Grundwissen Chemie 8 (NTG)

Asam-Gymnasium München Fachschaft Chemie 2013

(manche Abbildungen erstellt von Yaroun Kieser)

Lehrplan:

Die Schüler können Stoffe aufgrund wichtiger Kenneigenschaften ordnen.

Sie sind mit wichtigen Aussagen des Teilchenmodells vertraut.

Sie können chemische Formeln und Reaktionsgleichungen sicher erstellen und interpretieren.

Sie sind mit den Grundlagen der chemischen Energetik vertraut.

Sie verfügen über eine einfache Modellvorstellung zum Aufbau von Atomen und können den Zusammenhang zwischen dem Bau der Elektronenhülle, der Stellung des Elements im

gekürzten Periodensystem und dem Reaktionsverhalten der jeweiligen Atomart herstellen.

Sie kennen wichtige Salze, Metalle und molekular gebaute Stoffe und können deren Eigenschaften anhand der jeweils vorliegenden Bindungsverhältnisse modellhaft erklären.

Sie haben eine grundlegende Vorstellung vom Weg der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung.

Sie können einfache Experimente sicherheitsgerecht durchführen, protokollieren und auswerten.

GW Chemie 8

Chemie

Die Chemie beschäftigt sich mit

- den Eigenschaften der Stoffe

- mit den Umwandlungen von Stoffen in andere Stoffe, also mit den chemischen Reaktionen.

Erkläre, womit sich die Naturwissenschaft Chemie

beschäftigt!

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Versuchsprotokoll

Versuchsdurchführung Arbeitsschritte knapp beschreiben

Chemikalienliste/Materialienliste anfertigen Beschriftete Skizze des Versuchsaufbaus

Sicherheitsbestimmungen

Beobachtungen Mit allen Sinnen (außer Geschmackssinn) z.B.

Gasentwicklung, Farbveränderung...

Mit allen zur Verfügung stehende Messgeräten z.B. Temperaturerhöhung

Erklärung Text Wortgleichung

Reaktionsgleichung

Berechnung...

Führe aus, in welchen drei Schritten ein Versuchsprotokoll

für ein chemisches Experiment angefertigt wird!

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Laborgeräte Obere Reihe von links nach rechts:

Reagenzglas, Becherglas, Erlenmeyerkolben,

Standzylinder, Messzylinder, Trichter,

Reagenzglasklammer

Untere Reihe von links nach rechts: Stativ, Klemme, Muffe, Tiegelzange,

Reagenzglasgestell, Gasbrenner

Benenne die abgebildeten Laborgeräte!

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Sicherheit beim Experimentieren

Schutzbekleidung: Schutzkittel, Schutzbrille, Schutzhandschuhe Sicherheitseinrichtungen im Chemiesaal: Abzug, Schutzscheibe,

Feuerlöscher, Löschsand, Löschdecke, Augendusche, Not-Aus-Knopf, Erste-Hilfe-Kasten, Telefon (im Nebenraum)

Verhaltensregeln (unvollständig):

- Anweisungen der Lehrkraft beachten

- Taschen sicher verstauen (keine Stolperfallen!) - Nicht Essen und Trinken - Chemikalien nicht berühren - „Chemisch Riechen“ (Fächeln) - Stehend arbeiten

- Lange Haare zusammenbinden (Bunsenbrenner!) - Bunsenbrenner nie unbeaufsichtigt brennen lassen - Möglichst geringe Chemikalienmengen verwenden - Chemikalien ordnungsgemäß entsorgen

Nenne wichtige Schutzbekleidungen für

Experimentierende!

Nenne Sicherheitseinrichtungen im Chemiesaal!

Nenne einige wichtige Verhaltensregeln, die beim

Experimentieren eingehalten werden müssen!

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Aufbau und Funktionsweise des Gasbrenners

1. Gaszufuhr und Luftzufuhr am Gasbrenner

geschlossen? 2. Hauptgashahn öffnen

3. Gaszufuhr am Gasbrenner öffnen

4. Ausströmendes Gas entzünden:

Leuchtende Flamme (max. 900°C)

5. Luftzufuhr öffnen:

Rauschende Flamme (max. 1200 °C)

Beschreibe die Vorgehensweise bei der

Inbetriebnahme des Gasbrenners und der Einstellung verschiedener

Flammentemperaturen!

(© Yaroun Kieser)

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Aggregatzustände

Die drei Aggregatzustände auf Teilchenebene:

fest: Fast keine Bewegung, kleine Abstände, feste Anordnung (engl. solid (s)) flüssig: Bewegung, kleine Abstände, Teilchen ändern Position(engl. liquid (l)) gasförmig: starke und schnelle Bewegung, große Abstände (engl. gaseous (g))

Skizzen:

Benenne und beschreibe die drei Aggregatzustände auf

Teilchenebene und nenne ihre Abkürzung!

Fertige Skizzen der drei Aggregatzustände im

Teilchenmodell an und benenne die Übergänge zwischen ihnen ( siehe GW NUT 5).

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Einteilung der Stoffe

Stelle in einem Fließdiagramm folgende Begriffe

zueinander in Beziehung: Stoff, Reinstoff, Gemisch, homogenes Gemisch, heterogenes Gemisch

Stoff

Reinstoff: - besteht aus Teilchen gleicher Art - besitzt Kenneigenschaften

Gemisch: - besteht aus Teilchen verschiedener Arten

homogen: - besteht nur aus einer Phase Bsp. Luft, Salzwasser, ...

heterogen:

- besteht aus mehreren Phasen Bsp. Orangensaft mit Fruchtfleisch

mischen

trennen

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Einteilung der Reinstoffe

Teile die Reinstoffe auf Stoff- und Teilchenebene ein!

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Die Reaktionsgleichung

A + B C + D

Der Reaktionspfeil bedeutet „reagiert zu“ bzw. „reagieren zu“ (hier: „Die Stoffe A und B reagieren zu den Stoffen C und D“)

Formuliere eine allgemeine chemische Reaktionsgleichung unter Verwendung aller wichtigen Fachbegriffe!

Reinstoff

Element

Stoffebene: lässt sich durch eine chemische Reaktion nicht weiter zerlegen (z.B. Wasserstoff).

Teilchenebene: Teilchen bestehen aus nur einer

Atomart, z.B. H2

Verbindung

Stoffebene: lässt sich durch eine chemische Reaktion

weiter in Elemente zerlegen (Analyse)

Teilchenebene: Teilchen bestehen aus verschiedenen

Atomarten in einem festen, für die Verbindung charakteristischen

Zahlenverhältnis z.B. H2O

Produkte

e

Edukte

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Kennzeichen chemischer

Reaktionen

Bei chemischen Reaktionen finden Stoff- und

Energieumwandlungen statt, wobei die Masse erhalten bleibt.

Auf Teilchenebene sind sie gekennzeichnet durch:

o Umgruppierung von Teilchen

o Umbau von chemischen Bindungen

2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l)

+ + +

Nenne die Kennzeichen chemischer Reaktionen und wende sie auf das Beispiel der Synthese von Wasser an (auch auf

der Teilchenebene)!

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Elementsymbol

Erkläre die Bedeutung der angegebenen Zahlenwerte!

Nukleonenzahl = Neutronenzahl + Protonenzahl Massenzahl

Elementsymbol

Protonenzahl Elektronenzahl

Ordnungszahl bzw. Kernladungszahl

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Kern-Hülle-Modell

Das Kern-Hülle-Modell beschreibt den Bau von Atomen

Atomkern: klein, kompakt, positiv

geladen

Atomhülle: groß, durchdringbar, negativ geladen

Nenne je drei Eigenschaften des Atomkerns und der

Atomhülle, die sie gemäß dem Kern-Hülle-Modell besitzen!

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Energiestufenmodell

Die Energiestufen werden von der energieärmsten Stufe (unten) zur

energiereichsten Stufe (oben) nacheinander aufgefüllt.

Maximale Besetzung:

1. Stufe: 2 e- 2. Stufe: 8 e- 3. Stufe: (vereinfacht) 8 e-

Energie (E)

Zeichne ein Energiestufen-Diagramm für das Natrium-

Atom unter Angabe aller dabei zu beachtenden Regeln!

1. Energiestufe

2. Energiestufe

3. Energiestufe

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Schalenmodell = Neutronen (Abk. n0)

= Protonen (Abk. p+), (positiv geladen)

= Elektronen (Abk. e-), (negativ geladen) in der Atomhülle

Skizziere das Schalenmodell eines Lithium-Atoms unter

Einbeziehung aller Elementarteilchen.

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Aufstellen von Summenformeln Wertigkeit und Kreuzregel

Die Wertigkeit ist ein Hilfsmittel zum Aufstellen von Summenformeln von

Verbindungen. Sie ist aus der Stellung des Elementes im Periodensystem ablesbar.

Die Kreuzregel dient dem Erstellen von Summenformeln mit

Hilfe der Wertigkeiten. Die Wertigkeit des einen Elements entspricht dem des jeweils anderen Elements. Index

II I

Mg Cl wird zu: MgCl (Index „1“ wird nicht angeschrieben) 2

I II III IV III II I 0

H He

Li Be B C N O F Ne

Na Mg Al Si P S Cl Ar

Erläutere den Begriff Wertigkeit und gib die Wertigkeit der Hauptgruppenelemente an!

Erkläre den Zweck der Kreuzregel am Beispiel der

Verbindung aus Magnesium und Chlor!

im Atomkern

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Benennungsregeln Salze

Metallname + Nichtmetall-Name (mit Endung –id)

MgS = Magnesiumsulfid

K3N = Kaliumnitrid

Al2O3 = Aluminiumoxid

NaBr = Natriumbromid CaI2 = Calciumiodid

LiF = Lithiumfluorid

AlCl3 = Aluminiumchlorid

Erkläre, wie Salze benannt werden! Benenne die Salze:

MgS, K3N, Al2O3, NaBr, CaI2, LiF; AlCl3

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Benennungsregeln Molekulare Stoffe

N2O4 = Distickstofftetraoxid

CO2 = Kohlenstoffdioxid

CO = Kohlenstoffmonooxid

NO = Stickstoffdioxid

N2O = Distickstoffmonooxid

o H2O = Wasser o NH3 = Ammoniak

o CH4 = Methan

o H2O2 = Wasserstoffperoxid

Benenne die folgenden Verbindungen: N2O4, CO2, CO, NO2

, N2O (Griechische Zahlworter: 1 = mono; 2 = di;3 = tri; 4 = tetra; 5 = penta; 6 = hexa; 7 = hepta; 8 = octa; 9 = nona; 10 = deca)

Für einige Molekülverbindungen werden ausschließlich Trivialnamen verwendet. Benenne die folgenden

Verbindungen: H2O, NH3, CH4, H2O2

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(Summen-)Formeln elementarer Stoffe

Mit Index „2“ geschrieben werden die folgenden Elemente:

H2, N2, O2, F2, Cl2, Br2, I2

Merke:

„Ich gehe zum Hals-Nasen-Ohrenarzt (HNO-Arzt)

in der Hauptstraße Nr. 7 (7. Hauptgruppe)“ Nenne diejenigen Elemente, die als zweiatomige Moleküle

vorkommen und deshalb den Index „2“ besitzen!

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Aufstellen von Reaktionsgleichungen

- Alle Edukte und Produkte mit Summenformeln notieren:

z. B. H2 + O2 → H2O

- Die Anzahl der Atome eines Elements muss auf beiden

Seiten der Gleichung gleich sein. Es wird mit ganzzahligen Koeffizienten „ausgeglichen“, die sich immer auf die

gesamte Summenformel beziehen, vor der sie stehen. Die

Summenformeln selbst dürfen keinesfalls mehr verändert

werden. Koeffizient „1“ wird nicht notiert. z. B. 2 H2 + O2 → 2 H2O

Erkläre die Regeln für das Aufstellen von Reaktionsgleichungen!

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Exotherme und endotherme Reaktion Exotherme Reaktion: Reaktion, bei der (Wärme-)Energie abgegeben wird. Die innere Energie der

Edukte ist größer als die innere Energie der Produkte. Ei (Edukte) > Ei (Produkte)

Endotherme Reaktion: Reaktion, bei der (Wärme-)Energie aufgenommen wird. Die innere Energie der Produkte ist größer als die innere Energie der Edukte.

Ei (Produkte) > Ei (Edukte)

Reaktionsenergie ∆Ei:

Die Reaktionsenergie ∆Ei ist die bei einer exothermen Reaktions

freiwerdende (Wärme-)Energie oder bei einer endothermen Reaktion aufgenommene (Wärme-)Energie.

Definiere den Begriff exotherme Reaktion!

Definiere den Begriff endotherme Reaktion!

Definiere, was man unter der Reaktionsenergie ∆Ei

versteht?

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Energiediagramm

exotherme Reaktion

Zeichne ein beschriftetes Energiediagramm für eine exotherme Reaktion!

Edukte

Produkte

Ei

Reaktionsverlauf

Aktivierungsenergie EA

∆Ei

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Energiediagramm

endotherme Reaktion

Zeichne ein beschriftetes Energiediagramm für eine exotherme Reaktion!

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28 Katalyse

Energiediagramm:

Ein Katalysator ist ein Stoff, der

- die Aktivierungsenergie EA senkt

- die Reaktion beschleunigt - nach der Reaktion unverändert vorliegt

Zeichne ein beschriftetes Energiediagramm, das die Wirkung eines Katalysators bei einer exothermen Reaktion

darstellt!

Nenne Eigenschaften eines Katalysators!

Edukt(e)

Produkt(e)

Ei

ΔEi

Ei Edukte

Ei Produkte

EA

EA (Kat)

Edukte

Produkte

Ei

Reaktionsverlauf

Aktivierungs-

energie EA

∆Ei

Reaktionsverlauf

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Ionisierungsenergie

Ionisierungsenergie

o Energie, die aufgewendet werden muss, um ein Elektron

aus der Atomhülle zu entfernen.

o Je niedriger die Energiestufe (je näher die Schale am

Kern) ist, desto höher ist die Ionisierungsenergie.

Definiere den Begriff „Ionisierungsenergie“!

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Valenzelektronen

Valenzstrichschreibweise

Valenzelektronen sind Elektronen der höchsten Energiestufe (der

äußersten Schale)

Valenzstrichschreibweise

o Die Valenzelektronen werden als Punkte

(einzelne Elektronen) bzw.

als Striche (Elektronenpaare) um das

Elementsymbol gezeichnet

o Die ersten vier Valenzelektronen werden

einzeln symbolisiert, ab dem 5. Valenzelektron werden

Elektronenpaare gebildet

Definiere den Begriff Valenzelektronen!

Erkläre die Vorgehensweise bei der Erstellung der Valenzstrich-

schreibweise!

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Hauptgruppen Hauptgruppen sind die senkrechten Reihen im Periodensystem.

Benennung der Hauptgruppen: HG I: Alkalimetalle

HG II: Erdalkalimetalle HG III: Erdmetalle

HG IV: Kohlenstoff-Silicium-Gruppe HG V: Stickstoff-Phosphor-Gruppe

HG VI: Chalkogene

HG VII: Halogene HG VIII : Edelgase

Gemeinsamkeit:

Anzahl der Valenzelektronen (daraus resultiert auch das ähnliche

Reaktionsverhalten)

Unterschied:

Anzahl der Energiestufen (Schalen). Je weiter

unten im PSE, desto mehr Energiestufen (Schalen).

Erkläre, was man unter den „Hauptgruppen“ des

Periodensystems versteht!

Benenne die 1., 2., 7. und 8. Hauptgruppe des

Periodensystems!

Erkläre, welche Gemeinsamkeit die Elemente einer Hauptgruppe

besitzen und wodurch sie sich hinsichtlich ihrer Atomhülle

unterscheiden!

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Perioden Perioden sind die waagrechten Reihen in Periodensystem

Gemeinsamkeit: Anzahl der Energiestufen (Schalen) (z. B. 3. Periode: Drei

Energiestufen / Schalen).

Unterschied: Je weiter rechts, desto mehr Valenzelektronen

(daraus resultiert auch das unterschiedliche Reaktionsverhalten)

Erkläre, was man unter den Perioden des Periodensystems

versteht!

Erkläre, welche Gemeinsamkeit die Atome der Elemente einer

Periode besitzen und wodurch sie sich hinsichtlich ihrer Atomhülle unterscheiden!

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Edelgaskonfiguration und

Oktettregel Edelgas-Atome (8. Hauptgruppe) besitzen acht

Valenzelektronen (Ausnahme Helium: 2e-) in der äußersten Schale, die sogenannte „Edelgasschale“. Sie sind äußerst

stabil und sehr reaktionsträge. Edelgase kommen in der Natur

nicht in Verbindungen vor.

Elektronenkonfiguration (Elektronenbesetzung) mit 8 Valenzelektronen (bzw. 1. Periode: 2e-)

Oktettregel: Atome mit Edelgaskonfiguration besitzen 8 (gr. „octa“) Valenzelektronen (bzw. 2), also ein

„Elektronenoktett“. Atome bzw. Ionen, die die Oktettregel

erfüllen, bilden stabile Verbindungen.

Erkläre, welche Besonderheit in der Hülle der Atome der Edelgase auftritt und wie sich dies auf ihr Reaktionsverhalten

auswirkt!

Erkläre, was man unter der „Edelgaskonfiguration“ versteht!

Erkläre, was man unter der „Oktettregel“ versteht!

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Salze Kationen und Anionen

Ion: Geladenes Teilchen (Atom-Ion oder Molekül-Ion) Kation: Positiv geladenes Teilchen

Anion: Negativ geladenes Teilchen

Ionen von Metall- und Nichtmetall-Elementen

(Sonderfall: Aus Wassersstoffatomen entstehen bevorzugt „H+“ -Ionen)

HG I HG II HG III HG IV HG V HG VI HG VII

Li+ N3- O2- F-

Na+ Mg2+ P3- S2- Cl-

K+ Ca2+ Al3+ Br-

I-

Durch Elektronenaufnahme bzw. Abgabe können Atome die

Edelgaskonfiguration erreichen und somit die Oktettregel

erfüllen.

Definiere die Begriffe „Ion“, „Kation“ und „Anion“!

Nenne die Ionen, die von den Metall-Elementen Li, Na, K, Mg,

Ca, Al und von den Nichtmetall-Elementen N, P, O, S, F, Cl, Br und I gebildet?

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Salze Synthese

Salze entstehen durch die Reaktion von elementaren Metallen mit

elementaren Nichtmetallen.

Synthese von Natriumchlorid aus den Elementen (Schalenmodell):

Elektronenübergang vom Metallatom zum Nichtmetallatom

Nenne die beiden Gruppen elementarer Stoffe, durch

deren Reaktion miteinander Salze entstehen!

Beschreibe anhand des Schalenmodells die Synthese des

Salzes Natriumchlorid aus den Elementen Natrium und

Chlor!

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Salze Ionengitter

Die Ionen sind in Form eines dreidimensionalen Ionengitters

angeordnet, Kationen und Anionen jeweils abwechselnd.

Beispiel NaCl:

Unterschiedlich geladene Teilchen ziehen sich an. Zwischen Kationen und Anionen herrschen starke

elektrostatische Wechselwirkungen. Der feste Zusammenhalt im Ionengitter wird dadurch ermöglicht, dass Kationen immer von Anionen und Anionen von Kationen als nächsten Nachbarn umgeben sind.

Die Summenformel (Verhältnisformel) beschreibt das Zahlenverhältnis der

beteiligten Ionensorten im Ionengitter.

Beschreibe unter Mitverwendung einer Skizze

(Teilchenebene), wie die Ionen eines Salzes angeordnet

sind!

Erkläre, warum es im Ionengitter zu starken

Bindungskräften kommt!

Erkläre, welche Aussagekraft die Summenformel eines Salzes besitzt!

→ +

Natriumatom Chloratom Natriumion Na

+ Chloridion Cl-

Anion

Kation

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Salze Eigenschaften

Feste Salze - sind brüchig

- sind kristallin (bilden Kristalle)

- sind oft wasserlöslich

- besitzen keine elektrische Leitfähigkeit

Gelöste Salze

- besitzen elektrische Leitfähigkeit

Geschmolzene Salze - besitzen elektrische Leitfähigkeit

Nenne wichtige Eigenschaften von festen, geschmolzenen und gelösten Salzen!

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Metalle Elektronengasmodell

Elektronengasmodell:

Atomrümpfe: Die Atome ohne ihre Valenzelektronen (deshalb positiv geladen). Sie bilden ein kompaktes, dreidimensionales Gitter („Metallgitter“).

Elektronengas: Die Valenzelektronen sind freibeweglich („wie die Teilchen eines Gases“) zwischen den Atomrümpfen und sorgen für deren Zusammenhalt.

Beschreibe unter Mitverwendung einer beschrifteten

Skizze das Elektronengasmodell der Metalle!

+ - + - + -

+ - + - + -

+ - + - + -

+ - + - + -

+ - + - + -

+ - + - + -

+ - + - + -

+ - + - + -

+ - + - + -

+ - + - + -

+ - + - + -

+ - + - + -

+

IONENGITTERMETALLGITTER

++ - + - + -

+ - + - + -

+ - + - + -

+ - + - + -

+ -+ -

+ -

+ -+ - + -

+ - + - + -

+ - + - + -

+

DRUCKDRUCK

Räumliche Darstellung ohne Elektronengas

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Metalle Eigenschaften Metalle

- sind verformbar

- besitzen oft metallischen Glanz

- sind elektrisch leitfähig

- besitzen Wärmeleitfähigkeit

Nenne wichtige Eigenschaften der Metalle!

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Molekulare Stoffe Elektronenpaarbindung

Nichtmetall-Atome benötigen (von den Edelgas-Atomen abgesehen), zusätzliche Valenzelektronen, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen.

Zwei Wasserstoff-Atome z. B. „lösen“ dieses „Problem“, indem sie ihre Atomhüllen „überlappen“.

Vereinfacht gesagt: Sie „paaren“ ihre Valenzelektronen zwischen den Atomkernen. Die Atome „teilen“ sich sozusagen die Elektronen des Elektronenpaares. Jedes Atom verfügt dadurch über 2 Valenzelektronen und erreicht dadurch die Edelgaskonfiguration.

H. + .H → H..H Die roten Kreise zeigen, dass jedes der beiden Atome über zwei Valenzelektronen verfügt und damit die Edelgaskonfiguration erreicht.

Erkläre am Beispiel Wasserstoff (H2), was man unter einer

Elektronenpaarbindung versteht!

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Molekulare Stoffe Valenzstrichformel

Jeder Strich symbolisiert zwei Valenzelektronen, also ein Elektronenpaar.

Man unterscheidet zwei Arten von Elektronenpaaren:

a) Nicht-bindendes (freies) Elektronenpaar (Beide Elektronen stammen vom Sauerstoff-Atom)

b) Bindendes Elektronenpaar (Je ein Elektron stammt vom Sauerstoff- bzw. Wasserstoff-Atom)

Die beteiligten Atome werden in ihrer Valenzstrichschreibweise

gezeichnet. Anschließend werden die ungepaarten Elektronen so verbunden, dass jedes der beteiligten Atome (Bild Mitte) die Edelgaskonfiguration besitzt.

Erkläre die Bedeutung der „Striche“ der Valenzstrichformel

am Beispiel des Wassermoleküls (H2O)!

Erkläre am Beispiel des Methanmoleküls (CH4), wie eine

Valenzstrichformel erstellt wird!

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Molekulare Stoffe Einfach- und Mehrfachbindung Einfachbindungen

Doppelbindungen

Dreifachbindung

Erstelle für die folgenden Moleküle die Valenzstrichformel und ordne sie nach Verbindungen mit Einfach-, Doppel-

und Dreifachbindungen:

O2, H2O2, HCl, C2H4, N2

GW Chemie 8

Überblick: Bindungsarten

Ionen-bindung (Salze)

Metallbindung

Elektronen- paar

bindung

Positives Teilchen Kationen

Atomrümpfe

Atomkerne

Negatives Teilchen

Anionen

Frei bewegliche

Elektronen im.

Elektronengas

Bindungs-

elektronen im

Elektronenpaar

Nenne die drei Bindungsarten und erkläre deren Zustandekommen und Vorkommen!

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Überblick: Chemische Stoffe

Erstelle ein Fließdiagramm zur Einteilung der Stoffe bis

hin zu den kleinsten Teilchen!

Stofftrennung (physikalisch)

Reinstoff

Verbindung

Element

Synthese

Analyse (Zerlegung)

Atome

Moleküle

(1 Atomsorte)

homogen heterogen

Molekülformel (molekulare

Verbindungen)

Verhältnisformel (ionische

Verbindungen)

Stoffe

Stoffgemisch