Grundlagen der Anorganischen Chemie

• Titel: Grundlagen der Anorganischen Chemie
• Organisation: UNI KARLSRUHE
• Seitenzahl: 101

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Inhalt

• gehalten von Prof Dr C Feldmann
• Mitschrieb von Nils Middendorf Dezember
• Aufbau der Materie
• Grundlegende Gesetze chemischer Reaktionen
• Gesetz von der Erhaltung der Masse Lavoisier
• Volumengesetz GayLussac von Humboldt
• Gesetz von Avogadro
• NA NL mol
• Gleiche Volumina idealer Gase enthalten gleiche Teilchenzahlen
• Aufbau der Atome
• Neutron Proton Elektron
• sehr wenige He werden zurückgestreut
• größter Teil durchdringt die Folie ungelenkt
• Abbildung Rutherfordscher Streuversuch
• Massenzahl Ordnungszahl E
• Protonen Elektronen Neutronen
• Nuklide mit eigenem Elementsymbole
• Aufbau des Atomkerns
• Abstand zweier Nukleonen
• Starke WW Elektromagnetische WW Schwache WW Gravitation
• Tabelle Fundamentale Wechselwirkungen Massendefekt f r u
• mpro Atom mit E Em Als Vergleich
• Abbildung Stabilitt des Atomkerns a
• Atommodell nach Rutherford Planetenmodell
• Abbildung Elektron auf einer Kreisbahn
• Fele f e e r
• Epot Epot Nachteile des Planetenmodells
• Epot Ekin f
• KAPITEL AUFBAU DER MATERIE
• Absorption und Emissionsspektren eines Atoms
• m s Lichtgeschwindigkeit Frequenz s Wellenzahl m
• Beziehung zwischen Spektrallinien und Energieniveaus des Wasserstos
• n nn v Wellenzahl
• RH nv nn Serienanregung
• Lymanserie Balmerserie Paschenserie
• kJ mol Wassersto
• Bohrsches Atommodell Schalenmodell
• Wellenmechanistisches Atommodell Orbitalmodell
• Louis de Broglie
• Erwin Schrodinger Wellenmechanik
• Beschreibung von Elektronen d Wellenfunktion
• Eigenfunktion des Wasserstos
• Pnl r Pml cos eiml
• Das Periodensystem der Elemente PSE
• Elektronenkonguration der Elemente
• l m s p d f Lanthanide Aktinide
• Abbildung Allgemeine Elektronenkonguration
• Selen Ar s d p Schema der Besetzungsreihenfolge
• Die chemische Bindung
• NaCln unendliches Ionengitter
• Natur der chemischen Bindung
• KAPITEL DIE CHEMISCHE BINDUNG
• Abstoßungrepulsive WW durch Annäherung der Elektronenhüllen
• Anziehungattraktive WW KernElektronenhülle
• Gesamtenergie Abstoßungsenergie Anziehungsenergie r Gleichgewichtsabstand
• Abbildung Anziehungs AbstoßungsGleichgewichtsenergie einer chemischen Bindung
• Unterscheidung der chemischen Bindungskrfte a
• Starke Bindungskrfte a
• Grenzflle von Bindungsytypen a
• Die Ionisierungsenergie IE
• Die Elektronenanitt EA a
• Die Elektronegativitt EN a
• EN nach Pauling
• EN nach Mulliken und Ja e
• EN nach Allred und Rochow
• Vergleich von ENWerten
• Metalle haben eine sehr geringe Elektronegativitt a
• Abbildung Elektronengas umgibt Kationenrmpfe u
• Kristallstruktur der Metalle
• Abbildung Hexagonal dichteste Kugelpackung
• Abbildung Kubischchenzentriert dichteste Kugelpackung a
• Abbildung Stapelfolgen in dichtesten Kugelpackungen
• Kristallstruktur Kristallgitter Elementarzelle
• Raumerfullung in Kugelpackungen
• Kugelvolumina Volumen der Elementarzelle
• Raumerf llung u Beispiel
• kubischchenzentriert dichteste KP a hexagonal dichteste KP
• kubischinnenzentrierte dichte KP Diamant
• Metallstruktur und Eigenschaften
• Kristallstrukturen der Ionenkristalle
• alle alle M g
• dichteste Packungen Berührung der Anionen dichte Packung
• Fall stabil bis zur nächst höheren Koordinationszahl
• Koordinationszahl rAnion rAnion rKation rKation rAnion beliebiges KationAnion
• ABTyp CsCl NaCl ZnS
• AB CaF T iO SiO
• Tabelle Koordinationszahl und Radienverhltnisse von ABAB Verbindungen a
• Die Gitterenergie HGitter U
• NaCls HGitter N a g Cl g
• Abbildung Potentielle Energie im Ionengitter
• Tabelle Abstand und Anzahl zu dender Nachbarionen
• Z Z e d
• attraktive WW Reihe attraktive WW repulsive WW
• HGitter kJmol HGitter kJmol
• NaCl BaO MgO
• Eigenschaften von Ionenkristallen
• elektrische Isolatoren geringe Wrmeleitfhigkeit a a
• Die kovalente Bindung
• O C O Valenzelektronen Oktettregel
• Abbildung Erf llte Oktettregel u
• nicht falsch aber weniger wahrscheinlich
• Abbildung Einf hrung von Formalladungen u
• unter Berücksichtigung der Oktettregel
• Abbildung P O Anion
• Gegenseitige F llung der Orbitale u
• F F F IF pseudotrigonale Bipyramide
• Die MolekulorbitalTheorie MOTheorie
• Abbildung Molek lPorbital bindend und antibindend u
• Abbildung Orbitaldiagramme geben Aufschluss uber mgliche Bindungen o
• Eigenschaften kovalent gebundener Atome
• Ubergang zwischen kovalenter und ionischer Bindung
• Tabelle abnehmender Ionencharakter
• Vergleich von Bindungsstrken a
• hohe Bindungsstrke a
• Tabelle Strke und Siedepunkte verschiedener Verbindungen a
• schwache Bindungskrfte a
• Abbildung Schefeldioxid als Dipol
• Halogene F Cl Br I
• Edelgase He Ne Ar Kr e
• Tabelle Disperssionskrfte a
• Tabelle Wasserstobr ckenbindungen u
• O H H O H H H
• Abbildung Wasserstobr ckenbindungen u
• Abbildung N O N O Gleichgewicht
• Formelsprache der Chemiker
• KAPITEL CHEMISCHES REAKTIONENGLEICHGEWICHT
• d S O IV O II d
• Abbildung Schefeldioxid Oxidationszahlen
• CO II IV
• CO N aCl Cu KZC KZN a KZCu
• Reaktionswärme dG dH
• Produkte Reaktionswärme dG dH
• Thermodynamische Betrachtung des Reaktionsverlaufs
• Das Chemische Gleichgewicht und das Massenwirkungsgesetz
• vHin vRck u kHin kRck u
• Geschwindigkeitskonstante der Hinreaktion Geschwindigkeitskonstante der R ckreaktion u
• Einheit der Reaktionsgeschwindigkeit mol s
• v mol s Hinreaktion
• Rückreaktion t s
• Abbildung Chemische Reaktion Reaktionsgeschwindigkeit und Konzentration
• Das Massenwirkungsgesetz MWG
• Im chemischen Gleichgewicht gilt vHin
• cx cy Y ca A cb B
• Verschiebung der Gleichgewichtslage
• SO g O g SO g
• Sure Base Gleichgewicht a
• in Gegenwart eines Indikators Bromthymolblau
• Tabelle Merkmale einer SureBase a
• Denition nach Arrhenius
• Denition nach Bronsted
• Denition nach Lewis
• Cl H O AlOH H
• Denition nach Lux und Flood fur Festkrper o
• Base n Lewis
• N aN O N a N O
• Autoprotolyse des Wassers
• KW Ionenprodukt des Wassers
• cH O KW mit cH O cOH
• lg cOH pOH
• KS Surekonstante a
• Exp Bestimmung von KS KB
• pHMessung Leitfhigkeitsmessung a thermodynamische Untersuchungen spektroskopische Methoden
• Zusammenhang KS und KB
• HA H O H O A
• KS KB KS KB pKS pKB
• Abschtzung der Surestrke a a a
• abhngig vom Halogen a
• HOI I HOBrI HOClI
• Hypohalogenige Suren a
• HClIO HClIIIO HClV O HClV IIO
• zunehmender Einuss der EN
• SiOH OP OH O SOH
• N aOH M gOH
• AlOH H SiO H P O
• KS cH O cHA KS cH O
• Konzentration M M M M
• Tabelle pHWert von Salzsure a
• cH O KS c HA
• Temperaturabhngigkeit von KW a
• Tabelle Autoprotolyse in Abhngigkeit von der Temperatur a
• MolarittNormalitt einer SureBase a a a
• Bestimmung von pHWerten
• Surezugabe zum Puersystem a HClaq H O
• Basenzugabe zum Puersystem N aOHaq H O
• N a aq HAc Ac H O
• cH O cA cHA cHA KS cA
• Gleichung von HenderssonHasselbalch
• Nicht wssrige Lsungen a o
• N H f l N H f l
• Tabelle Supersuren a
• HO Ether ClHO zwei
• II kI cI A
• Abbildung Phasenwechsel mit Fllungs und Lsungsreaktionen a o
• KC KC Fl ssig Gasfrmig u o
• Gasphase gelöster Stoff A flüssige Phase
• HO Ag AgCl Cl
• cAg cCl cAgCl
• mehratomige Anionen zB CN SCN N O
• Geschichte der Komplexchemie
• Bindungsverhltnisse in Komplexen koordinativ a
• Aufbau von Komplexen
• Stabilitt von Komplexen a
• Cl Pt Cl KZ Cl
• Oxalat mögliche Bindungen
• O O O EthylenDiamminTetraAcetat
• Komplexverbindungen in der Biologie
• Komplexionen zeigen hug charakteristische Farben a
• aber AgN H Cl
• F eCN F eCN
• Anwendung der Komplexchemie
• Isomerie von Komplexen
• Isomerie Konstitutionsisomerie Ionenisomerie Hydratisomerie
• Abbildung cistransIsomerie in der OC und AC
• optische Isomerie I C Br Cl Cl F
• Cl Cl HN HN NH Co NH Cl
• Cl NH Co HN NH NH
• Abbildung Optische Isomerie Bild und Spiegelbild
• Nomenklatur von Komplexen
• Ligandenbezeichnungen uro chloro hydroxo thiocyanato
• aqua ammin carbonyl
• bi bis tri tris tetra tetrakis penta hexa
• ferrat argentat aurat
• KL pKL K cS cS
• KL Kn Am mm n n
• unlöslicher Bodenkörper K A
• Abbildung Fllungsgleichgewicht a
• Erhhung der Cl Konzentration o
• AgCl fester Bodenkörper
• Erniedrigung der Ag Konzentration AgN H
• Abbildung Verschiebung eines Fllungsgleichgewichtes B a
• ARed BOx n e
• AOx n e BRed
• Formulierung von Redoxgleichungen
• Ionenladung H O Ionenladung
• M nV II e P bII
• Schritte M n aq
• H Br H Br O Disproportionierung
• Das elektrochemische Potential
• Abbildung Die elektrochemische Zelle
• Konvention bei Elektrodenprozessen
• Tabelle Konventionen bei Elektrodenprozessen
• Die elektromotorische Kraft EMK
• Tabelle Spannungen zwischen Halbzellen
• Die Elektrochemisches Spannungsreihe
• Konzentrationsabhngigkeit des chemischen Potentials a
• cOx RT ln nF cRed
• E Beteiligung von Metallelektroden E
• cOx lg n cRed
• Ag Ag cAgmolL
• Abbildung Das Konzentrationselement
• Elektroden zweiter Art
• Abbildung Elektroden zweiter Art A
• Abbildung Elektroden zweiter Art B
• E KL Aus I II folgt
• Tabelle Uberspannungen an verschiedenen Elektroden
• eeeeeeeeElektrode platinierte stark rauhe Oberfläche
• Abbildung Eine platinierte PtElektrode mit angerauhter Oberche a
• Anode Pb Kathode P bO
• LiAkkumulatoren V Anode Kathode LiCn Li e
• Chemie der Elemente
• Die Hauptgruppe VIII Die Edelgase
• KAPITEL CHEMIE DER ELEMENTE
• Sonderstellung des Heliums
• Verbindungen von Edelgasen
• Tabelle Ionisierungsenergien der Edelgase
• eF lineartrigonal bipyramidal
• Abbildung Cs eF Kristall im quadratischen Antiprisma
• KAPITEL CHEMIE DER ELEMENTE HydrolyseReaktionen
• e F H O Sauerstoverbindungen der Edelgase
• e e O HF
• Die Hauptgruppe VII Die Halogene
• Tabelle Eigenschaften der Halogene
• Chemische Darstellung des Fluor KO Christe
• KAsF M n F M nF F
• M nF Darstellung von I Br
• Braunfrbung in Cyclohexan a Violettfrbung in Cyclohexan a
• SO aq IO aq
• Technische Darstellung von Cl DeaconVerfahren
• HCl O WeldonVerfahren
• Verbindungen von Halogenen
• Abbildung IF als pentagonale Bipyramide
• I F IF Halogenwasserstosuren H a
• Bindungsenthalpie kj mol Siedepunkte C Surestrke a a
• Tabelle Halogenwasserstosuren a
• sehr instabil sehr reaktiv nicht verwechseln mit H OGruppe
• Die Hauptgruppe VI Die Chalkogene
• Tabelle Eigenschaften der Chalkogene
• Oxide Silikate Carbonate
• Abbildung MOSchema des Ozonmolek ls u
• KAPITEL CHEMIE DER ELEMENTE VorkommenGewinnung von Schwefel
• H S O SO H S Synproportionierung
• H O H O ClaussProzess
• S übliche Form elementaren Schwefels S S
• Abbildung Die hugsten Schwefelmodikationen a
• S ssig u dick ssig u brunlich a
• S gas Abschrecken S Ketten fest
• SO H kJ mol
• Tabelle Schwefelsauerstosuren a
• Darstellung einer Beispiele
• durch Halogene Zn SO durch Elektrochemie ZnS O
• Die Hauptgruppe V
• Farbe im nichtmetallischen Zustand Farbe im metallischen Zustand
• Tabelle Die Hauptgruppe
• Darstellung Ver ssigung der Luft u
• Azide N Salze der HN
• N aN H O HN H O
• N O H O H kcal
• T Fl ssigkeit u
• Halogenverbindungen des Stickstos N F H O N
• HN O HF N H HOCl keine Redoxreaktion
• Cl H O N Br
• N H H H kcal
• Harteisen Weicheisen N NH und H
• Abbildung Das HaberBoschVerfahren der Ammoniaksynthese
• N NH NH H H H
• Ca P O SiO P O C
• CaSiO P O P CO
• P H H P O AlP H O
• Sauerstoverbindungen des Phosphors
• Alaq P H H O
• P P P P weisser Phospor
• Abbildung Weisser und Roter Phosphor
• Abbildung Violetter und Schwarzer Phosphor
• Arsen Antimon Bismut
• Sb S F e Bi O C
• Sb F eS Niederschlagsarbeit Bi CO Rstreduktionsarbeit o
• Sb O Sb O As
• Sb O Sb er Ring Kettenstruktur SbO
• er Ring Schichtenstruktur
• H BiO Bismutige Sure a
• Allgemeine Tendenzen im PSE
• Stabilitt von Doppelbindungen a
• KAPITEL CHEMIE DER ELEMENTE Si Si kJ mol
• Überlappung bei einer Doppelbindung
• Abbildung Tendenz zur Bildung von Doppelbindungen
• Abbildung SO Doppelbindungen ohne dOrbitale
• KAPITEL CHEMIE DER ELEMENTE Klassische Ausnahmen der Doppelbindungsregel
• Eekt des Inerten Paares Lanthanoidenkontraktion
• Atom Y La Zr Hf Sn Pb
• Radius A A A A A A
• Große Abschirmslücken zum Kern
• nächst höheres sOrbital
• Die Hauptgruppe IV Die Kohlenstogruppe
• Abbildung Graphitstruktur Schichten
• Generatorgas H kcal Wassergas H kcal
• Kohlenstodioxid CO CaCO
• CaCO HCl BaOH CO C
• CaCl H O CO BaCO H O
• Silizium Germanium Zinn Blei
• KAPITEL CHEMIE DER ELEMENTE Darstellung von Si
• SiO C SiO M g HSiCl H SiO
• Si ist tetraedrisch von OAtomen koordiniert SiO
• Tetraeder uber gemeinsame Ecken verknpft u
• Ringsilikate Zu Ringen aus oder verknpfte SiO u
• K AlSi O Kalifeldspat Zeolithe
• Si O Si O Si O O
• Abbildung Silikate SiO
• Keine Kanten oder Flächenverknüpfung Eckenverknüpfung
• Kettensilikate OAtome OAtome OAtome
• Abbildung Insel und Kettensilikate
• PbO mit OAtomen als Packungsteilchen analog dazu SnO
• Abbildung P bOSnOStruktur Darstellung von SnP b
• Die Hauptgruppen IIII
• Darstellung von Metallen
• Wahl der Ausgangsverbindung Aufarbeitung
• Na O C H O C H O
• SureBasestrke a a
• saures Verhalten OH H O OH amphoteres Verhalten
• AlOH GaOH InOH T lOH
• oder wie AlOH
• InOH stark basisch
• Cl Cl Cl B B Cl Cl Cl
• Abbildung Borverbindungen mit e Mangel
• Abbildung Borverbindungen als LewisSure a BorStickstoverbindungen
• kubisches BN Diamantstruktur hexagonales BN Graphitstruktur BorSauerstoverbindungen BO
• H B H H H B H H
• Abbildung Borverbindungen als Mehrzentrenbindung
• kovalenter Bindungsanteil Molekulare Spezies sind Elektronenmangelverbindungen
• Abbildung AlkaliErdalkaliverbindungen als Mehrzentrenbindung
• CaOH H CaOH
• gelschter Kalk o CO

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