Vorlesung 1: Stoffe und Maßeinheiten
Was ist Chemie?
- Eigenschaften von Stoffen erfassen/ Umwandlung von Stoffen verstehen
- Begriff der „Materie“ (etwas das einen Raum besitzt und man mit Masse
belegen kann)
➔ Vielfalt der Materie au für Erde basier auf 118 Elementen
- Nutzung Größenskala auf atomarer Ebene
Klassifizierung in verschiedene Kategorien:
- Physikalischer Zustand: Aggregatzustand (fest, flüssig, gasförmig)
- Zusammensetzung: Reinstoff, Element, Verbindung, Gemisch
Trennung von Gemischen:
- Ausnutzen physikalischer Eigenschaften: Sortieren, Filtrieren, Trocknen
- Trennung homogener Gemische: Kristallisation, Destillation, Chromatographie
Materie:
- Zusammensetzung: welche Stoffe/Atome setzen Substanz zusammen?
- Struktur: wie sind Stoffe/Atome in Substanz angeordnet?
Maßeinheiten
Zehnerpotenzen:
- Nano: 10-9
- Micro: 10-6
- Milli: 10-3
- Centi: 10-2
- Pico: 10-12
,Mittelwert, Messunsicherheit, Genauigkeit
- Messungen sind per se ungenau (Messunsicherheit)
Präzision: wie stark ist Abweichung der Messungen untereinander?
Genauigkeit: Wie nah ist Ergebnis an wahrem Wert?
Standardabweichung: trifft eine Wahrscheinlichkeitsaussage
➔ Formel:
Vorlesung 2: Atome, Moleküle, Ionen
Die Atomtheorie
Atomos:
- das „Unteilbare“
- Atomtheorie verknüpft Konzept von Elementen mit dem von Atomen
- Ein Element besteht nur aus einer Atomsorte
John Dalton Formulierung Gesetz zur Erhaltung der Masse):
- Masse nach Reaktion vorhandenen Stoffe = Masse vor Reaktion vorhandenen
Stoffe (Masse Edukte = Masse Produkte)
Gesetz der multplen Proportionen:
- Gehen zwei Elemente A und B mehr als nur eine Verbindung miteinander ein,
dann stehen Massen von A, die sich mit bestimmter Masse von B verbinden, in
ganzzahligem Verhältnis zueinander (Bsp. CO, CO2)
Die Atomstruktur
- Subatomare Teilchen. Elektron, Proton, Neutron
- Nachweis elektrisch negativ geladener Teilchen: Verhältnis zw. Ladung &
Masse bestimmbar (Joseph Thomson, 1897):
- Durch Plattenkondensator (elektrisches Feld) wird Elektronenstrahl geschickt
➔ Strahl wird abgelenkt
- Durch magnetisches Feld wird Elektronenstrahl geschickt
➔ Strahl wird ebenfalls abgelenkt
➔ Elektronen erfahren Wechselwirkung
➔ Besitzen eine Ladung
,Ladung des Elektrons: Öltröpfchenversuch (Millikan,1909)
- Elektron wird mit Öltropfen beladen
- Schwebezustand durch Plattenkondensator
➔ Bestimmung von Qe (Ladung Öltropfen ist ganz Zahlung Vielfaches der Ladung
Elektron)
Qe = -1,602 x 10-19 C -> Elemenarladung eines Elektrons
➔ Bestimmung von me mittels Wertes aus Quotient Qe/me
me = Qe / (Qe/me) = 1,602 x 10-19 C / (1,76 x 108 C/g)
me = 9,1 x 10-28 g
- Ablenkung von positiv geladenen Ionen im elektrisch/magnetischen Feld führt
zur Bestimmung des Verhältnisses von Ladung zu Masse vom Proton
➔ Q1 / m1H = 9,58 x 104 C/g
mp = 1836 me
➔ Ca. 2000x größer als von Elektron
➔ Elektron spielt bei Masse eines Atoms vernachlässigbare Rolle
- Anzahl Elektronen und Proton in Atom immer gleich (Elektrische Neutralität)
- Protonen und Neutronen bilden Atomkern
Symbolik/ Angabe der Atomart
- A: Massenzahl, Anzahl/Summe der Protonen + Neutronen
- Z: Anzahl der Protonen
- Nukleonen: Elementarteilchen des Atomkerns (Anzahl der Elektronen)
- Isotop: Atom des gleichen Elements mit unterschiedlicher Anzahl an
Neutronen (Bsp: ) -> Isotope haben unterschiedliche Masse
- Isotopenreine Elemente: Bsp. Flour (F), Natrium (N)
, Nachweis verschiedener Isotope eines Elements
Massenspektrometer:
Ionisierung der zu untersuchenden Moleküle:
- Probe wird in Massenspektrometer gegeben
- Geht durch Ionisierenden Elektronenstrahl und Beschleunigungsgitter
- Durch Magnet soll Strahl der positiv geladenen Ionen abgelenkt werden
➔ Trennung der Ionen aufgrund ihrer Massendifferenz
➔ Unterschiedliche Ablenkungen
- Spektrogramm bestimmt natürliche Häufigkeit (je nach Signalintensität)
Masseneinheit u
Defintion: En zwölftel der Masse, die das Kohlenstoffisotop 12C besitzt
➔ 1 u = 1/12 x m (12C-Atom)
➔ 1 u = 1,66 x 10-24 g
- Masse Proton: mp = 1,0073 u
- Masse Neutron: mN = 1,0087 u
- Masse Elektron: me = 5,487 x 10-4 u
- Massendefekt: Masse eines Atoms ist kleiner als Summe der Masse aus
Protonen, Neutronen, Elektronen
➔ Ursache: Bindungsenergie (E= mc2) -> Wechselwirkung der Elementarteilchen
untereinander
Berechnung des Prozentualen Anteils der Isotope:
- Masse u von Element = a (Isotop 1) x Masse u + b (Isotop 2) x Masse u
a+b = 1
b=1–a
- In Gleichung einfüllen und Auflösen nach a
- b = 1 – (Ergebnis)
Berechnung der mittleren Atommasse von Isotopen anhand der Häufigkeit:
- Häufigkeit jedes Isotops mit seiner Atommasse multiplizieren und erhaltene
Produkte summieren
Experiment von Ernest Rutherford, 1911
- Teilchen Strahl aus Teilchenquelle wird durch Goldfolie geleitet in
kreisförmigem Floureszenzschirm
➔ Teil wird abgelenkt, größter Teil der Teilchen wird nicht abgelenkt
➔ Atome besitzen positiven Kern, in dem Großteil der Masse steckt
Was ist Chemie?
- Eigenschaften von Stoffen erfassen/ Umwandlung von Stoffen verstehen
- Begriff der „Materie“ (etwas das einen Raum besitzt und man mit Masse
belegen kann)
➔ Vielfalt der Materie au für Erde basier auf 118 Elementen
- Nutzung Größenskala auf atomarer Ebene
Klassifizierung in verschiedene Kategorien:
- Physikalischer Zustand: Aggregatzustand (fest, flüssig, gasförmig)
- Zusammensetzung: Reinstoff, Element, Verbindung, Gemisch
Trennung von Gemischen:
- Ausnutzen physikalischer Eigenschaften: Sortieren, Filtrieren, Trocknen
- Trennung homogener Gemische: Kristallisation, Destillation, Chromatographie
Materie:
- Zusammensetzung: welche Stoffe/Atome setzen Substanz zusammen?
- Struktur: wie sind Stoffe/Atome in Substanz angeordnet?
Maßeinheiten
Zehnerpotenzen:
- Nano: 10-9
- Micro: 10-6
- Milli: 10-3
- Centi: 10-2
- Pico: 10-12
,Mittelwert, Messunsicherheit, Genauigkeit
- Messungen sind per se ungenau (Messunsicherheit)
Präzision: wie stark ist Abweichung der Messungen untereinander?
Genauigkeit: Wie nah ist Ergebnis an wahrem Wert?
Standardabweichung: trifft eine Wahrscheinlichkeitsaussage
➔ Formel:
Vorlesung 2: Atome, Moleküle, Ionen
Die Atomtheorie
Atomos:
- das „Unteilbare“
- Atomtheorie verknüpft Konzept von Elementen mit dem von Atomen
- Ein Element besteht nur aus einer Atomsorte
John Dalton Formulierung Gesetz zur Erhaltung der Masse):
- Masse nach Reaktion vorhandenen Stoffe = Masse vor Reaktion vorhandenen
Stoffe (Masse Edukte = Masse Produkte)
Gesetz der multplen Proportionen:
- Gehen zwei Elemente A und B mehr als nur eine Verbindung miteinander ein,
dann stehen Massen von A, die sich mit bestimmter Masse von B verbinden, in
ganzzahligem Verhältnis zueinander (Bsp. CO, CO2)
Die Atomstruktur
- Subatomare Teilchen. Elektron, Proton, Neutron
- Nachweis elektrisch negativ geladener Teilchen: Verhältnis zw. Ladung &
Masse bestimmbar (Joseph Thomson, 1897):
- Durch Plattenkondensator (elektrisches Feld) wird Elektronenstrahl geschickt
➔ Strahl wird abgelenkt
- Durch magnetisches Feld wird Elektronenstrahl geschickt
➔ Strahl wird ebenfalls abgelenkt
➔ Elektronen erfahren Wechselwirkung
➔ Besitzen eine Ladung
,Ladung des Elektrons: Öltröpfchenversuch (Millikan,1909)
- Elektron wird mit Öltropfen beladen
- Schwebezustand durch Plattenkondensator
➔ Bestimmung von Qe (Ladung Öltropfen ist ganz Zahlung Vielfaches der Ladung
Elektron)
Qe = -1,602 x 10-19 C -> Elemenarladung eines Elektrons
➔ Bestimmung von me mittels Wertes aus Quotient Qe/me
me = Qe / (Qe/me) = 1,602 x 10-19 C / (1,76 x 108 C/g)
me = 9,1 x 10-28 g
- Ablenkung von positiv geladenen Ionen im elektrisch/magnetischen Feld führt
zur Bestimmung des Verhältnisses von Ladung zu Masse vom Proton
➔ Q1 / m1H = 9,58 x 104 C/g
mp = 1836 me
➔ Ca. 2000x größer als von Elektron
➔ Elektron spielt bei Masse eines Atoms vernachlässigbare Rolle
- Anzahl Elektronen und Proton in Atom immer gleich (Elektrische Neutralität)
- Protonen und Neutronen bilden Atomkern
Symbolik/ Angabe der Atomart
- A: Massenzahl, Anzahl/Summe der Protonen + Neutronen
- Z: Anzahl der Protonen
- Nukleonen: Elementarteilchen des Atomkerns (Anzahl der Elektronen)
- Isotop: Atom des gleichen Elements mit unterschiedlicher Anzahl an
Neutronen (Bsp: ) -> Isotope haben unterschiedliche Masse
- Isotopenreine Elemente: Bsp. Flour (F), Natrium (N)
, Nachweis verschiedener Isotope eines Elements
Massenspektrometer:
Ionisierung der zu untersuchenden Moleküle:
- Probe wird in Massenspektrometer gegeben
- Geht durch Ionisierenden Elektronenstrahl und Beschleunigungsgitter
- Durch Magnet soll Strahl der positiv geladenen Ionen abgelenkt werden
➔ Trennung der Ionen aufgrund ihrer Massendifferenz
➔ Unterschiedliche Ablenkungen
- Spektrogramm bestimmt natürliche Häufigkeit (je nach Signalintensität)
Masseneinheit u
Defintion: En zwölftel der Masse, die das Kohlenstoffisotop 12C besitzt
➔ 1 u = 1/12 x m (12C-Atom)
➔ 1 u = 1,66 x 10-24 g
- Masse Proton: mp = 1,0073 u
- Masse Neutron: mN = 1,0087 u
- Masse Elektron: me = 5,487 x 10-4 u
- Massendefekt: Masse eines Atoms ist kleiner als Summe der Masse aus
Protonen, Neutronen, Elektronen
➔ Ursache: Bindungsenergie (E= mc2) -> Wechselwirkung der Elementarteilchen
untereinander
Berechnung des Prozentualen Anteils der Isotope:
- Masse u von Element = a (Isotop 1) x Masse u + b (Isotop 2) x Masse u
a+b = 1
b=1–a
- In Gleichung einfüllen und Auflösen nach a
- b = 1 – (Ergebnis)
Berechnung der mittleren Atommasse von Isotopen anhand der Häufigkeit:
- Häufigkeit jedes Isotops mit seiner Atommasse multiplizieren und erhaltene
Produkte summieren
Experiment von Ernest Rutherford, 1911
- Teilchen Strahl aus Teilchenquelle wird durch Goldfolie geleitet in
kreisförmigem Floureszenzschirm
➔ Teil wird abgelenkt, größter Teil der Teilchen wird nicht abgelenkt
➔ Atome besitzen positiven Kern, in dem Großteil der Masse steckt
