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