Chemie
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
An die Benutzer
Teil 1 Quantitative Beziehungen
1 Runden und signifikante Stellen
1.1 Genauigkeit und Unsicherheit von Zahlenwerten
1.2 Signifikante Stellen zählen
1.3 Zahlenwerte ohne Angabe der Unsicherheit
1.4 Runden
1.5 Regeln für Berechnungen
1.5.1 Genaue Zahlen
Aufgaben
2 Quantitative Beziehungen für Lösungen
2.1 Lösungen
2.2 Gehaltsangaben
Massenanteil w
Massenkonzentration β
Stoffmengenkonzentration c
Aufgaben
Kurzfassung
Teil 2 Säure-Base-Reaktionen
3 Säure-Base-Reaktionen nach Brønsted
3.1 Säuren und Basen nach Brønsted
3.2 Protolysen sind Protonenübergänge
3.3 Korrespondierende Säure-Base-Paare
3.4 Ampholyte
3.5 Mehrwertige Säuren und Basen
4 Autoprotolyse des Wassers und pH-Wert
4.1 Das Ionenprodukt des Wassers
4.2 pH, pOH und pKW-Werte
4.3 pH-Skala für wässrige Lösungen
4.3.1 Neutrale, saure und basische Lösungen
4.3.2 pH-Skala
5 Die Stärke von Säuren und Basen
5.1 Starke, schwache und sehr schwache Säuren
5.2 Starke, schwache und sehr schwache Basen
5.3 Die Säurekonstante von schwachen Säuren
5.4 Die Basekonstante von schwachen Basen KB
5.5 Beziehung zwischen pKS und pKB
6 Berechnung des pH-Wertes von Lösungen
6.1 Lösungen starker Säuren
6.2 Lösungen schwacher Säuren
6.3 Lösungen starker Basen
6.4 Lösungen schwacher Basen
6.5 Ausgangskonzentration und analytische Konzentration
6.6 Sehr schwache Säuren und sehr schwache Basen
6.7 Ionische Verbindungen
6.7.1 Kation als Säure, Anion als sehr schwache Base
6.7.2 Anion als Base, Alkali- oder Erdalkali-Metall-Kation
6.7.3 Kation und Anion sehr schwache Säure und Base
6.7.4 Kation und Anion, schwache Säure und schwache Base (qualitativ)
6.7.5 Ampholyte (Qualitativ)
7 Pufferlösungen
7.1 Puffer stabilisieren den pH-Wert
7.2 Zusammensetzung und Wirkung von Puffersystemen
7.3 pH-Wert einer Pufferlösung
7.4 Pufferbereich und Pufferkapazität
7.4.1 Pufferbereich
7.4.2 Pufferkapazität
7.5 Herstellung von Pufferlösungen
Aufgaben
8 Säure-Base-Titrationen
8.1 Neutralisationsreaktion
8.2 Maßanalyse
8.2.1 Prinzip
8.2.2 Vorgehensweise
8.2.3 Auswertung
8.3 Säure-Base-Titrationen mit Farbindikator
8.3.1 Säure-Base-Titrationen
8.3.2 Farbindikatoren sind schwache Säure-Base-Paare
8.4 pH-metrische Maßanalyse
8.4.1 pH-metrische Bestimmung des Äquivalenzpunktes
8.4.2 Bereiche und Berechnung von Titrationskurven
a) Titration einer starken Säure mit einer starken Base
b) Titration einer starken Base mit einer starken Säure
c) Titration einer schwachen Säure mit einer starken Base
d) Titration einer schwachen Base mit einer starken Säure
Kurzfassung
Teil 3 Redoxreaktionen und Elektrochemie
9 Redoxreaktionen
9.1 Reaktionsarten in der anorganischen Chemie
9.2 Elektronenübertragung
9.3 Oxidationszahlen
9.3.1 Bedeutung und Zweck
9.3.2 Definition
9.3.3 Regeln zur Bestimmung von Oxidationszahlen
9.4 Redoxreihen
10 Galvanische Zellen und Elektrolysezellen
10.1 Galvanische Elemente
10.1.1 Strom aus der Zitrone
10.1.2 Allgemeiner Versuchsaufbau einer galvanischen Zelle
10.1.3 Elektrochemische Vorgänge und Stromfluss
10.1.4 Inerte und nicht inerte Elektroden
10.1.5 Kurzschreibweise galvanischer Zellen
10.2 Elektrolysen
10.2.1 Verbindungen unter Strom
10.2.2 Elektrolysezellen werden zu galvanischen Zellen
A Elektrolysezellen
B Galvanische Zellen
10.3 Gegenüberstellung Elektrolysezelle und galvanische Zelle
11 Zellspannung und Zersetzungsspannung
11.1 Die Zellspannung
11.1.1 Messung von Zellspannungen
11.1.2 Die Zellspannung
11.1.3 Redoxpaare bestimmen die Zellspannung
11.1.4 Chemisches Gleichgewicht und Zellspannung
A Konzentrationen von gelösten Stoffen
B Druck
C Temperatur
11.2 Standardpotenzial und elektrochemische Spannungsreihe
11.2.1 Standardzustände
11.2.2 Elektrochemische Spannungsreihen
11.2.3 Standardwasserstoffelektrode und Standardpotenziale
11.2.4 Die elektrochemische Spannungsreihe
11.2.5 Aussagen aus der Spannungsreihe
11.2.6 Berechnung der Zellspannung einer Standardzelle
11.2.7 Potenziale und Redoxreihen
A Spontane Reaktionen und Redoxpotenziale
B Standardpotenziale und Redoxreihen
C Herleitung der Reaktionsgleichung für Standardzustände
D Spontane Reaktionen und Geschwindigkeit
E Standardzustände, Standardpotenziale und der pH-Wert
11.3 Polarisationsspannung und Zersetzungsspannung bei der Elektrolyse
12 Technische Anwendungen
12.1 Elektrische Stromerzeugung
12.1.1 Primär- und Sekundärelemente
A Primärelemente und Sekundärelemente
B Akkumulatoren und Batterien
C Beispiele für Primärelemente und Batterien
I Die Zink-Kohle-Batterie
II Alkali-Mangan-Zelle
D Sekundärelemente und Akkumulatoren
I. Der Bleiakkumulator (Bleiakku)
II. Nickel-Metallhydrid-Akkumulator (NiMH)
III. Der lithium-Ionen-Akku
12.1.2 Brennstoffzellen
I. Polymerelektrolytbrennstoffzelle (PEM-Brennstoffzelle)
II. Alkalische Brennstoffzelle
12.2 Elektrochemische Korrosion
12.2.1 Flächenkorrosion von Eisen
12.2.2 Kontaktkorrosion durch Bildung von Lokalelementen
12.2.3 Korrosionsschutz
A Passiver Korrosionsschutz
B Aktiver kathodischer Korrosionsschutz
Kurzfassung
Teil 4 Organische Chemie
13 Eigenschaften und Aufbau der Stoffe
13.1 Eigenschaften und Aufbau von Stoffen
13.2 Zusammensetzung organischer Stoffe
13.3 Konstitution organischer Stoffe
13.3.1 Bindungsarten
13.3.2 Verknüpfung
13.3.3 Funktionelle Gruppen und homologe Reihen
13.3.4 Funktionelle Gruppen und Stoffklassen
13.4 Konfiguration
I. C=C-Doppelbindung
II. Asymmetrisches C-Atom (C*)
14 Darstellungen und Benennung
14.1 Modelle
14.1.1 Farbcode
14.1.2 Kalottenmodell
14.1.3 Kugel-Stab-Modell
14.1.4 Stäbchenmodell
14.1.5 Molekulare elektrostatische Potentialkarte
14.2 Formeln
14.2.1 Zusammensetzung: Summenformel
A Definition
B Summenformel
14.2.2 Konstitution: Konstitutionsformel
A Definition
B Konstitutionsformel
I. Ausgeschriebene Konstitutionsformel (Strukturformel)
II. Rationelle Formel (Halbstrukturformel)
III. Skelettformel
14.2.3 Konfiguration: Konfigurationsformel
A Definition
B Konfigurationsformel
C Konfiguration als Keilstrichformel
D Bestimmung der Bindungswinkel: Das EPA-Modell
14.3 Nomenklatur organischer Verbindungen
15 Isomerie
15.1 Verschiedene Stoffe oder derselbe Stoff?
15.2 Isomere oder nur verschiedene Stoffe?
15.3 Konstitutions- oder Konfigurationsisomere?
15.4 Funktions-, Ketten- oder Stellungsisomere?
15.4.1 Funktionsisomere
15.4.2 Kettenisomere
15.4.3 Stellungsisomere
15.5 Enantiomere oder Diastereoisomere?
15.5.1 Zwei Arten von Konfigurationsisomeren
15.5.2 Enantiomere
A Definition Enantiomere
B Chiralität
C Erkennen von Enantiomeren: Chiralitätselemente
I. Chiralitätszentrum
II. Chiralitätsaxe
D Nomenklatur der Konfiguration chiraler Zentren
I. Absolute Konfiguration chiraler Zentren: CIP-Konvention
II. Fischer-Projektion und D- und L- Deskriptoren
E Chiralität und optische Aktivität
I. Licht
II. Linear polarisiertes Licht
III. Optische Aktivität
IV. Polarimeter
V. Der spezifische Drehwinkel
F Reaktionen chiraler Verbindungen
I. Selektivität
II. Spezifität
15.5.3 Diastereomere
A Definition
B Eigenschaften
C Erkennen von Diastereomeren
I. Geometrische Isomere oder cis-trans-Isomere
II. Diastereomere mit mehreren asymmetrischen C-Atomen
15.5.4 Zusammenfassung Isomerie
A Einteilung
B Eigenschaften
C Flussdiagramm
16 Zwischenmolekulare Kräfte
16.1 Physikalische Eigenschaften
16.2 Dipol-Dipol-Wechselwirkungen
16.3 Dispersionskräfte
16.3.1 Entstehen von Dispersionskräften
16.3.2 Dispersionskräfte in Alkanen
16.3.2 Dispersionskräfte und Kohlenwasserstoffketten
16.4 H-Brücken
16.4.1 Aufbau und Vorkommen von H-Brücken
16.4.2 Der Einfluss von H-Brücken auf Phasenübergänge
16.4.3 Der Einfluss von H-Brücken auf die Konformation von Molekülen
16.5 Löslichkeit
16.5.1 Wann vermischen sich Stoffe?
16.5.2 Gleiches löst sich in Gleichem
A Unpolare Stoffe
B Polare Stoffe
C Löslichkeit in Wasser
17 Chemische Eigenschaften
17.1 Alkane
17.1.1 Alkane sind reaktionsträge Verbindungen
17.1.2 Homolytische und heterolytische Spaltung
A Heterolytische Spaltung
B Homolytische Spaltung
17.1.3 Die Photohalogenierung
A Photohalogenierung von Alkanen: Substitutionsreaktion
B Mehrfache Substitutionen
C Reaktion, Reaktionsgleichung und Mechanismus
D Photohalogenierung: radikalische Substitution
17.2 Alkene
17.2.1 Alkene: Additionsreaktionen
A Additionen: Doppelbindungen werden gelöst
B Das Valenzbindungsmodell der C=C-Bindung
C Elektrophile reagieren mit Nukleophilen
D Die elektrophile Addition an der C=C-Bindung
17.2.2 Addition von Halogenen
A Reaktion und Reaktionsgleichung
I. Addition von Brom
B Elektrophile Addition von Brom: Mechanismus
17.2.3 Reaktion mit Bromwasser
17.2.4 Addition von Halogenwasserstoffen
A Reaktion und Reaktionsbedingungen
B Elektrophile Addition von Halogenwasserstoffen: Mechanismus
C Regioselektivität: Orientierung der Reaktion
D Kinetische Kontrolle der Orientierung
E Carbokationen: Zwischenprodukte sagen wo's lang geht
I. Das Carbokation: Konfiguration und Orbitale
II. Alkylgruppen stabilisieren das Carbokation
17.2.5 Addition von Wasser
17.2.6 Die BAEYER-Probe
17.3 Alkohole
17.3.1 Substitution: Bildung von Halogenalkanen
17.3.2 Eliminierung: Dehydratisierung
17.3.3 Oxidation der Alkohole
17.3.4 Alternative Nachweise von Aldehyden
17.4 Carbonsäuren
17.4.1 Veresterung
17.5 Alkalische Esterspaltung: Verseifung
17.5.1 Alkalische Esterspaltung: Reaktion
17.5.2 Alkalische Esterspaltung: Mechanismus
17.5.3 Fette und Öle
A Triglyceride
B Seifen
I. Kernseifen oder Natronseifen
II. Schmierseifen
III. Wirkung von Seifen
Anhänge
Informationen zum Praktikum
Titration einer starken Säure/Base mit einer starken Base/Säure
Titration einer schwachen Säure/Base mit einer starken Base/Säure
Herstellung von Lösungen.
Probelösung und Maßlösung, Berechnungen zu Titrationskurven
Pufferlösungen
Redoxreaktionen
Elektrolysen
Der Bleiakkumulator
Eigenschaften der Alkane, der Alkene und der Alkohole
Aldehyde, Ketone, Säuren und Ester