Chemie Semester 1

Trennmethoden Fest/flüssig-Auftrennung z.B. Salzkristalle/Sand und Wasser/Lösungsmittel

Methoden: Glasfilternutsche und Absaugflasche Einfache Variante: Filterpapier

Die Skala nach Mohs Einteilung der Ritzbarkeit eines Materials im Vergleich zu zehn klar definierten Feststoffen unterschiedlicher Härte. Am weichsten: Talk Am Härtesten: Diamant

Qualitative Härteeinteilung

Härte nach Brinell (Metalle und Feststoffe): Eine Hartmetallkugel (Durchmesser D) wird mit einer festgelegten Prüfkraft F in die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes gedrückt. Der Abdruck im Prüfstück wird vermessen (d = (d1+d2)/2). Je härter ein Stoff ist, desto kleiner und weniger tief ist der Abdruck. Härte nach Shore (Elastomere und Kunststoff): Ein gefederter Metallstift wird in den Kunststoff gedrückt. Dabei wird die Eindrucktiefe (max. 2.5 mm gemessen) und auf die Shore-Skala (100 Shore: kein Eindruck; bis 0 Shore: 2.5 mm Eindruck) umgerechnet.

Quantitative Härteeinteilung

Die Löslichkeit von Zucker nimmt mit steigender Temperatur zu (ebenso die Dichte): Einer Lösung mit der maximalen Menge Zucker nennt man gesättigte Lösung. Die Löslichkeit unterschiedlicher Stoffe nimmt mit steigender Temperatur nicht überall gleichmässig zu: Die Löslichkeitskurve muss experimentell ermittelt werden. Lösungen, die mehr Feststoff enthalten, als im Lösungsmittel löslich ist, nennt man übersättigte Lösungen (immer mit Bodensatz).

Beschreibe die Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit

Ein PVC-Stab wird mit Papier gerieben. Es werden Elektronen übertragen (Grund: Sie sind leichter als die Protonen / Neutronen Wenn man die beiden Stäbe aneinander hält, weiches sie voneinder aus. Bewegung ist abhängen von: - Wie stark die Ladunen sind. - Die Disanz der Stäbe Wenn ich Papier an einem Glasstab reibe, dann werden die Elektronen vom Glasstab ans Papier übergeben. Der Stab ist somit positiv geladen. Deshalb ziehen sich der Glasstab und der PVC-Stab an. Auch hier kommt es auf die Distanz darauf an, wie stark sie sich anziehen!

Beschreibung des Experimentes zur Elektrostatik mit einem PVC-Rohr, einem Papier und einem Glasstab.

Informationen zum Molekulargewicht der einzelnen Atome (bilden die Moleküle oder Salze) findet man im Periodensystem. Übung: Wie schwer sind 0.5 mol Schwefelsäure (H2SO4)?Oder: Wie schwer sind 3.011·1023Schwefelsäureteilchen? Schwefelsäure besteht aus : 2 H-Atomen 1 S-Atom 4 O-Atomen Um zur Molekülmasse/zum Molekulargewicht zu kommen, rechnet man zuerst die einzelnen Atommassen zusammen (Informationen aus dem Periodensystem).

Bestimmung der Molekularmasse eines Moleküls

Verändern sich nach Reaktion die physikalischen Eigenschaften eines Stoffes, fand eine chemische Stoffänderung, eine chemische Reaktion statt.

Charakterisierung von Stoffen: Physikalischer oder chemischer Vorgang?

H-Sätze (HazardStatements)

Die H-Sätze (Gefahrenhinweise) beschreiben die Gefahren, die von Chemikalien ausgehen können. - Physikalische Gefahren - Gesundheitsgefahren - Umweltgefahren Beispiele von H-Sätzen: - H201Explosiv, Gefahr der Massenexplosion - H261In Berührung mit Wasser entstehen entzündbare Gase - H302Gesundheitsschädlich bei Verschlucken - H360Kann das Kind im Mutterleib schädigen - H400Sehr giftig für Wasserorganismen - H412Schädlich für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung

P-Sätze (PrecautionaryStatements)

Die P-Sätze (Sicherheitshinweise) geben Informationen für den sicheren Umgang mit Chemikalien. - Sicherheitsvorkehrungen - Richtige Lagerung - Korrekte Entsorgung - Massnahmen im Unglücksfall Beispiele von P-Sätzen: - P102Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen - P211Nicht gegen offene Flamme oder andere Zündquelle sprühen - P314Bei Unwohlsein ärztlichen Rat einholen; ärztliche Hilfe hinzuziehen - P403An einem gut belüfteten Ort aufbewahren - P501Inhalt oder Behälter der Problemabfallentsorgung zuführen

Trennverfahren, um Stoffe nach ihrem Siedepunkt zu trennen. Man erhitzt kontinuierlich mit einem Heizbad. Der Stoff mit dem tiefsten Siedepunkt verdampft zuerst und kondensiert oben am Kühlfinger. Man sammelt einzelne Fraktionen. Mischfraktionen können leider nicht verhindert werden. Alltagsbeispiele: - Salzgewinnung (Siedetemperatur Salz bei ca. 2500 Grad) - Schnapps Herstellung: Trennen von Methanol (giftig für den Körper, macht blind) und Ethanol (Trinkalkohol) - Heizöl: Am Schluss bleibt Teer

Einsatz einer Destillationsapparatur

Flüssig/flüssig-Auftrennung. z.B. Öl und Wasser trennen Wann funktioniert eine solche Trennung: Phasentrennung, was wichtig ist: - Unterschiedliche Dichten - Flüssigkeiten dürfen sich nicht mischen Beispiele dazu: - Salatsauce (Öl und Wasser) - Frische Milch (vor Erhitzung) - Ölteppich nach Schiffsuntergang Inhaltsstoffe eines Blattes analysieren: Pestizide die in Zellen gehen sind eher fettlöslich. Wenn man das Blatt häckselt, mit Wasser ergänzt und das Lösungsmittel für die Pestizide hinzufügt, kommt es zur Phasentrennung. Das im Lösungsmittel gelöste Fett schwimmt oben auf und kann somit vom Wasser getrennt werden.

Einsatz eines Scheidetrichters

- Temperatur entspricht der Teilchenbewegung - Beim Phasenübergang ändern die Teilchen die Phase und nicht die Temperatur! - Schmelzen/Verdampfen benötigt Energie; beim Erstarren und Kondensieren wird die gleiche Energie frei

Energie und Änderung von Aggregatszuständen

Feststoff/Feststoff Granit: Gemenge Feststoff/Flüssigkeit Orangensaft: Suspension Feststoff/Gas Grillfeuer: Rauch Flüssigkeit/Flüssigkeit Milch: Emulsion Flüssigkeit/Gas Nebel Gas/Flüssigkeit Seifenblasen: Schaum

Gemische im Teilchenmodell: Heterogene Gemische (Partikel, Teilchen aggregiert, mehrere Phasen)

Feststoff/Feststoff Messing: Legierung Feststoff/Flüssigkeit Zuckerwasser: Lösung Feststofff/Gas Platin/Wasserstoff: Lösung Flüssigkeit/Flüssigkeit Vodka: Lösung Flüssigkeit/Gas Sprudelwasser: Lösung Gas/Gas Luft: Gasgemisch

Gemische im Teilchenmodell: Homogene Gemische (gleichmässig, eine Phase)

Die Hitzebeständigkeit ist durch die Wanddicke des Gefässes gegeben - Je dicker das Gefäss, desto weniger kann dieses Temperaturschwankungen ertragen Geeignet: Bechergläser, Erlenmeyerkolben, usw Nicht geeignet: Saugflaschen, usw. Wichtig: Geeichte Gefässe dürfen nie erhitzt werden. Sonst verändert sich beim Erhitzen durch Ausdehnung das Volumen. Die Eichung wird ungenau.

Glasgefässe erhitzen

Verbindungen: Bestehen aus zwei oder mehreren chemischen Elementen, welche miteinander verbunden sind und nur durch chemische Reaktionen getrennt werden können (z.B. Zucker oder Kochsalz, NaCl). Elementarstoffe: Sind mit chemischen Methoden nicht mehr weiter zerlegbar (z.B. Iod, Eisen, Gold)

In welche Kategorien kann man Reinstoffe aufteilen?

- Protonen und Neutronen bilden einen sehr kleinen Atomkern, die schnellen Elektronen füllen den Hohlraum und geben einem Atom die Ausdehnung. - Elektronen befinden sich auf Schalen, die innerste Schale fasst maximal 2 Elektronen, die zweite Schale fasst maximal8 Elektronen (über weitere Schalen haben wir noch nicht diskutiert...). - Das Reaktionsverhalten von Elementen mit gleicher Valenzelektronenzahl ist sehr ähnlich; Ionisierungsenergien sind einBeispiel dafür. - Isotope sind Atome mit gleicher Protonenzahl (gleiches Element)

Kurzzusammenfassung Atomaufbau

Trennmethoden Flüssig/flüssig-Auftrennung z.B. Wasser von Öl

Methoden - Scheidetrichter - Destillationsapparatur

Die Schmelz- und Siedetemperatur sind messbare, charakteristische, physikalische Eigenschaften von Stoffen. Wird eine Flüssigkeit erhitzt, wird diese nicht heisser als der Siedepunkt (Sdp.): Die Energie wird gebraucht, um den Stoff in die Gasphase zu bringen. Wasserdampf kann aber eine höhere Temperatur als 100 °C erreichen!

Schmelz- und Siedetemperatur

In der Chemie reagieren Teilchen miteinander. Die Teilchenanzahl ist für das vollständige Ablaufen einer chemischen Reaktion das Wichtigste. Deswegen plant man mit Stoffmengen und rechnet schliesslich in Masse (g) um. Die Einheit der Stoffmenge ist mol-ein Mol sind: 1 mol sind rund 6.022 · 1023Teilchen 602200000000000000000000 Teilchen -mühsam zum Schreiben... Beispiel: - 1 mol sind 6.022 · 1023Teilchen - 0.5 mol sind 3.011 · 1023Teilchen - 0.1 mol sind 6.022 · 1022Teilchen Alltags-Vergleich: 12 Eier -1 Dutzend 6 Eier -0.5 Dutzend

Stoffmenge in der Chemie -das Mol

- Energie wird frei durch die Fusion kleiner Atomkerne - Energie wird frei durch die Kernspaltung grosser Atomkerne (AKW) - Am meisten Energie wird bei 56Fe (Eisen) pro Kernteilchen frei (grösster Massenverlust). - Die Nukleonen in leichten Atomkernen sind nicht sehr stark gebunden. - Bei sehr schweren Atomkernen nimmt die Stabilität wieder ab.

Unterschiedliche Bindungsenergien und was man daraus machen kann

Übliche Wärmequellen: Heizplatte/Wasser-& Ölbad

Vorteile: - Keine offene „Flamme" (Entzündung von Lösungsmittel, usw.) - Einfach zu regulieren (Kochherd) - Stabile Temperatur über längere Zeit Achtung! - Wärmeabstrahlung!

- Protonen stossen sich aufgrund der elektrostatischen Abstossung (+ vs. + Ladung) ab. Sobald die zwei Protonen in bestimmtem Abstand zueinander stehen, wirken die viel grösseren Kernkräfte - aber nur innerhalb sehr kleiner Distanzen. - Ab einer gewissen Atomgrösse, sind alle Kerne instabil. Alle Elemente ab 84 (punkt) sind radioaktiv. sie sind nicht mehr stabil. - Bei grösseren Atomkernen wirkt die Kernkraft nicht auf alle Nukleonen, sondern nur auf die nächsten Kernteilchen. Die Coulomb- Abstossung wirkt hingegen auf alle Protonen im Kern.

Warum zerfällt ein Atomkern nicht sofort in einzelne Protonen?

Löslichkeit: Ist eine physikalische Stoffeigenschaft Die Löslichkeit gibt an, wie viel Gramm eines Stoffs sich bei einer bestimmten Temperatur in 100 Gramm Lösungsmittel lösen. Die Wasserlöslichkeit bei einer bestimmten Temperatur ist eine messbare Stoffeigenschaft. Wenn man mehr Stoff als die Löslichkeit in einen Behälter füllt, dann löst sich der zu viele Stoff nicht mehr.

Was bedeuted Löslichkeit?

- Damit eine Kettenreaktion nicht stoppt, sondern weiterläuft, braucht es eine bestimmte Menge Uranatome, die von den Neutronen getroffen werden können. Die Mindestmenge, damit eine Kettenreaktion aufrecht erhalten wird, wird kritische Masse genannt. - Die kritische Masse von Uran-235 liegt bei 4kg

Was beschreibt die Kettenreaktion bei der Kernspaltung?

Die Wissenschaft von den Stoffen, ihren Umwandlungen und ihrer reinen Darstellung.

Was ist Chemie?

Massenkonzentration: Masse des gelösten Stoffes pro Lösungsmittel-Volumen in g/L oder mg/mL. Für das theoretische Chemieverständnis nicht sehr sinnvoll, für die Herstellung einer Lösung sehr praktisch.

Was ist Massenkonzentration?

Die wichtigste Konzentration ist die Stoffmenge (n) pro Volumen (V) Lösungsmittel (z.B. Wasser), also Molaritätcin mol/L bzw. in M (molar). Man spricht auch von der Stoffmengenkonzentration. c = n / V oder c ∙ V = n 1 molNaCl (Kochsalz) gelöst in einem Liter Wasser entspricht 1 mol/L oder einer 1 M NaCl Lösung. Neben der Molaritätc(mol/L; mmol/mL), der wichtigsten Konzentrationsangabe in der Chemie (Teilchenanzahl pro Volumen)

Was ist Molarität c?

- Instabile Atomkerne können spontan ionisierende Strahlung, also geladene, hochenergetische Teilchen aussenden. Dabei verändert sich der Atomkern zu einem anderen Element oder anderen Elementen. - Bei einem radioaktiven Zerfall ändert sich der Kern eines Atoms, also manchmal die Protonenzahl (und manchmal Neutronenzahl). - Atomsorten mit instabilen Kernen werden Radionuklide genannt. - Die beim Zerfall entstehenden Teilchen (α- oder β-Teilchen) besitzen eine hohe Bewegungsenergie (kinetische Energie) oder eine hohe Strahlungsenergie (γ-Strahlung). - Radionuklide kommen sowohl in der Natur «natürlich» vor oder werden in Kernreaktoren oder durch Kernwaffen-Explosionen gezielt hergestellt.

Was ist Radioaktivität?

Volumenkonzentration: Volumenanteil des gelösten Stoffes der Lösung nach dem Mischen in %-v/voder in Gewichtsanteil in %-g/g.

Was ist Volumenkonzentration?

- Besitzen einen sekundären Wasserkreislauf - Das Wasser mit radioaktiven Bestandteilen gelangt nicht ausserhalb des Druckbehälters. - Mehrfache Absicherung - Wasser als Moderator: ein Sicherheitsvorteil - In der Schweiz gibt es einen sekundären Wasserkreislauf. D. h. kontaminiertes Wasser gerät nicht nach Aussen. - Abfall: Krypton und Barium Dies ist der radioaktive Abfall, wo man noch keine Lösung hat.

Was ist besonders an Schweizer Atomkraftwerken?

Bei chemischen Reaktionen tritt keine Massenänderung auf: Die Gesamtmasse der Produkte ist gleich der Gesamtmasse der Edukte. Oder aber: Die Atom-Anzahl während einer Reaktion bleibt die gleiche; die Atome strukturieren oder verbinden sich nur anders!

Was ist das Gesetz der Massenerhaltung?

Das Teilchenmodell beschreibt viele Eigenschaften von Stoffen sinnvoll und aufrelativ einfache Weise. Jeder Stoff ist aus kleinen Teilchen aufgebaut. Die Teilchen eines Stoffes sind untereinander alle gleich: Sie besitzen die gleiche Ausdehnung und die gleiche Masse. Mit dem Teilchenmodell lässt sich die chemische Reaktion als Umgruppierung der kleinsten Teilchen deuten. Nachteil: - Statistischen Moddell (nicht dynamisch) - Chemische Analyse kann nicht dargestellt werden (z.B. Aufspaltung von H2O)

Was ist das Teilchenmodell?

- Bei vielen Protonen, zu wenig Neutronen - Ein Elektron der Hülle wird vom Kern aufgenommen: Ein Proton des Kerns und ein Elektron der Hülle reagieren zu einem Neutron. - Gleiches «Produkt» wie bei einem β+-Zerfall. - Hauptsächlich bei künstlich erzeugten Kernen.

Was ist der Elektroneneinfang?

Welche Unterschiede bestehen zu einer Destillationsapparatur? - Keine elektrische Energie notwendig (Läuft mit Sonnenenergie, nicht regulierbar) - Es geht langsamer. - Keine aktive Kühlung (deshalb nur 1.5L)

Was ist der Watercone: Wasser für die «dritte» Welt

- alpha-Strahlung - Passiert häufig bei besonders schweren Elementen - Entspricht einer Massereduktion - Nach dem Zefall findet ein Elemntwechsel statt (Weniger Protonen) - 2 Protonen und 2 Neutronen werden als 4/2He2+ (Helium-Kern, α-Teilchen) aus dem Kern ausgestossen. - Geschwindigkeit bis 20'000 km/s (Energie) - Energieübertragung durch Stösse - Geringe Reichweite und Durchdringungen (ein Blatt Papier reicht als Abschirmung) - Starke Interaktion mit Materie - Sehr schädlich für Organismen und Lebewesen

Was ist der alpha-Zerfall?

- beta-Strahlung - Passiert bei einem zu grossen Neutronen/Protonen- verhältnis (mehr Neutronen als Protonen) - Im Kern wird ein Neutron in ein Proton und ein Elektron (und ein Antineutrino ) umgewandelt. - Das Elektron wird aus dem Kern mit bis zu Lichtgeschwindigkeit herausgeschleudert. (Das e- stammt NICHT aus der Hülle!) - Masse bleibt mehr oder weniger gleich - Ordnungszahl nimmt um 1 zu (anderes Element!) - Grösseres Durchdringungsvermögen der schnellen Elektronen (Aluminiumblech) - (sehr) schädlich für Organismen - Antineutrino: praktisch keine Interaktion mit Materie

Was ist der beta-minus-Zerfall?

- Passiert bei einem zu kleinen Neutronen/Protonen-Verhältnis (mehr Protonen als Neutronen) - Im Kern wird ein Proton in ein Neutron, ein Positron (e+) und ein Neutrino umgewandelt. - Das Positron wird aus dem Kern mit sehr hoher Geschwindigkeit herausgeschleudert, reagiert aber sofort mit einem Elektron zu zwei hochenergetischen Lichtteilchen (2 Photonen; sogenannte Annihilation) - Masse bleibt mehr oder weniger gleich - Ordnungszahl nimmt um 1 ab (anderes Element!)

Was ist der beta-plus-Zerfall?

Die kleinen Teilchen bewegen sich entsprechend ihrer Temperatur (die Energie der Teilchen entspricht der Temperatur): - Gasteilchen: höchste Geschwindigkeit (400-600 m/s) - Flüssigkeitsteilchen: frei beweglich, langsam - Feststoffteilchen: keine freie Beweglichkeit im Stoff mehr, nur noch Schwingungen am Platz. _ Beim absoluten Nullpunkt (0 K = -273.15 °C: keine Teilchenbewegung mehr) Experiment-Fazit: Bei höheren Temperaturen haben Teilchen eine höhere Energie. Im warmen Wasser löst sich das Salz besser und schneller als im kalten Wasser.

Was ist die Brown'sche Bewegung?

- Ein Zustand mit 8 Valenzelektronen, Elektronen in der äussersten Schale, ist besonders stabil (auch: energiearm). Atome wollen bevorzugt einen solchen Zustand erreichen, welcher der Elektronenkonfiguration eines Edelgases entspricht. - Durch Teilen von Elektronen mit anderen Atomen (Moleküle; Elektronenpaarbindung) - Durch Abgabe oder Aufnahme von Elektronen (Salze; Ionenbindung)

Was ist die Edelgasregel?

- Wie aktiv ist ein bestimmter Stoff? - Diese Zeitspanne, in der die Hälfte der Atome zerfallen sind, nennt man Halbwertszeit - Die Voraussage, wann ein bestimmtes, radioaktives Atom zerfallen wird, ist nicht möglich. Es ist ein zufälliger Prozess. Bei einer grossen Anzahl von Atomen lässt sich aber eine Wahrscheinlichkeitsaussage über den Ablauf des gesamten Zerfalles machen. - In einer Menge von Tritiumatomen sind nach ca. 12.3 Jahren die Hälfte der Atome zerfallen. Nach weiteren 12.3 Jahren ist wieder die Hälfte verschwunden, also sind noch ¼ der ursprünglichen Atome vorhanden. - N(t) = N(0) * 0.5^(t/t Halbwertszeit)

Was ist die Halbwertszeit?

- Die Energie, die aufgewendet werden muss, um ein Elektron aus der Elektronenhülle eines Atoms (Anziehung durch positiv geladenen Kern) zu entfernen. - Doppelt so viele Ladungen (z.B. 2 Protonen und ein Elektron) bewirken eine doppelte Anziehung.

Was ist die Ionisierungsenergie?

Kann durch verschiedene physikalische Trennverfahren (z.B. Destillation/Filtration/ Umkristallisation) in seine Bestandteile zerlegt werden (Bsp.: Salzwasser oder Luft). Bsp.: Wasser von Alkohol trennen. ACHTUNG: Gemische sind keine Verbindungen, da sie physikalisch getrennt werden können.

Was ist ein (Stoff-)Gemisch?

Ein aus Atomen zusammengebauter Stoff (fest verbunden). - Unterschiedliche Moleküle bilden unterschiedliche Stoffe, je nach ihrer Zusammensetzung aus den einzelnen Atomen - Jeder Atom-Typ hat eine eigene Kurzform (1-2 Buchstaben; Periodensystem) - Moleküle lassen sich auch in Kurzschreibweise schreiben: die Summenformel (z.B. für 1 Methan: CH4)

Was ist ein Molekül?

Er bezeichnet jegliche Art von Materie.

Was ist ein Stoff?

Endotherme Reaktion (Wärme, Energie wird aus der Umwelt aufgenommen) Bsp.: Wenn ich die gebrauchten Handwärmer wieder rückgängig machen will und ich sie koche, nehmen sie die Energie auf.

Was ist eine endotherme Reaktion?

Exotherme Reaktion (Wärme, Energie wird an die Umwelt abgegeben) Die Teilchen müssen jedoch zuerst aktiviert werden, damit etwas passiert (z.B. Zündkerze bei Motor oder andere Verbrennungen) Bsp: Handwärmer nach dem Knicken

Was ist eine exotherme Reaktion?

Gamma-Strahlung ist KEIN eigener Zerfall! Sie ist die Folge von den anderen Zerfällen. Nach jedem Zerfall bleiben die neu «gebildeten» Atomkerne in einem angeregten Zustand: - Ein Teil der Energie ist während des Zerfalls auf dem Atomkern geblieben - er ist angeregt (die Protonen und Neutronen im Kern schwingen). Man nennt dies auch einen metastabilen Zustand. Der Atomkern möchte die Energie an die Umgebung abgeben. - Er macht dies in Form von hochenergetischer Strahlung, den γ-Strahlen. - Die Strahlung ist ca. 1'000-1'000'000-mal energiereicher als UV-Licht und auch energiereicher als Röntgenstrahlung. - Schädigend für Gewebe - Hohe Durchdringungsstärke (Nur Bleiplatte kann sie stoppen)

Was ist gamma-Strahlung?

- Massenerhaltung/Atombilanz überprüfen - Immer die gleiche Anzahl Teilchen vor und nach der Reaktion.

Was ist gilt es zu beachten bei einer Reaktionsgleichung?

Nicht so gut an diesem Modell: - Elektronen sind nicht in der äusseren Hülle (obwohl sie ja schnell auf dem PVC-Rohr waren) - 2-Dimensional

Was ist schlecht an diesem Atommodell?

Fest, flüssig, gasförmig Veränderungen: Fest - Flüssig: Schmelzen Flüssig - Fest: Erstarren Schmelzpunkt Flüssig - gasförmig: Verdampfen Gasförmig - flüssig: Kondensieren Siedepunkt Fest - gasförmig: Sublimieren Gasförmig - fest: Resublimieren Beispiel: Wäsche im Winter. Das Wasser in der Wäsche gefriert zuerst und wird dann wegsublimiert.

Was lauten die Aggregatszustände?

Ist ein Lösungsmittel für einen Stoff bekannt und löst dieses den Stoff bei höheren Temperaturen viel besser, können durch Umkristallisation Verunreinigungen aus dem Stoff entfernt werden (höhere Reinheit). 1. Verunreinigte Kristalle 2. Die beiden Stoffen heiss lösen Möglichst wenig Lösungsmittel bei hohen Temperaturen (bessere Löslichkeit) 3. Heiss filtrieren Wenn sich die Verunreinigungen nicht gelöst haben, bleiben sie im Filter zurück. Das Filtrat besteht dann aus dem Stoffen, den man will. 4. abkühlen und kristalliesieren Der reine Stoff kristallisiert sich wieder, die Verunreinigungen bleiben gelöst. 5. Kristalle abfiltrieren Die Kristalle bleiben im Filter. Die Verunreinigungen gehen durch den Filter, da sie noch gelöst sind. 6. Man hat die reinen Kristalle

Was passiert bei der Umkristallisation?

Bei zu wenig spaltbaren Atomen werden die schnellen Neutronen nicht genügend schnell zu thermischen Neutronen abgebremst, um eine neue Kernspaltung auslösen zu können.

Was passiert, wenn die kritische Masse noch nicht erreicht ist?

Anzahl Valenzelektronen (Elektronen in der äussersten Schale)

Was sagen die Hauptgruppen (1-8) im Periodensystem aus?

Anzahl Schalen eines Atoms

Was sagen die Perioden (1-7 / K-Q) im Periodensystem aus?

- Li, Na, K, Rb, Cs sind Alkalimetalle, mit einem Elektron in der äussersten Schale. - 1. Hauptgruppe, 1 Valenzelektron - Sie zeigen alle ein ähnliches Verhalten und haben ähnliche Eigenschaften: - Ähnliches Aussehen, metallischer Glanz - Heftige Reaktion mit Wasser, je weniger stark die äussersten Elektronen gebunden sind, umso hefitger!

Was sind Alkalimetalle?

- He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn nennt man Edelgase. - Sie sind sehr reaktionsträge, alle gasförmig, in Luft enthalten und reagieren ungern mit einem anderen Element - zeigen ein ähnlich schlechtes Reaktionsverhalten - Sie geben auch am wenigsten gerne Elektronen ab - Sie besitzen sehr hohe Ionisierungsenergien und sind sehr stabil.

Was sind Edelgase?

- Radioaktive Strahlung können wir mit den menschlichen Sinnen nicht wahrnehmen. - Radioaktive Strahlen können andere Stoffe ionisieren oder durch die hohe Bewegungsenergie Bindungen in Molekülen brechen. So können sie in Materie Spuren hinterlassen und im menschlichen Körper bei hohen Dosen sogar Effekte auf die Gesundheit haben. (Krebs) - Radioaktive Strahlen bringen fluoreszierende Stoffe zum Leuchten und schwärzen Fotopapier.

Was sind Effekte der Radioaktivität?

- Atom mit gleicher Protonenzahl, unterschiedliche Neutronenzahl - Die Protonenanzahl bestimmt, um welches Element es sich handelt. Es gibt aber Atome eines Elements, welche sich in ihrer Neutronenanzahl unterscheiden - und somit eine unterschiedliche Masse besitzen.

Was sind Isotope?

Ein Feststoff, dessen kleinste Teilchen nicht zufällig, sondern in einer regelmässigen, sich wiederholenden Struktur angeordnet sind: - Kochsalz, Zucker, Mineralien, Schnee, viele Metalle, ... - Durch klar definiertes Wachstum der Kristalle in bestimmteRaumrichtungen bilden sich makroskopische Strukturen Holz ist somit nicht kristallin, da es keine geordnete Struktur hat.

Was sind Kristalle?

Flüssigkeiten, die Stoffe lösen, heissen Lösungsmittel. Sie lösen Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase. Nicht jedes Lösungsmittel kann jeden Stoff lösen.

Was sind Lösungsmittel?

Atomsorten mit instabilen Atomkernen

Was sind Radionuklide?

Chemische Verbindungen oder elementare Stoffe, welche durch physikalische Trennverfahren nicht weiter aufgetrennt werden können (z.B. Wasser oder Helium).

Was sind Reinstoffe?

- Gleiche Ladungen stossen sich ab (bewirken eine Kraft) - Ungleiche Ladungen ziehen sich an - Die abstossende oder anziehende Kraft hängt stark von der Entfernung ab (Kraft ~ 1/d2) Verdoppelung der Distanz: 1/4 der Anziehung Vervierfachung der Distanz: 1/16 der Anziehung Die Distanz spielt die grössere Rolle als die Ladungen. Die Kraft zwischen zwei Ladungen heisst Coulomb-Kraft

Was sind drei wichtige Punkte bei der Elektrostatik?

- Wasser als Moderator hat einen entscheidenden Sicherheitsvorteil: Überhitzt ein Atomreaktor, verdampft das Wasser und die Bremswirkung auf die Neutronen wird viel geringer. So wird die Kettenreaktion langsamer. - In Russland wurden Atomreaktoren mit Graphit (=Kohle) als Moderator verwendet: je heisser Graphit wird, desto besser wird die Moderationswirkung. Bei einer Überhitzung des Kerns wird die Kettenreaktion nicht automatisch verlangsamt, sondern beschleunigt.. - .. bis zur Explosion. Nachteil von Graphit: Wenn die Kühlung ausfällt, wird der Graphit immer heisser und er bremst somit mehr Neutronen ab, was zu mehr Kernspaltung führt.

Was war das Problem beim Tschernobyl-Atomreaktor?

Die Löslichkeit von Luft bzw. Gas in Wasser nimmt bei hoher Temperatur ab. Bei Feststoffen nimmt sie in der Regel zu.

Übungsfragen: Beim Erhitzen von Wasser entweicht die darin enthaltene Luft. Was bedeutet dies für die Löslichkeit von Luft in Wasser?

Rutherford hat die Goldfolie mit alpha-Teilchen beschossen. Er hat erwartet, dass viele Teilchen abgelenkt werden. Da aber der grösste Teil hindurch ging, hat er seine Vorstellung von Atomen angepasst. Der Kern muss somit aus den schweren Protonen und Neutronen bestehen und die Hülle aus den leichteren Elektronen. Aufgrund dieser Ausdehnung kamen die alpha-Teilchen hindurch. - Alle schweren Elementarteilchen (Protonen und Neutronen) müssen in einem Punkt zusammen liegen: Atomkern - Die leichten, schnellen Elektronen füllen durch ihre schnelle Bewegung den Raum und geben dem Atom die Ausdehnung, stören aber kaum den Flug eines alpha-Teilchens: Atomhülle

Was war das Rutherfordexperiment?

Eichung kann auf zwei Arten erfolgen: „in" Eichung: der Inhalt ist „genau" z.B.: Masskolben „ex" Eichung: der Auslauf ist „genau" z.B.: Masspipetten Achtung: nicht geeicht sind u.a. Bechergläser, Erlenmeyerkolben, u.ä.

Welche Eichungen bei Glasfässen gibt es?

- Farbe - Dichte - Glanz - Geschmack - Geruch - Morphologie (Pulver/Kristallform/Amorphie) = Wie ist der Aufbau der Stoffe? - Verformbarkeit - Härte - Leitfähigkeit: Wärme/Elektrizität - Aggregatszustand - Magnetismus - Brennbarkeit - Viskosität (Wie fliesst etwas? Dickflüssig, dünnflüssig) - Löslichkeit

Welche Stoffeigenschaften gibt es?

Normalwasser (Hahnenwasser): Abwaschwasser, Händewaschen, Vorspülen der Glaswaren nach Gebrauch Entionisiertes/deionisiertesWasser: Wird immer für chemische Reaktionen verwendet! Hat einen Ionentauscher durchlaufen, der fast alle Salze entfernt. Reinstwasser/destilliertes Wasser: Wurde durch Destillation (siehe vorher) aufgereinigt. Enthält kein Salz und keine biologischen Mikroorganismen. Wird nur für Spezialversuche benötigt.

Welche Wasserqualität für Experimente?

alpha-Strahlen: Doppelt positiv geladen beta-Strahlen: einfach negativ geladen gamma-Strahlen: neutral, sehr energiereiches Licht

Welche drei unterschiedlichen Strahlungen werden unterschieden?

Überlegung: Kernfusion 2*H aufspalten und zu He umwandeln. Aufwand zum Aufspalten: 4*1.2 MeV = 4.8 MeV Energieertrag beim Zusammensetzen: 29,6 MeV wird frei Netto: 24.8 MeV wird frei, kann ich nutzen Problem: Energieaufwand um zwei Protonen zusammenzufügen (stossen sich ab) ist gigantisch, da die Kernkraft erst ab einer gewissen Distanz wirkt. Man muss sie nahe zusammenpressen.

Wie funktioniert Kernfusion?

Kernspaltung: Aufspaltungsenergie: 235*7.2 MeV = 1692 Ba: 139*8.2 Mev Energie die ich rauskriege= 1139.8 Kr: 94*8.5 MeV Energie die ich rauskriege= 799 Netto: 246.8 MeV Uran zerfällt in Barium, Krypton und 2 Neutronen Kerne mit sehr grossen Massen, sind instabiler, haben also eine kleinere Bindungsenergie Fazit: Es ist einfacher (energieeffizienter) schwere und somit instabile Atomkerne zu spalten und in zwei leichtere umzuwandeln, als leichte Atome zu einem schweren zu fusionieren.

Wie funktioniert Kernspaltung?

Creme besteht aus Titanoxid. Die Elektronen nehmen viel Ultraviolettes der Sonne auf. Wenn die Elektronen nach der Energieaufnahme zurückspringen, wandeln sie die Energie langsam in rötliches Infrarotlich (weniger Schädlich) um. Sie gibt die Energieportionen des UV-Lichts in kleinen Portionen (durch Schalensprünge) ab.

Wie funktioniert Sonnencrème?

- Durch die Energie der Flamme werden Elektronen bei vielen Atomen von einer inneren auf eine äussere Schale gehoben, das benötigt Energie (Flamme). - Die «angeregten» Atome möchten wieder in den Ausgangszustand gelangen. Die Energie strahlen sie in Form von sichtbarem Licht ab. - Weil die Schalen je Element unterschiedlich vom Kern entfernt sind und dieser unterschiedlich geladen ist (man sagt auch: unterschiedliche Energielevel besitzt), wird beim Zurückfallen unterschiedlich viel Energie als Licht unterschiedlicher Farben abgestrahlt. - Je näher die Schalen sind, desto weniger Energie braucht es, Elektronen von der einen in die andere Schale zu befördern. Somit gilt: Je näher die Schalen, desto röter das Licht. Je weiter die Schalen auseinander sind, desto blauer das Licht. - Farbe vom Licht, das man sieht, entspricht der Energie (Frequenz, wie häufig schwingt es). Blaues Licht ist energiereicher, als rotes Licht!

Wie funktioniert die Flammenfärbung?

- Es laufen nicht nur die spontanen Zerfallsprozesse ab. Wird 235U mit sogenannten thermischen Neutronen beschossen (aus der Atmosphäre oder künstlichen Quellen), tritt eine Kernspaltung ein. - Dabei entstehen Krypton und Barium, sind stabiler als der instabile Urankern - es wird viel Energie frei. Beim Prozess entstehen auch drei «schnelle Neutronen» und γ-Strahlung. - Nach Abbremsen ihrer Geschwindigkeit können diese wiederum eine Kernspaltung auslösen (sog. thermische Neutronen). - Das Abbremsen der Neutronen passiert durch Stösse mit anderen Atomen. Einige Verbindungen bremsen Neutronen besser, andere schlechter. - In einem AKW werden diese Stoffe Moderatoren genannt: Wasser und Graphit zählen dazu, aber auch einige Gase. Metalle sind eher schlechtere Moderatoren. - Mit der Energie, die bei der Kernspaltung frei wird, können Stoffe erhitzt werden

Wie funktioniert die Kernspaltung durch Neutronen?

Zur Detektion von ionisierender Strahlung (radioaktiver Strahlung) wird ein Zählrohr aus Metall, das gleichzeitig eine Kathode (--Pol) ist, und ein innen liegender Draht genutzt, der als Anode (+-Pol) funktioniert. Das Zählrohr ist mit Argon oder Krypton gefüllt, also einem Edelgas, das keine Anionen bildet. 1: Wenn ionisierende Strahlung auf ein Edelgas-Atom trifft, so wird ein Elektron herausgeschlagen, das dann sofort in Richtung des +-Pols fliegt und in der Lage ist, weitere Elektronen aus Edelgasatomen herauszuschlagen (Stossionisation). 2: Die Edelgasatom-Kationen wandern schliesslich zur Kathode, wo sie Elektronen aufnehmen (sie sind nachher wieder neutral). Dank der Stossionisation, die im Prinzip eine Verstärkung bewirkt, entsteht im Geigerzähler ein kurzer, messbarer Stromfluss, der proportional zur Strahlungsstärke ist. Dieser Stromfluss erzeugt dann den typischen Ton.

Wie funktioniert ein Geigerzähler?

Damit eine Kettenreaktion aufrecht erhalten wird, muss die kritische Masse überschritten werden. - Problem: selbständige Zündung durch Neutronen aus der Atmosphäre - Lösung: Man verwendet zwei unter-kritische Masse an Uran und bringt diese am Ort der Bombenzündung zusammen. - Am Ort der Atombombenzündung wird thermischer Sprengstoff gezündet, der die beiden unter-kritischen Massen zu einer überkritischen Masse vereinigt (ca. 4 kg bei 235U). - Der Atompilz ist die Folge der Kettenreaktion. - Moderator bei Atombomben ist das Uran selber. Das heisst das Uran bremst die schnellen Neutronen. - Wieso haben nicht alle Länder eine Atombombe?: Diese Kettenreaktion funktioniert nur mit dem Uran-235. Natürlich kommt das Uran in der 238-er Version vor. Die Auftrennung in das Isotop 235 ist mühsam.

Wie funktioniert eine Atombombe?

Atome

Wie heissen die kleinsten, chemisch nicht teilbaren Teilchen?

Elektron Ladung: -1 Masse in u: 1/2'000 u Proton Ladung: +1 Masse in u: ca. 1 Neutron Ladung: 0 Masse in u: ca. 1 - Die Anzahl Protonen definieren das Element (Kohlenstoff: Ordnungszahl = Protonenzahl = 6, also 6 Protonen). - Protonen und Neutronen geben einem Atom die Masse (sehr leichtes Elektron).

Wie ist ein Atom aufgebaut?

Der Unterschied zwischen einem Kohle- und einem Atomkraftwerk ist lediglich die Art, wie das Wasser erhitzt wird: Durch Verbrennung oder Kernspaltung. Die Steuerstäbe beim AKW bestehen aus einem Material, welches Neutronen absorbiert und selber nicht radioaktiv zerfällt (Bor, Cadmium). Sie dienen zur Regelung der Kettenreaktion. Bor und Cadmium können Neutronen aufnehmen, ohne das ein Zerfall startet. Wenn es zu schnell geht, kann ich den Steuerstab mehr hineinschieben. Bei einem Atomkraftwerk arbeitet man nur mit einem Neutron und nicht mit 3. Die zwei überflüssigen werden abgefangen. Problem bei alten Kernkraftwerken (nicht in der CH): - Wasser ist ein Moderator. Es bremst die schnellen Neutronen ab. - Problem: Uran ist ein bisschen wasserlöslich. Die gelösten Urane gehen dann mit dem Dampf in den Wasserkreislauf. In der Schweiz nicht der Fall.

Wie ist ein Atomkraftwerk aufgebaut?

- Becquerel 1 Becquerel (Bq) bedeuted, dass 1 Atom pro Sekunde zerfällt

Wie lautet die Einheit für Strahlung?

Analyse

Wie nennt man die Zerlegung und Identifikation der Bestandteile einer Verbindung?

Synthese

Wie nennt man ie Herstellung einer Verbindung aus Elementen oder anderen Verbindungen?

Unlogisch (?): Die positiv geladenen Protonen bilden einen Kern. Die ganze Masse eines Atoms ist auf einem Fleck zentriert, der 10'000-mal kleiner ist als das Atom. Elektronen stürzen nicht in den Kern. Erklärung: Mit (starker) Kernkraft: Beste Erklärung für Rutherford's Beobachtungen

Wie sah das neue Atommodell von Rutherford aus und was ist unlogisch daran?

- Vier einzelne Kernteilchen sind schwerer als der entsprechende Helium-Kern - der Massendefekt. - Bei der Bildung des Atomkerns geht also Masse verloren. Albert Einstein hat den Zusammenhang zwischen Masse und Energie formuliert. Die «verlorene» Masse wird in Form von Energie abgegeben (Bindungsenergie).

Wie stehen Massendefekt und Bindungsenergie zueinander?

Glas, ein wichtiger Grundstoff für Chemikaliengefässe - inert gegenüber fast allen Chemikalien (chemische Beständigkeit) - Es reagiert mit fast nichts - hitzebeständig (je nach Dicke) - durchsichtig (Beobachtungen können durchgeführt werden) - glatte Oberfläche - schlechte Wärmeleitfähigkeit (Reaktionstemperatur wird über längere Zeit gewährleistet; jedoch erhitzen sich Glaswaren auch nicht gleichmässig; innere Spannungen sind möglich)

Wieso ist Glas ein wichtiger Grundstoff für Chemiegefässe?

Quecksilber hat einen Schmelzpunkt von -38 Grad. Darunter gefriert es. Alkohol hat einen Schmelzpunkt von -117 Grad Polargebiet zum Teil -65 Grad

Übungsfragen: Erklären Sie, warum in Polargebieten keine Quecksilberthermometer verwendet werden können, sondern nur Thermometer, die mit Alkohol (Ethanol) gefüllt sind.

- Das «Abbremsen» radioaktiver Strahlen - das heisst, die Absorption von Strahlungsenergie - hinterlässt Schäden. - Die Wirkung der unterschiedlichen radioaktiven Strahlung auf einen Organismus wird Strahlendosis genannt. Die Einheit für Strahlendosen wird in «Sievert» oder «Millisievert» angegeben. (1 Sv = 1000 mSv) - Energiemenge, die 1 J (Joule) pro kg Körpergewicht entspricht (Äquivalenzdosis): Bsp.: Wenn ich 80kg wiege, und 80 Joule Strahlung bekomme, entspricht das der Strahlendosis von 1 Sievert. - verschiedene Organe reagieren sehr unterschiedlich auf radioaktive Strahlung - die Wirkung hängt stark von der Art oder Energie der Strahlung und von biologischen Faktoren ab - α-Strahlung, schnelle Neutronen > β, γ-Strahlung (Faktor 20) - Beruflich: max. 20 mSv/Jahr

Wirkung der Radioaktivität auf Organismen

- Teilchen der kosmischen Strahlung (sehr schnelle Protonen, Neutronen und geladene Atome) aus dem Weltraum und von der Sonne treffen auf die irdische Atmosphäre. Bei der Kollision mit Sauerstoff und Stickstoff entstehen in der Luft kleine Mengen radioaktiver Stoffe. - Dabei entsteht die sekundäre Strahlung (radioaktive Atomarten), die etwa 5-20% zur jährlichen Strahlendosis der Bevölkerung beiträgt. - Die Strahlendosis aus der kosmischen Strahlung nimmt mit der Höhe zu und kann für Flugpassagiere bei interkontinentalen Flügen durchaus erheblich sein. Piloten sind eher der Strahlung ausgesetzt, da sie die Atmosphäre weniger schützt.

Wo finden wir Radioaktivität in der Natur?

- Ein «sterbender» Stern kann als Supernova explodieren. Durch die intensive Strahlung entstehen neue, auch radioaktive Elemente. Material einer solchen «Nukleosynthese» wird bei der Entstehung der Planeten mit «eingebettet». Instabile Atomkerne sind beim Urknall entstanden. Bei der Bildung der Erde, wurden diese mit eingeschlossen. - Der grosse Anteil der verbleibenden natürlichen Radioaktivität auf Erden ist in Gesteinen fixiert - hauptsächlich, weil radioaktive Elemente nicht (selten) im Menschen vorkommen. - Ein kleiner Anteil der natürlichen Radioaktivität wird ständig produziert, weil die kosmische Strahlung auf unsere Atmosphäre trifft. Dabei entstehen radioaktive Luftteilchen. Polarlicht entsteht so. Durch die Sprünge der Elektronen entsteht das Polarlicht.

Woher stammt die natürliche Radioaktivität?

Physikalische Stoffeigenschaften sind spezifisch für den Stoff und können durch Messung zugeordnet werden. Bei der Messung wird die Stoffeigenschaft NICHT verändert. Beispiele: - Schmelztemperatur bei Wasser - Erhitzen von Glas Chemische Stoffeigenschaften sind Eigenschaften, welche sich durch eine Untersuchung (der Eigenschaft) ändern. Beispiele: - Brennbarkeit - Korrosionsbeständigkeit gegen Säuren und Basen - Witterungsbeständigkeit - Reaktion mit Sauerstoff - Erhitzen von Zucker Physiologische Eigenschaften sind chemische und physikalische Eigenschaften unter dem Aspekt Wahrnehmbarkeit und Einfluss auf die Umwelt. Beispiele: Geruch, Geschmack, Toxizität, Resorbierbarkeit.

Worin unterscheidet man bei den Stoffeigenschaften?

Quantitative Merkmale: Die quantitative Charakterisierung lässt sich zahlenmässig ausdrücken (exakte Messung). Qualitative Merkmale: Bei gewissen Charaktermerkmalen immer noch schwierig: Farbe, Härte (unterschiedliche Referenzsysteme)

Zwischen welchen Merkmalen bei Stoffeigenschaften unterscheidet man?

1L = 1000ml = 2Mol NaCl (Verhältnis von 1000ml zu 50 ml: 1:20) 50ml = 0.1 mol c = 0.1 mol / 0.25L = 0.4 mol/L

Übung Konzentration 50 mL einer 2 M (2 mol/L) Kochsalzlösung werden in einen 250 mL Messkolben gegeben. Dieser wird danach mit Wasser gefüllt. Wieviel mol Kochsalz werden in den Messkolben gefüllt? Wie hoch ist die Konzentration der neuen Kochsalzlösung?

1 molSchwefelsäure besteht aus: 2 H Atomen à 1.008 g/mol= 2.016 g 1 S Atom à 32.066 g/mol=32.066 g 4 O Atomen à 15.999 g/mol=63.996 g Summe:H2SO4=98.078 g/mol 1 mol H2SO4 sind 98.078 g schwer 0.5 mol H2SO4 sind 49.037 g schwer.

Übung: Wie schwer sind 0.5 molSchwefelsäure (H2SO4)?