenlinien zwischen den Bereichen, die gegeneinander schwingen; entlang dieser Knotenlinien ist die Amplitude ψ = 0; Ladungsdichte ψ2 entlang der Knotenlinien = 0
-im dreidimensionalen Kasten > drei Zahlen n, l und m; zb Schallwellen in luftgefüllter Hohlkugel; Knotenflächen: kugelförmige und ebene (durch die Kugelmitte verlaufende) Knotenflächen.
Atomorbital AO
>dreidimensionales Modell einer Wellenfunktion
>>Quantenzahlen im Detail
>>>HAuptquantenzahl
jedes Atomorbital wird durch 4 Quantenzahlen charakterisiert (nicht mehr nur n oder n und l)
diese beschreiben den Aufenthaltsort des Elektrons (also das Orbitlal) und die begrenzenden Knotenflächen
1) die erste Quantenzahl ist die Hauptquantenzahl (n = 1, 2, 3,...); n bezeichnet die Schale, zu der ein Elektron gehört
>sie charakterisiert die Energie eines Elektrons
>alle Orbitale mit gleichem n gehören zur gleichen Schale
>bestimmt den mittleren Abstand vom Kern (Zunahme mit n)
>die nach Hauptquantenzahl n bezeichneten Schalen werden in Unterschalen aufgeteilt
>die Zahl der Unterschalen hängt von der Hauptquantenzahl n ab
>Je größer n, desto höher ist die Energie. Atome nehmen immer den energieärmsten Zustand ein, d.h. die Schalen werden von unten mit aufsteigender Energie besetzt.
