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Basiswissen ChemieVorkurs des MINTroduce-Projekts
Christoph Wölper
Sprechzeiten (Raum: S07 S00 C24 oder S07 S00 D27)
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Teilnahmebescheinigungen
Mail an [email protected]
vorname;nachname;tt.mm.jjjj
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Was bisher geschah
Kinetik• Reaktionsgeschwindigkeit• Konzentrationsabhängigkeit
→ Elementarreaktionen→ Reaktionsordnung
• Temperaturabhängigkeit→ Aktivierungsenergie→ Stöße
• Katalyse
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Was bisher geschah
Chemische Gleichgewichte• dynamisches Gleichgewicht• Prinzip von Le Chatelier• Massenwirkungsgesetz
Löslichkeit• ein Gleichgewicht• Löslichkeitsprodukt KL
• Sättigungskonzentration
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Was bisher geschah
Massenwirkungsgesetz• Reaktion
A+ B � C+ D
• Massenwirkungsgesetz (Gleichgewichtskonzentrationen)
K =[C] · [D][A] · [B]
=1, 2 · 0, 90, 3 · 0, 4
= 9
• Konzentrationsquotient
Q =[C] · [D][A] · [B]
=0, 5 · 0, 51 · 1
= 0, 25 < 9
also muss die Reaktion noch weiter in Richtung der Produkteverlaufen
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Was bisher geschah
Massenwirkungsgesetz• Reaktion
A+ B � C+ D
• Massenwirkungsgesetz (Gleichgewichtskonzentrationen)
K =[C] · [D][A] · [B]
=1, 2 · 0, 90, 3 · 0, 4
= 9
• Konzentrationsquotient
Q =[C] · [D][A] · [B]
=0, 5 · 0, 51 · 1
= 0, 25 < 9
also muss die Reaktion noch weiter in Richtung der Produkteverlaufen
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Was bisher geschah
Massenwirkungsgesetz• Reaktion
A+ B � C+ D
• Massenwirkungsgesetz (Gleichgewichtskonzentrationen)
K =[C] · [D][A] · [B]
=1, 2 · 0, 90, 3 · 0, 4
= 9
• Konzentrationsquotient
Q =[C] · [D][A] · [B]
=0, 5 · 0, 51 · 1
= 0, 25 < 9
also muss die Reaktion noch weiter in Richtung der Produkteverlaufen
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Chemische Reaktionen
Säure/Base-Reaktionen
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Chemische Reaktionen
Säure/Base-Reaktionen
Eigenschaften
Säuren
• saurer Geschmack• lösen Metalle unterH2-Entwicklung
• neutralisieren Basen
Basen
• bitterer Geschmack• seifig• neutralisieren Säuren
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Chemische Reaktionen
Säure/Base-Reaktionen
Theorien• Arrhenius• Brønsted und Lowry• Lewis
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Chemische Reaktionen → Säure/Base-Reaktionen
Theorie von Arrhenius
Definitionen
Säuren
Eine Säure ist eine Substanz,die in Lösung Protonenfreisetzen kann. Dasentstehende Anion bezeichentman als Säurerestion.
Säure −→ H+ + Säurerest−
Basen
Eine Base ist eine Substanz,die in Lösung Hydroxidionenfreisetzen kann. Das ebenfallsentstehende Kation wird alsBasenrest bezeichnet.
Base −→ OH− + Basenrest+
H+ + Säurerest− + OH− + Basenrest+ −→ H2O+ Salz(aq)
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Chemische Reaktionen → Säure/Base-Reaktionen
Theorie von Brønsted und Lowry
Definitionen
Säuren
Eine Säure ist eine Substanz,die Protonen freisetzen kann.
HA −→ H+ + A− oder auchHA+ −→ H+ + A
Basen
Eine Base ist eine Substanz,die Protonen aufnehmen kann.
B+ H+ −→ HB+ oder auchH+ + B− −→ HB
korrespondierendes Säure/Base-Paar
Säure � H+ + Base
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Chemische Reaktionen → Säure/Base-Reaktionen
Theorie von Brønsted und Lowry
HCl + H2O Cl− + H3O+
Paar 1: HCl/Cl−
Paar 2: H3O+/H2O
• H+ frei nicht existenzfähig• zweites Säure/Base-Paar nötig• Protonenübertragung
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Chemische Reaktionen → Säure/Base-Reaktionen
Theorie von Brønsted und Lowry
Säure- und Basekonstanten• Wasser als zweites Säure/Base-Paar (amphoter)• Gleichgewicht!
HA+ H2O � H3O+ + A−
• Massenwirkungsgesetz
K =[H3O+][A−][HA][H2O]
• Lösungsmittelkonzentration konstant
KS =[H3O+][A−]
[HA]
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Chemische Reaktionen → Säure/Base-Reaktionen
Theorie von Brønsted und Lowry
Säure- und Basekonstanten• logarimieren für angenehmere Zahlenwerte
pKS = − lgKS
Säur
ew
irdst
ärke
r
pKS Säure � H+ + Base pKB∼ −6 HCl � H+ + Cl− ∼ 20∼ −3 H2SO4 � H+ + HSO−
4 ∼ 17−1, 74 H3O+ � H+ + H2O 15, 74−1, 32 HNO3 � H+ + NO−
3 15, 321, 92 HSO−
4 � H+ + SO2−4 12, 08
4, 76 CH3COOH � H+ + CH3COO− 9, 246, 52 H2CO3 � H+ + HCO−
3 7, 489, 21 NH+
4 � H+ + NH3 4, 7910, 40 HCO−
3 � H+ + CO2−3 3, 60
15, 74 H2O � H+ + OH− −1, 74
Base
wird
stärker
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Chemische Reaktionen → Säure/Base-Reaktionen
Theorie von Brønsted und Lowry
Der pH-Wert• Wie groß ist die H+-Konzentration?• Wasser ist amphoter:
H2O+ H2O � H3O+ + OH−
• Autoprotolyse
KW = [H3O+] · [OH−] = 10−14 mol2/l2 bei 25 ◦C
• wichtig bei verdünnten Lösungen oder schwachen Säure
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Chemische Reaktionen → Säure/Base-Reaktionen
Theorie von Brønsted und Lowry
Der pH-Wert• logaritmische Größe für angenehmere Zahlenwerte
pH = − lg[H3O+] bzw. pOH = − lg[OH−]
• aus Ionenprodukt ergibt sich
pKW = pH+ pOH = 14 bei 25 ◦C
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Chemische Reaktionen → Säure/Base-Reaktionen
Exkurs: Titration
• Neutralisationsreaktion zur Konzentrationsbestimmung
H3O+ + OH− −→ 2H2O
nS = nB
• Mit Hilfe der Definition der Konzentration erhalten wir durchUmformen:
VS · cS = VB · cB aus c =nV
• zwei Größen vorgegeben, eine experimentell bestimmt
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014
Chemische Reaktionen → Säure/Base-Reaktionen
Theorie von Lewis
Definitionen
Säuren
Eine Säure ist eine Substanz,die ein Elektronenpaaraufnehmen kann, also einElektronenpaarakzeptor.
Basen
Eine Base ist eine Substanz,die ein Elektronenpaar zurVerfügung stellen kann, alsoein Elektronenpaardonor.
Neutralisation führt zu Bildung einer kovalenten Bindung
A + B A B
MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014