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1.2 Stoffumsatz 1.2.1 Grundgesetze chemischer Reaktionen
a) Gesetz von der Erhaltung der Masse
V1: Reaktion von Kupfer mit Schwefel im Reagenzglas
Aufgabe: Wiegen Sie vor und nach der Reaktion die Gesamtmasse des Reagenzglases mit den beteiligten Stoffen. Ändert sich die Masse? Beobachtung 1: ............................................................................................................................... Reaktionsgleichung: Beobachtung 2: Die Masse der Endstoffe ist .......................................................... wie die Masse der Ausgangsstoffe. Ausgangsstoffe = ................................................, Endstoffe = ............................................
Erklärung des Befunds mit der Daltonschen Atomhypothese (1808): alle Elemente bestehen aus kleinsten, chemisch nicht weiter zerlegbaren Teilchen, den Atomen (von griechisch atomos = unteilbar). Alle Atome eines Elementes A haben gleiche Masse. Die Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich aber in der Masse. Aufgabe: welche Atommasse haben S- und Cu-Atome?
Seit Dalton gilt: treten Elemente zu einer Verbindung zusammen, gibt es keine Umwandlung von Materie (wie die Alchimisten glaubten), sondern nur ...................................................................................................................................................... . Erklärung mit dem Kalottenmodell:
b) Gesetz der konstanten Proportionen (Proust 1799)
Versuch 1:
1,0 g Cu + 1,0 g S --> 1,25 g Kupfersulfid Rest: 0,75 g S Versuch 2:
Frage: in welchem Massenverhältnis kommen Cu und S bei den Versuchen in den Produkten vor? .................................................................................................................................................... allgemein:
Beispiel: die BASF bekommt den Auftrag, 125 Tonnen Kupfersulfid zu produzieren. Welche Mengen an Edukten sind einzusetzen, um keine Rohstoffe zu vergeuden?
Die Beobachtungen von Gay-Lussac und Humboldt (1808): Die Volumina der an einer Reaktion beteiligten Gase stehen immer im Verhältnis einfacher ganzer Zahlen zueinander. Beispiel Wassersynthese: 2 Volumina Wasserstoff + 1 Volumen Sauerstoff --> 2 Volumina Wasserdampf
Daraus leitete Avogadro 1811 den Satz des Avogadro ab (heute Avogadrosches Gesetz): Avogadro erkannte dabei auch, daß alle gasförmigen Elemente –außer den Edelgasen- immer zweiatomige Moleküle sind. Fragen: Wieso nehmen verschieden schwere gasförmige Atome oder Moleküle das gleiche Volumen ein (Tipp: Brownsche Molekularbewegung)? Wie muß das Molekül Ammoniak aussehen, wenn 3 l Wasserstoff mit 1 l Stickstoff zu 2 l Ammoniak reagiert? 1.2.2 Formeln von Verbindungen Vorbemerkung: Materie kann aus 3 Teilchenarten bestehen:
A) Verhältnisformeln benutzt man zur Charakterisierung von Ionen und kleinen Molekülen
Übungen: CaCl2 Teilchenmodell: Beispiele: H2O -> das Molekül Wasser besteht aus Wasserstoffatomen und Sauerstoffatomen im Verhältnis 2:1 Teilchenmodell: Übungen: (NH3, CO2, O2) Aus Verhältnisformeln ist nicht zu erkennen, ob eine Verbindung aus Molekülen oder Ionen besteht. Faustregel: bei einer Verbindung Metall-Nichtmetall haben wir Ionen, bei einer Verbindung Nichtmetall- Nichtmetall Moleküle! Beispiele: Regeln bei der Aufstellung von Verhältnisformeln
B) Summenformeln werden bei Molekülen benutzt (wenn jedes Element mehr als einmal vorkommt) Beispiel H2O2 Wasserstoffperoxid, es hat 2 Wasserstoff- und 2 Sauerstoffatome. Teilchenmodell: Die Summenformel gibt die Anzahl (=Summe) der jeweiligen Atomsorte im Molekül an. Vorteil der Summenformel: man kann von der Formel auf die Struktur des Moleküls schließen. C) Strukturformeln geben noch detaillierter die Raumstruktur von Molekülen an Beispiel Traubenzucker C6H12O6 Welche weiteren Informationen geben Formeln an?
2 CH4: dies sind 2 Moleküle Methan (=
Kohlenstofftetrahydrid)
Beispiele: (1) KCl: dies ist 1 mol Kaliumchlorid (1 mol = 6,022 * 1023 Teilchen) 2 SO2: ___________________________________
1.2.3 Formulierung von Reaktionsgleichungen
Zn (s) + HCl (aq.) --> ZnCl2 (aq.) + H2 1 mol Zink reagiert mit 1 mol Salzsäure zu 1 mol Zinkdichlorid und 1 mol Wasserstoff. Kein mathematisches Gleichheitszeichen (=) verwenden, da Edukte und Produkte ganz verschiedene Eigenschaften besitzen, also nicht gleich sind! Nur ihre Massen sind gleich. Stattdessen Reaktionspfeil verwenden (--> ), mit der Bedeutung "reagiert zu" bzw. "reagiert mit". Regeln Prinzip: vor und nach der Reaktion müssen gleich viele Atome jedes Elements vorhanden sein (dies ergibt sich aus dem Gesetz von der Erhaltung der Masse).
weitere Reaktionsgleichungen: .... H2 + .... Cl2 --> .... HCl .... Fe + .... O2 --> .... Fe2O3 .... H2 + .... N2 --> .... NH3 .... H2O + .... CO2 --> .... C6H12O6 1.2.4 Benennen von Verbindungen (Verbindungen mit 2
Atomsorten)
Cu2S = Dikupfer(mono)sulfid Tiefzahl schreibt man aber nach dem jew. Atom Anzahl Vorsilbe 1 mono- 2 di- 3 tri- z.B. Fe2O3 ............................................. 4 tetra- 5 penta- S2O7 ............................................... 6 hexa- 7 hepta- 8 okta- z.B. SO2 Schwefeldioxid z.B. HClO3 Chlorsäure HFO Übungen:
Für viele Stoffe gibt es Trivialnamen, für wichtige Stoffe muß man beide Namen wissen! Regel: die Anionen der Elementsauerstoffsäuren erhalten die Endung –at , wenn das Nichtsauerstoffelement in gebräuchlicher Oxidationsstufe vorliegt
Für Komplexsalze und organische Stoffe gibt es spezielle Nomenklaturen. |