Analytische Chemie 1 in einer chemischen Formel belegt seine Anwesenheit in einer Verbindung - tiefgestellte

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  • Analytische Chemie 1 © W. R. Thiel

    © Nadja Löb, Timo Kochems (Videos)

  • Stoffeigenschaften

    physikalische Eigenschaften Materialeigenschaften

    Toxikologie Umweltverhalten

    chemische Reaktivität Verhalten gegenüber

    anderen Stoffen

    Stoffdynamik Transportphänomene

  • Inhaltsverzeichnis

    0. Stoffe

    1. Grundlagen chemischer Reaktionen

    1.1. chemische Zeichensprache

    1.2. Stöchiometrisches Rechnen

    1.3. Die Thermodynamik chemischer Reaktionen

    1.4. Die Kinetik chemischer Reaktionen

    1.5 Das chemische Gleichgewicht

    1.6. Das Löslichkeitsprodukt, Löslichkeiten von Salzen in Wasser

    1.7. Säuren und Basen

    1.8. Komplexchemie

    1.9. Oxidation und Reduktion

    ………

    0. Stoffe

    1. Grundlagen chemischer Reaktionen

    1.1. chemische Zeichensprache

    1.2. Stöchiometrisches Rechnen

    1.3. Die Thermodynamik chemischer Reaktionen

    1.4. Die Kinetik chemischer Reaktionen

    1.5 Das chemische Gleichgewicht

    1.6. Das Löslichkeitsprodukt, Löslichkeiten von Salzen in Wasser

    1.7. Säuren und Basen

    1.8. Komplexchemie

    1.9. Oxidation und Reduktion

    ………

  • Isotope

    Verbindungen Elemente

    Stoffhierarchie

    Reinstoff Homogene Gemische

    Heterogene Gemische

    Stoff

    Homogener Stoff

    0. Stoffe

  • Verbindungen

    Stoffhierarchie

    Homogene Gemische

    fest-fest: Legierung (Messing) fest-flüssig: Lösung (Sole)

    flüssig-flüssig: Lösung (Wodka) flüssig-gasförmig: Lösung (Sekt) gasf.-gasf.: Gasgemisch (Luft)

    Moleküle aus verschiedenen oder gleichen Atomen (Modifikationen)

    Heterogene Gemische

    fest-fest: Gemenge (Granit) fest-flüssig: Suspension (Kalkmilch)

    fest-gasförmig: Rauch (Ruß im Abgas) flüssig-flüssig: Emulsion (Milch)

    flüssig-gasförmig: Nebel (Wolken) gasf.-gasf.: gibt‘s nicht

    0. Stoffe

  • Inhaltsverzeichnis

    0. Stoffe

    1. Grundlagen chemischer Reaktionen

    1.1. chemische Zeichensprache

    1.2. Stöchiometrisches Rechnen

    1.3. Die Thermodynamik chemischer Reaktionen

    1.4. Die Kinetik chemischer Reaktionen

    1.5 Das chemische Gleichgewicht

    1.6. Das Löslichkeitsprodukt, Löslichkeiten von Salzen in Wasser

    1.7. Säuren und Basen

    1.8. Komplexchemie

    1.9. Oxidation und Reduktion

    ………

    0. Stoffe

    1. Grundlagen chemischer Reaktionen

    1.1. chemische Zeichensprache

    1.2. Stöchiometrisches Rechnen

    1.3. Die Thermodynamik chemischer Reaktionen

    1.4. Die Kinetik chemischer Reaktionen

    1.5 Das chemische Gleichgewicht

    1.6. Das Löslichkeitsprodukt, Löslichkeiten von Salzen in Wasser

    1.7. Säuren und Basen

    1.8. Komplexchemie

    1.9. Oxidation und Reduktion

    ………

  • Chemische Formeln

    1. Chem. Reaktionen / 1.1. Zeichenspr.

    Notation für die Beschreibung chemischer Reaktionen - das Zeichen eines chemischen Elements (aus dem Periodensystem der Elemente)

    in einer chemischen Formel belegt seine Anwesenheit in einer Verbindung

    - tiefgestellte Zahlen stehen für die Anzahl der Atome eines Elements in einem Molekül

    Beispiel: Ethanol,

    C2H6O

    Beispiel: Aspirin,

    Acetylsalicylsäure,

    C9H8O4

    C C

    O H

    H H H

    H H

    OH

    O

    O O

    H

    O

  • Chemische Formeln

    1. Chem. Reaktionen / 1.1. Zeichenspr.

    Festkörper - sind nicht aus diskreten (einzelnen) Molekülen aufgebaut

    - die chemische Formel gibt die Atomanteile wieder

    Beispiel: Eisenoxid Fe2O3, Hämatit, Roteisenerz

    enthält 40% Fe-Atome und 60 % O-Atome

  • Inhaltsverzeichnis

    0. Stoffe

    1. Grundlagen chemischer Reaktionen

    1.1. chemische Zeichensprache

    1.2. Stöchiometrisches Rechnen

    1.3. Die Thermodynamik chemischer Reaktionen

    1.4. Die Kinetik chemischer Reaktionen

    1.5 Das chemische Gleichgewicht

    1.6. Das Löslichkeitsprodukt, Löslichkeiten von Salzen in Wasser

    1.7. Säuren und Basen

    1.8. Komplexchemie

    1.9. Oxidation und Reduktion

    ………

    0. Stoffe

    1. Grundlagen chemischer Reaktionen

    1.1. chemische Zeichensprache

    1.2. Stöchiometrisches Rechnen

    1.3. Die Thermodynamik chemischer Reaktionen

    1.4. Die Kinetik chemischer Reaktionen

    1.5 Das chemische Gleichgewicht

    1.6. Das Löslichkeitsprodukt, Löslichkeiten von Salzen in Wasser

    1.7. Säuren und Basen

    1.8. Komplexchemie

    1.9. Oxidation und Reduktion

    ………

  • Stöchiometrisches Rechnen

    Stöchiometrie: Lehre von der Zusammensetzung der chemischen Stoffe (gr.: στοιχειον" = Grundstoff und "µετρειν" = messen)

    Standard für Atom-/Molekülmasse alle Atom-/Molekülmassen sind auf die Masse des Kohlenstoffisotops 126C bezogen

    1 a.m.u. (1 u) = 1/12 der Masse von 126C = 1.66⋅10-27kg.

    Standard für Stoffmenge das Mol (eine SI-Einheit): ein Mol ist diejenige Menge von Atomen, deren Masse in

    Gramm gleich der relativen Atommasse ist.

    d. h. ein Mol des Kohlenstoffisotops 126C hat die Masse 12.0000 g

    Es gilt: ein Mol entspricht 12 g·(1/12)/1.66⋅10-27kg = 6.023·1023 126C Atomen

    Dieser Wert gilt für alle Teilchen, nicht nur für 126C Isotope !

    1. Chem. Reaktionen / 1.2. Stöchiometrie

  • Rechenbeispiele

    Für die Eisenverhüttung ist es wichtig, zu wissen, wieviel Eisen (Gew.-%)

    ein Eisenerz, z.B. Fe2O3, enthält.

    Ansatz:

    Atommassen: Fe 55.85 g/mol, O 16.00 g/mol

    (erhältlich aus dem Periodensystem der Elemente oder einer Atommassentabelle)

    1 mol Fe = 6.023·1023 Fe-Atome hat die Masse 55.85 g,

    1 mol O = 6.023·1023 O-Atome hat die Masse 16.00 g,

    1 mol Fe2O3 hat die Masse 2⋅55.85 + 3⋅16.00 = 159.70 g.

    Eisenanteil : (2⋅⋅⋅⋅55.85 g)/159.70 g = 69.9 Gew.-%.

    1 to Fe2O3 enthält also 699 kg Fe !!

    1. Chem. Reaktionen / 1.2. Stöchiometrie

  • Rechenbeispiele

    Berechnung der elementaren Zusammensetzung eines Stoffes

    Beispiel: eine Verbindung enthält 52.14 Gew.-% C,

    13.02 Gew.-% H,

    34.73 Gew.-% O.

    Lösung: Division durch Atommassen Division durch kleinsten Wert

    C: 52.14/12.011 = 4.34; C: 4.34/2.17 = 2.00

    H: 13.02/1.008 = 12.92; H: 12.92/2.17 = 6.00

    O: 34.73/16.000 = 2.17; O: 2.17/2.17 = 1.00

    ergibt das Atomverhältnis 2C/6H/1O und

    damit die minimale Summenformel C2H6O

    (jedes ganzzahlige Vielfache dieser

    Zusammensetzung ist ebenso möglich)

    1. Chem. Reaktionen / 1.2. Stöchiometrie

  • Rechenbeispiele

    Berechnung der benötigten Stoffmengen bei chemischen Reaktionen

    Beispiel: wieviel Sauerstoff (g) werden benötigt um 10 ml Ethanol (Dichte, d = 0.8 g/ml) zu verbrennen ?

    Reaktionsgleichung:

    Lösung: Aus der Gleichung ergibt sich, daß für 1 mol EtOH

    3 mol Sauerstoff benötigt werden

    Molekularmassen: Ethanol 46.07 g/mol, O2 32.00 g/mol

    10.00 ml Ethanol enthalten 8.00 g dieses Stoffes (Dichte !!)

    8.00 g Ethanol entsprechen 8.00/46.06 mol = 173.60 mmol

    d. h. man benötigt 3⋅173.60 mmol = 520.90 mmol O2 = 32.00 g/mol · 0.52mol = 16.67 g.

    C2H5OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O

    1. Chem. Reaktionen / 1.2. Stöchiometrie

  • Rechenbeispiele

    Berechnung von Gasmengen: Gasmengen kann man Hilfe des Molvolumens (22.414 l/mol) in Mol umrechnen.

    Voraussetzungen: ideales Gas, Standardbedingungen:

    T = 273.15 K (0°C), P = 1013 mbar (101325 Pa = 1 atm)

    Umrechnungen auf Nichtstandardbedingungen über das allgemeine Gasgesetz

    p·V = n·R·T

    p = Druck, V = Volumen, n = Molzahl, R = allg. Gaskonstante = 8.314 J/K·mol,

    T = Temperatur (K)

    Beispiel: Welche Gasmenge (in l) wird bei der Verbrennung von 10 ml EtOH freigesetzt oder verbraucht (bei Standardbedingungen: 298.15 K; 1013 mbar) ?

    Lösung: zur Verbrennung von 1 mol EtOH werden 3 mol O2 benötigt, es werden

    2 mol CO2 freigesetzt (Wasser ist flüssig !!); Differenz: -1 mol Gas,

    hier: -173.60 mmol Gas entspricht 22.414 l/mol · (-0.1736 mol) = -3.89 l

    1. Chem. Reaktionen / 1.2. Stöchiometrie

  • Konzentration

    Es existieren verschiedene Begriffe, die den Anteil eines Stoffes in einem

    Stoffgemisch definieren

    • Stoffmengenanteil (Molenbruch) χ in Mol/Mol (wichtig: Partialdruck P/Pges)

    • Masse pro Volumeneinheit: g/l (Massenkonzentration)

    • Volumen pro Volumeneinheit: ml / 100 ml = % (Volumenprozent,

    Volumenanteil, Volumenkonzentration)

    • Masse pro Masseneinheit: 10 g/kg, g/100 g = % (Massenprozent, Massenanteil)

    • Mol pro Masseneinheit des Lösemittels: mol/kg (Molalität)

    • Mol pro Volumen: mol/l oder kurz "M" (Molarität)

    (Val = Wirkäquivalente pro Volumeneinheit: val/l oder kurz n (Normalität))

    Def.: werden Stoffe in eckige Klammern gesetzt, so werden deren molare

    Konzentrationen angegeben, z. B. [Na+] in M bzw. mol/l.

    1. Chem. Reaktionen / 1.2. Stöchiometrie

  • Konzentration

    Beispiel: