Chemische Grundgesetze
Chemische Grundgesetze
Chemische Grundgesetze
Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.
YUMPU macht aus Druck-PDFs automatisch weboptimierte ePaper, die Google liebt.
<strong>Chemische</strong> <strong>Grundgesetze</strong><br />
Atommassen<br />
<strong>Chemische</strong>s Rechnen<br />
11.10.2013 1
Rolle der Mathematik<br />
Alles hat<br />
Gott nach<br />
Maß, Zahl<br />
und Gewicht<br />
geordnet.<br />
Begründung der Stöchiometrie durch J. B.<br />
Richter (1762 – 1807) mit dem Werk<br />
"Anfangsgründe der Stöchiometrie", welches<br />
zwischen 1792 und 1794 in drei Bänden<br />
erschien.<br />
Richter versuchte, mit Hilfe geometrischer,<br />
arithmetischer und triangularer Zahlenfolgen<br />
Stöchiometriegesetze zu definieren<br />
Im Nachweis geometrischer Reihen in<br />
chemischen (stöchiometrischen) Verbindungen<br />
sah Richter einen christliche Gottesbeweis,<br />
was er in seiner lateinischen Doktorarbeit als<br />
"Physicotheologiae probationes de existentia<br />
dei" bezeichnete.<br />
Richter stand unter dem Einfluss der<br />
Pythagoreer.<br />
Jeremias<br />
Benjamin<br />
Richter<br />
(1762 – 1807)<br />
11.10.2013 2
<strong>Chemische</strong> <strong>Grundgesetze</strong><br />
Gesetz von der Erhaltung der Masse<br />
Bei einer chemischen Reaktion stimmt die Masse der<br />
Ausgangsstoffe mit der Masse der Produkte überein.<br />
Lomonossow 1748, Lavoisier 1789<br />
(problematisch, da es keine Klärung des Begriffs „Masse“ gab)<br />
Früheste bekannte Formulierung aus der Antike: „man muss<br />
erkennen, dass alles zusammen nicht vermindert noch mehr wird,<br />
denn unmöglich kann (etwas) mehr als alles sein, sondern stets<br />
alles gleich (an Menge)“.<br />
Anaxagoras 5. Jh. v.Chr. (DK B5)<br />
11.10.2013 3
<strong>Chemische</strong> <strong>Grundgesetze</strong><br />
Gesetz der konstanten Proportionen<br />
<strong>Chemische</strong> Elemente vereinigen sich in<br />
einem konstanten Massenverhältnis.<br />
1 g Kohlenstoff verbindet sich mit 1,333 g<br />
(nicht 1,5 g oder 2,3 g) Sauerstoff zu<br />
Kohlenstoffmonoxid.<br />
(heutiges Wissen:<br />
0,0833 mol C reagieren mit 0,0833 mol {O}<br />
oder 5∙10 22 Kohlenstoffatome reagieren mit<br />
5∙10 22 Sauerstoffatomen)<br />
Joseph Louis<br />
Proust<br />
1754 - 1826<br />
11.10.2013 4
<strong>Chemische</strong> <strong>Grundgesetze</strong><br />
Gesetz der multiplen Proportionen<br />
Bilden zwei Elemente mehrere<br />
Verbindungen miteinander, dann<br />
stehen die Massen desselben<br />
Elementes zueinander im Verhältnis<br />
kleiner ganzer Zahlen.<br />
1g Kohlenstoff verbindet sich immer<br />
mit 1x1,333g Sauerstoff zu<br />
Kohlenstoffmonoxid.<br />
1g Kohlenstoff verbindet sich immer<br />
mit 2x1,333g Sauerstoff zu<br />
Kohlenstoffdioxid.<br />
John Dalton<br />
1766 - 1844<br />
11.10.2013 5
Relative Atommasse<br />
Ursprünglich wurden experimentell bestimmte Massen auf<br />
Wasserstoff oder Sauerstoff bezogen.<br />
Absolute Massen können erst in jüngster Zeit ermittelt<br />
werden.<br />
Seit 1961 Bezug der absoluten Massen auf die atomare<br />
Masseneinheit : 1/12 12 6 C entsprechen 1,6606·10 -27 kg<br />
Bezugsgröße, deshalb relative Atommassen! Diese liegt<br />
tabelliert vor.<br />
11.10.2013 6
Relative Atommasse<br />
BEISPIEL:<br />
Relative Masse von Sauerstoff<br />
Absolute Masse des Elementes Sauerstoff: 2,6568 ·10 -26 kg<br />
Bezug auf atomare. Masseneinheit:<br />
2,656810<br />
1,660610<br />
26<br />
27<br />
kg<br />
kg<br />
15,999<br />
11.10.2013 7
Relative Molekülmasse und relative<br />
Formelmasse<br />
Diese ist die Summe der relativen Atommassen aller im<br />
Molekül enthaltenen Atome.<br />
Beispiel: C 2 H 5 OH<br />
Bei Ionenverbindungen addiert man ebenfalls die<br />
relativen Atommassen der enthaltenen Atome, aber nur<br />
in der kleinsten Kombination.<br />
Beispiel: NaCl oder Na 3 PO 4<br />
11.10.2013 8
Stoffmenge und molare Masse<br />
Ethanol hat die relative Molekülmasse von 46.<br />
46 g Ethanol sind genau 1 Mol Ethanol.<br />
46 g Ethanol enthalten 6∙10 23 Moleküle.<br />
Die Stoffmenge 1 Mol entspricht der relativen Molekül-<br />
(Formel)masse in g.<br />
Die molare Masse ist also die Masse eines Mols in g.<br />
11.10.2013 9
Stoffmenge und molare Masse<br />
In der Laborpraxis ist die Berechnung von Stoffmengen<br />
bedeutsam.<br />
Dazu benötigt man die experimentell zu bestimmende<br />
Masse m (g) und die tabellierte molare Masse M (g/mol).<br />
Die Stoffmenge n (mol) ist der folgende Quotient:<br />
n = m/M<br />
11.10.2013 10
Berechnung der Stoffmenge bei Gasen<br />
Definition des molaren Volumen bei (idealen) Gasen:<br />
V m = V/n<br />
V – Volumen (l)<br />
n – Stoffmenge (mol)<br />
V m – molares Volumen (l/mol)<br />
V m = 22,4 l/mol<br />
11.10.2013 11
<strong>Chemische</strong> <strong>Grundgesetze</strong><br />
Gesetz der konstanten Proportionen<br />
<strong>Chemische</strong> Elemente vereinigen sich in einem konstanten<br />
Massenverhältnis.<br />
1 g Kohlenstoff reagiert sich mit 1,333 g Sauerstoff zu<br />
Kohlenstoffmonoxid..<br />
0,0833 mol C reagieren mit 0,0833 mol {O} oder 5∙10 22<br />
Kohlenstoffatome reagieren mit 5∙10 22 Sauerstoffatomen.<br />
Wie viel Kohlenstoffmonoxid entsteht?<br />
11.10.2013 12
<strong>Chemische</strong>s Rechnen<br />
0,0833 mol C reagieren mit 0,0833 mol {O} zu 0,0833 mol<br />
CO.<br />
oder<br />
5∙10 22 Kohlenstoffatome reagieren mit 5∙10 22<br />
Sauerstoffatomen zu 5∙10 22 Molekülen Kohlenstoffmonoxid.<br />
(Grundlage für das Aufstellen von chemischen Gleichungen!)<br />
Es bilden sich 1,87 l CO oder 2,33 g CO.<br />
11.10.2013 13
Problem - die chemische Gleichung<br />
richtig formulieren!<br />
Ausgangsstoffe:<br />
Reaktanden [Edukte (educere = herausführen, abscheiden)<br />
eigentlich falsch, aber im Gebrauch]<br />
Endstoffe:<br />
Produkte<br />
Nichts darf verloren gehen, nichts dazukommen!<br />
11.10.2013 14
Die chemische Gleichung<br />
Na 2 SO 4 + BaCl 2 BaSO 4 + 2NaCl<br />
Wie viel Bariumsulfat entsteht, wenn man 28, 4 g<br />
Natriumsulfat mit Bariumchlorid reagieren lässt?<br />
1 mol Natriumsulfat entspricht 142 g.<br />
1 mol Bariumsulfat entspricht 233 g.<br />
Anwendung des Gesetzes der konstanten Proportionen:<br />
142 : 233 28,4 :<br />
28,4g<br />
233g<br />
x <br />
142g<br />
x<br />
<br />
46,6g<br />
Also können 46,6 g Bariumsulfat entstehen. Das ist aber nur ein<br />
theoretischer Wert, da keine Reaktion wirklich vollständig abläuft.<br />
11.10.2013 15
Massenanteil - Volumenanteil<br />
Der Massenanteil ist der Quotient aus der Masse der<br />
Komponente und der Gesamtmasse.<br />
w(<br />
x)<br />
<br />
m(<br />
x)<br />
m ges .<br />
Der Volumenanteil ist der Quotient aus dem Volumen<br />
der Komponente und dem Gesamtvolumen.<br />
V ( x)<br />
(<br />
x)<br />
<br />
V ges .<br />
Anteile werden in Prozent, Promille oder Parts Per<br />
Million angegeben.<br />
11.10.2013 16
Konzentrationen<br />
Die Massenkonzentration ist der Quotient aus der<br />
Masse der Komponente und dem Volumen der Lösung.<br />
<br />
m<br />
V<br />
Die Dichte bezieht sich häufig, aber nicht immer auf<br />
einen Reinstoff (Dichte von Eisen, aber Dichte<br />
verschiedener Schwefelsäurelösungen).<br />
11.10.2013 17
Konzentrationen<br />
Die Stoffmengenkonzentration ist der Quotient aus der<br />
Stoffmenge der Komponente und dem Volumen der<br />
Lösung.<br />
(Molarität)<br />
c( x)<br />
<br />
n(<br />
x)<br />
V Lösung<br />
11.10.2013 18
Andere Konzentrationsangaben<br />
Äquivalentkonzentration = Normalität<br />
Achtung!<br />
Kontrollieren Sie immer genau, um welche Angabe es sich<br />
handelt<br />
Angabe von g in 100 oder 1000g Lösungsmittel<br />
oder<br />
Angabe von g in 100 oder 1000g Lösung<br />
oder<br />
von g in 100 oder 1000 ml Lösung<br />
oder<br />
von mol in 100 oder 1000 ml Lösung<br />
11.10.2013 19
Präfixe für Maßeinheiten<br />
Symbol Name Ursprung Wert Angabe als<br />
Zehnerpotenz<br />
T Tera téras = Ungeheuer 1.000.000.000.000 10 12<br />
G Giga gígas = Riese 1.000.000.000 10 9<br />
M Mega méga = groß 1.000.000 10 6<br />
k Kilo chílioi = tausend 1.000 10 3<br />
h Hekto hekatón = hundert 100 10 2<br />
da Deka déka = zehn 10 10 1<br />
11.10.2013 20
Präfixe für Maßeinheiten<br />
Symbol Name Ursprung Wert Angabe als<br />
Zehnerpotenz<br />
d Dezi decimus =<br />
zehnter<br />
0,1 10 -1<br />
c Zenti centesimus =<br />
hundertster<br />
m Milli millesimus =<br />
tausendster<br />
0.01 10 -2<br />
0,001 10 -3<br />
μ Mikro mikrós = klein 0,000.001 10 -6<br />
n Nano nano = Zwerg 0,000.000.001 10 -9<br />
p Piko piccolo = klein 0,000.000.000.001 10 -12<br />
11.10.2013 21