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Allgemeine Chemie 1: Einführung, Elementarteilchen, Atom und Element
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Transkriptautomatisch erstellt · 110 Zeilen
- Hallo und willkommen zum ersten Teil allgemeine Chemie. Es wird eine kurze Einführung geben, dann werden wir die Elementarteilchen
- besprechen und schon in Atom und Atombau einsteigen. Was ist Chemie? Oft liest man ja, Chemie ist das, was stinkt und kracht.
- Chemie ist eine Naturwissenschaft, die sich mit dem Aufbau, den Eigenschaften, den Kräften, die Substanzen zusammenhalten und den Reaktionen, den
- Umwandlungen von Stoffen beschäftigt. Wir werden sehen, dass die chemischen Reaktionen sich in der Elektronenhülle abspielen.
- Das heißt, die Kerne werden bei chemischen Reaktionen nicht verändert. Es gibt verschiedene Fachrichtungen. Wir werden die allgemeine Chemie besprechen.
- Hier geht es um Grundlagen, den Atombau, das Periodensystem, die chemische Bindung, chemische Reaktion hier insbesondere Säurebasereaktionen
- und Redoxreaktion. Dann die Elementchemie, die anorganische Chemie. Dazu zählt auch die Chemie des Kohlenstoffs,
- aber nicht die Kohlenstoffketten. Diese gehören zur organischen Chemie. Die Biochemie befasst sich mit biologischen Strukturen, einweise fette
- Kohlenhydrate DNA und sie befasst sich mit Stoffwechselprozessen. Bei der physikalischen Chemie geht es insbesondere um die Aggregatzustände, um
- atomare und molekulare Wechselwirkungen. Die Kernchemie, die Nuklearchemie befasst sich mit den Atomkernen. Normalerweise chemische Reaktionen heißt
- Reaktionen finden in der Hülle statt. Dann die technische Chemie. Hier geht es um die Herstellung von allen möglichen chemischen Produkten
- und die analytische Chemie. Hier haben wir zwei Säulen. Die qualitative Analyse oder was ist das überhaupt für eine Substanz? Hier geht es um
- Nachweisreaktion und dann quantitative Verfahren. Wie viel von der Substanz gibt es? Es geht um die Gehaltsbestimmung.
- Ganz kurz zur Materie. Materie ist alles, was a Raum einnimmt und B Masse hat. Wir werden mit den Elementen starten.
- Eine Auflüstung ist im Periodensystem der Elemente zu finden. Ein chemisches Element ist ein Stoff, der mit chemischen Methoden nicht weiter in
- andere Stoffe zerlegt werden kann. Elemente bestehen aus sehr kleinen Teilchen, den Atomen, alle Atome eines Elements sind gleich.
- Dann Verbindungen, das sind Stoffe, die durch Zusammenschluss von Atomen, von Elementen entstehen. Das können gleiche oder verschiedene Atomeelemente sein.
- Diese Verbindungen können wir jetzt zerlegen durch chemische Methoden. Es gibt ca. 12000 anorganische und 10 hoch7 organische Verbindungen.
- Wir werden uns beschäftigen mit Molekülen. Beispielsweise das Wasser H2O. Hier steckt zweimal der Wasserstoff drin
- und einmal der Sauerstoff. Das heißt, wir können dann Wasser auch wieder zerlegen in Wasserstoff und Sauerstoff.
- Und die zweite große Gruppe, die wir besprechen werden, das sind die Salze, ionische Verbindungen, Beispiel des Kochsalz.
- H wir geladene Partikelionen hier im Beispiel NaCl, ein Na+ und ein Cl-
- Reinstoffe. Verbindungen oder Elemente sind Reinstoffe. Reinstoffe können wir physikalisch nicht zerlegen. Was geht bei den Gemischen. Wir haben
- eine Mischung von mehreren Substanzen, von mehreren Stoffen und mit physikalischen Methoden können wir jetzt die einzelnen Stoffe
- voneinander trennen. Beispiel, wir haben Wasser und Alkohol im Gemisch. Durch das Zidieren kriegen wir die beiden getrennt.
- Schauen wir uns nun die Elementarteilchen an. Das sind die Teilchen, aus denen ein Atom besteht. Das sind die Elektronen,
- die Protonen, die Neutronen. Die sind sehr leicht und charakteristisch im Atom angeordnet. Ein Atom hat zwei Teile. Der ganz ganz
- kleine Atomkern, den wir hier sehen, dieser enthält die Protonen und die Neutronen, die fehlen hier. Und wir haben dann die Hülle, die
- riesige Hülle, also riesig im Vergleich zu dem minimal kleinen Atomkern. Und in dieser kugelförmigen Hülle um den Kern halten sich die Elektronen auf.
- Im Atomkern kommen also Protonen vor. Abkürzung P+. Hier steckt schon im P+. Wir haben eine positive Ladung und zwar die sogenannte Elementaralladung. Das
- sind + 1,6 x 10 hoch-19 coub. Die Masse entspricht etwa einem U, dann kommen die Neutronen. N neutral, keine Ladung. Die Masse in etwa so groß
- wie die des Protons ein U. Ein ganz ganz kleiner Unterschied sehen wir besteht. Das heißt, die Neutronen sind etwas schwerer, aber nur minimal schwerer als
- die Protonen. Kommen wir nun zur Hülle. Diese ist kugelfärmig um den Kern angeordnet und enthält die Elektronen.
- Abkürzung E- hier steckt schon in dem Minus. Ladung ist negativ. Das heißt, wir haben jetzt eine negative Elementalladung von 1,6 x 10 hoch -19
- Coulom. Die Masse ist minimal, das heißt, wir werden die in der Regel vernachlässigen. Ist nicht ganz null, aber knapp ein 1800
- U, das heißt knapp ein 1800 eines Protons oder eines Neutrons. Jetzt zu der relativen Atommasse U abgeleitet von Unit, also die Einheit.
- Ein U entspricht einer Zel der Masse eines C12 Kohlenstoffatoms. Was das genau bedeutet, wird nachher noch kommen. Ein C12 Atom besteht aus 12
- Protonen und Neutronen. Das heißt, ein C12 Atom hat die Messe Masse 12U und ein davon ist dann ein U. Wir kennen die absolute Masse von einem
- U, das ist 1,67 x 10 hoch -24 g. Absolut heißt, wir haben eine Einheit. Bei Relativ haben wir keine Einheit. Mit diesem komischen Wert zu rchen ist
- sehr unpraktisch. Deswegen benutzen wir die relative Atommasse. Die Atome sind nach außen ungeladen. Das
- heißt, in einem ungeladenen Atom entspricht die Anzahl der Elektronen, der negativen Ladungen, die in der Atomhülle vorkommen, der Anzahl der
- Protonen der positiven Teilchen im Kern. Kurz was zur Größe Kern und Hülle. Vergleiche, die man sieht, können sein der Kopf einer Stecknadel, also etwa 2
- bis 3 mm. Das ist unser Kern und im Vergleich dazu die Höhle dann der riesige Eifelturm oder der Stecknadelkopf
- im Stadium am Anstoßpunkt als Kern und das Fußballstadion dann als die riesige Hülle drumherum.
- Schauen wir uns nun die Elemente etwas näher an. Die Elemente finden wir im Periodensystem der Elemente PSE
- abgekürzt und zwar als Kurzschreibweise als Elementsymbol. Und hier muss man leider jetzt diese Abkürzung, diese ein oder zwei
- Buchstaben, die sich aus dem lateinischen oder griechischen ableiten lernen. Hier die wichtigsten
- C. Der Kohlenstoff kommt von Carboneum, dann Hydrogenium, der Wasserstoff, Oxygenium,
- der Sauerstoff. Es noch am einfachsten zu merken. Sulpur der Schwefel, das Eisen Fe von Ferum.
- Die anderen kann man in etwa ableiten. Ca für Calzium mit C oder mit K geschrieben. Cu für Kupfer, Kuprum. Ag für Argentum für Silber.
- I für Jod mit I oder J geschrieben und das Blei ist Plumbum PB. Gewächssilber Hydragum HG.
- Jetzt finden wir im Periodensystem der Elemente. Wir werden uns nachher gleich Beispiele anschauen. Zum einen unser Elementsymbol
- hier das C für Carboneum. Das heißt, das ist unser Kohlenstoff und wir finden dann zwei Zahlen. Links, eine oben, das ist die Massenzahl und eine unten ist
- die Ordnungszahl. Welche Bedeutung die Zahlen haben, kommt gleich. Es gilt jetzt, die Atome eines Elements sind alle gleich. Das heißt, die haben
- alle die gleiche Anzahl von Protonen und damit die gleiche Kernladungszahl. Ein Beispiel hier, unser Kohlenstoff Massenzahl 12, Ordnungszahl gleich
- Protonenzahl ist 6. Das heißt, ein Kohlenstoffatom hat sechs Protonen und umgekehrt alle Atome mit sechs Protonen sind Kohlenstoffatomen.
- Deshalb gehört hier die sechs, die Ordnungszahl und das Elementsymbol C untrennbar zusammen. Deswegen lässt man oft die Ordnungszahl 6 weg.
- Denn es ist klar, wenn wir ein Kohlenstoffatom haben, muss dieses sechs Protonen haben.
- Wir hatten es schon erwähnt, die Neutronen und Protonen kommen im Kern vor. Deswegen werden diese auch Nukleonenkernteilchen
- genannt. Und die Zahl der Nukleon ist die Massenzahl oder ist das Atomgewicht? Das heißt, das ist die Summe aus
- Protonen und Neutronen. Die Elektronen wiegen ja nichts, fast nichts. Also diese können wir vernachlässigen.
- Es gilt dann abgeleitet davon, die Neutronenzahl ist die Nukleonzahl minus die Protonenzahl. Die Anzahl der Protonen im Kern
- entspricht der Kernladungszahl und der Ordnungszahl und damit der Stellung im Periodensystem. Protonenzahl gleich Kernladungszahl
- gleich Ordnungszahl. Wir hatten schon gesagt, ein Atom ist neutral, ist nicht geladen. Das heißt, wir brauchen hier genauso viele
- Elektronen in der Hülle, wie wir Protonen im Kern haben. Uns das Beispiel noch mal an. Unser Kohlenstoffatom 12.
- Die se wie gesagt gehört zu dem C und umgekehrt C gehört zu der Protonenzahl 6. Wir haben also hier 12. Die obere Zahl ist
- die Massenzahl oder die Nukleonzahl, die ist 12. Das also es ist die Anzahl der Protonen und Neutronen für uns sehr vielen. Wichtiger ist die
- Ordnungszahl, die Protonenzahl. Das ist der untere Wert, die 6. Und diese sechs entspricht ja gleich der Elektronenzahl.
- Im ungeladenen Atom brauchen wir genauso viele Protonen wie Elektronen. Was wir nicht finden, sind die Neutronen. Diese müssen wir berechnen.
- Und zwar ist das die Differenz von den beiden Zahlen. Also die größere Zahl die kleinere, die Massenzahl minus die Ordnungszahl ist die Neutronenzahl.
- Das ist in dem Fall auch sech. Das ist Zufall. Wir haben sechs Protonen und sechs Neutronen. Die Zahl der Protonen wird in den
- wenigsten Fällen gleich der Zahl der Neutronen sein. Hier noch einmal die Definition der relativen Atommasse ein U, ein Unit.
- Hier wird sich auf dieses Kohlenstoffatom bezogen. Unser C12 hat insgesamt 12 Nukleonen. Das heißt, ein Zwölfel davon ist dann ein U.
- Schauen wir uns nun dazu Übungen an. Ich habe hier einen Ausschnitt des Periodensystems genommen und zwar nur die Hauptgruppen, das ganze von Hölze
- und wir rechen mit glattenzahlen, wo die krummen Zahlen hier beispielsweise das 1,01 beim Wasserstoff oder beim Chlor die 35,45
- herkommen, das müssen wir uns noch anschauen. Starten wir mit dem ersten Element im Periodensystem. Der Wasserstoff
- steht an Position 1. Das heißt, das ist dann auch gleich unsere Protonenzahl oder die Kernladungszahl oder die Ordnungszahl.
- Die Elektronenzahl ist gleich groß. Das heißt, wir haben ein Proton und passend dazu dann auch ein Elektron. Jetzt schauen wir uns die zweite, die
- obere Zahl an. Das ist die Massenzahl, auch eins. Massenzahl gleich Nukleonenzahl gleich Atomgewicht gleich die Anzahl der Protonen und Neutronen.
- Und da wir ja schon einen Proton haben, haben wir natürlich dann kein Neutron. Also Neutron ist die Massenzahl, ist 1- die Protonenzahl ist hier auch ein ist
- also 0. Kommen wir zum Kohlenstoff. hatten wir eben schon gehabt. Wir haben hier unten die Zahl, die kleinere, die sechs, das
- ist die Ordnungszahl oder die Protonenzahl oder die Kernladungszahl. Und die obere Zahl ist die Massenzahl,
- die Nukleonenzahl, das Atomgewicht, die Protonen plus Neutronen. Also jetzt zur Tabelle, wir haben die
- Protonen sechs. Entsprechend haben wir auch sechs Elektronen, entspricht der Protonenzahl und wir haben die Massenzahl 12. fehlen
- noch die Neutronen. Diese müssen wir immer berechnen. Das ist die größere minus die kleinere Zahl, also die Massenzahl die Protonenzahl und so
- kommen wir auf sech und der Stickstoff sind wir an Position 7, also sieben Protonen, Anladungszahl 7, Ordnungszahl 7, die obere Zahl ist
- die 14. Das ist die Massenzahl, die Nukleonenzahl, das Atomgewicht, die Anzahl der Protonen plus Neutronen.
- Wir haben sechs Protonen, entsprechend haben wir auch äh sieben Protonen, Entschuldigung, entsprechend haben wir auch sieben Elektronen.
- Und wir haben dann die Differenz 14- 7 auch 7 Neutronen. Der Sauerstoff 8 und 16. 8 ist hier oben mussen acht stehen. Ist ein Fehler.
- Entschuldigung, da passt was nicht. So, jetzt noch mal der Sauerstoff. Ja, finden also den Sauerstoff hier. Die
- untere Zahl ist die Protonzahl, Ordnungszahl, Kernladungszahl acht. Die obere Zahl ist die Massenzahl, die Nukleonenzahl, die Anzahl der
- Protonen und Neutronen ist also 16. Entsprechend kommen wir dann auf äh die Neutronenzahl, Massenzahl Protonenzahl, also 16 - 8= 8 und die Elektronen
- entsprechende Anzahl der Protonen, da das Atom ja ungeladen ist. Kommen wir zum Flur. Wir finden die neun als untere Zahl. Das ist die
- Protonenzahl. Wir finden die 19 als Massenzahl. Wir haben Elektronen genauso viele wie Protonen und wir haben die Differenz. 19
- - 9 sind 10. Das sind die Neutronen. Beim Natrium 11 und 23. Also 11 Protonen Ordnungszahl 11 Kernladungszahl 11 23 die Massenzahl
- Protonen plus Neutronen oder das Atomgewicht. Die Elektronenzahl entspricht der Protonenzahl und die Neutronen berechnen wir wieder
- aus der Differenz. Massenzahl Protonenzahl. Genauso geht es dann beim Phosphor oder auch beim Chlor
- eine kurze Ergänzung und ging früher immer davon aus, dass die kleinsten Teilchen, die Neutronen, die Protonen und die Elektronen sind.
- Schon 1964 wurde jedoch von Gelmann und von Zweig das Quarkmodell postuliert. Wie der Name zustande kam, Quark, ist nicht ganz klar.
- Man kann sich das hier mal durchlesen. Angeblich soll es aus Freiburg stammen, wo die Marktfrauen Quark angepriesen haben. Das Ganze wurde dann in einem
- Roman verarbeitet und wurde dann von Mann übernommen. Ob das wirklich so stimmt. Die Quarks sind auf jeden Fall
- subatomare Teilchen und sie kommen nur in gebundenen Zuständen vor. Nach heutiger Auffassung, das muss man immer dazu sagen, gelten sie als nicht
- weiter teilbar. Es gibt insgesamt sechs Quarken, Up, down und so weiter. Für uns sind die beiden ersten wichtig, denn diese sind
- die Bausteine der Neutronen und der Protonen und diese bilden ja dann die Atomkerne. Die Neutronen und die Protonen bestehen
- aus jeweils drei Quarks und zwar ein Protron aus zwei Up und einem Down und ein Neutron aus einem Up und zwei down. Mit den entsprechenden Ladungen der ein
- deszelnen Quark kann man dann die Summe berechen. Und beim Proton kommen wir eben auf + E die Elementalladung und beim Neutron kommen wir auf 0.
- Anders als das Elektron und das Proton oder das Proton besitzen die Quarks geringere Ladung als die Elementalladung.
- Nur eine Ergänzung, die Elektronen sind auch das heutiger Kenntnisstand nicht weiterteilbar. Das nur als Ergänzung für das, was wir
- brauchen, für die Praxis sind die Quarks ohne Interesse. Das war der erste Teil der allgemeinen Chemie, eine Einführung auch in Atomen
- und Elementarteilchen. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit.