Grundpraktikum der Anorganischen und Physikalischen Chemie II - Cheatsheet.pdf

Übergangsmetallkomplexe und ihre Untersuchung

Definition:

Übergangsmetallkomplexe sind Verbindungen, die zentral ein Übergangsmetall haben, umgeben von Liganden. Untersuchung durch spektroskopische Methoden und magnetische Messungen.

Details:

• Übergangsmetalle: d-Orbitale beteiligt
• Komplexbildung: Ligandenbindung an Metallzentrum
• Untersuchung: UV/Vis-Spektroskopie, IR-Spektroskopie, Magnetische Suszeptibilität
• Kristallfeldtheorie: Ligandeneinfluss auf d-Orbital-Aufspaltung
• Spectrochemical series: Ligandenfeldstärken

Redoxmechanismen und ihre Anwendungen

Definition:

Redoxreaktionen beinhalten den Elektronentransfer zwischen zwei Spezies. Wichtige Methoden in der Anorganischen und Physikalischen Chemie.

Details:

• Oxidation: Verlust von Elektronen
• Reduktion: Gewinn von Elektronen
• Oxidationsmittel: Akzeptor von Elektronen
• Reduktionsmittel: Donor von Elektronen
• Beispiel: \( \text{Cu}^{2+} + \text{Zn} \rightarrow \text{Cu} + \text{Zn}^{2+} \)
• Standardelektrodenpotentiale sind entscheidend für Vorhersagen von Redoxreaktionen.
• Anwendung: Elektrochemische Zellen, Batterien, Metallgewinnung, Korrosionsschutz.

Synthese und Charakterisierung anorganischer Verbindungen

Definition:

Vorbereitung und Analyse von Verbindungen, die keine Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen aufweisen.

Details:

• Synthesearten: Fällungsreaktionen, Festkörperreaktionen, Hydrothermale Synthese, Schmelzmethoden
• Charakterisierungsmethoden: Röntgenstrukturanalyse, IR-Spektroskopie, NMR-Spektroskopie, UV/Vis-Spektroskopie
• Reaktionsgleichungen aufstellen und stöchiometrische Berechnungen durchführen
• Chemikalienhandhabung und Sicherheitsmaßnahmen beachten
• Verbindungen können Metalle, Salze, Oxide, Halogenide sein
• Bsp. für Reaktionsmechanismus: CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2

Thermodynamik chemischer Reaktionen

Definition:

Studie der Energetik und Spontanität chemischer Reaktionen.

Details:

• Freie Enthalpie (Gibbs-Energie): \( \Delta G = \Delta H - T \Delta S \)
• Reaktionsenthalpie: \( \Delta H \)
• Reaktionsentropie: \( \Delta S \)
• Spontane Reaktionen: \( \Delta G < 0 \)
• Gleichgewicht: \( \Delta G = 0 \)
• Exotherme Reaktion: \( \Delta H < 0 \)
• Endotherme Reaktion: \( \Delta H > 0 \)

Kinetik chemischer Reaktionen

Definition:

Untersuchung der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen und der Einflussfaktoren.

Details:

• Reaktionsgeschwindigkeit: Änderung der Konzentration der Reaktanten/Produkte pro Zeiteinheit, meist in \[\frac{mol}{L \cdot s}\]
• Geschwindigkeitsgesetz: Abhängigkeit der Reaktionsrate von den Konzentrationen der Reaktanten, allgemein in der Form: \[r = k[A]^m[B]^n\]
• Geschwindigkeitskonstante (\textit{k}): Temperaturabhängig, Arrhenius-Gleichung: \[k = A \exp(\frac{-E_a}{RT})\]
• Reaktionsordnung: Summe der Exponenten in der Geschwindigkeitsgleichung.
• Halbwertszeit (\textit{t}_\frac{1}{2}): Zeit, in der sich die Konzentration eines Reaktanten halbiert.
• Temperaturabhängigkeit: Erhöhung der Temperatur führt typischerweise zu einer erhöhten Reaktionsrate.

Spektroskopische Techniken für Stoffanalysen

Definition:

Spektroskopische Techniken bestimmen die chemische Zusammensetzung und Struktur von Stoffen durch Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung.

Details:

• UV-Vis-Spektroskopie: Untersuchung von Übergängen in Molekülen basierend auf der Absorption von UV- und sichtbarem Licht.
• IR-Spektroskopie: Identifikation funktioneller Gruppen durch Messung der Schwingungsfrequenzen von molekularen Bindungen.
• Massenspektrometrie (MS): Bestimmung der Molekülmasse und Struktur durch Ionisierung und Fragmentierung von Molekülen.
• Kernspinresonanzspektroskopie (NMR): Analyse der Umgebung von Atomkernen durch magnetische Eigenschaften, besonders nützlich zur Strukturaufklärung organischer Verbindungen.
• Röntgenkristallographie: Bestimmung der dreidimensionalen Struktur von Kristallen durch Beugung von Röntgenstrahlen.
• Fluoreszenzspektroskopie: Untersuchung der Strukturen und Dynamik von Molekülen, die Licht emittieren nach Anregung.

Laborsicherheit und Notfallmaßnahmen

Definition:

Grundregeln der Sicherheit und Vorgehen bei Notfällen im Labor der Anorganischen und Physikalischen Chemie II.

Details:

• Schutzkleidung: Laborkittel, Schutzbrille, Handschuhe
• Gefahrstoffe: Kennzeichnung beachten, Sicherheitsdatenblätter lesen
• Notfallausrüstung: Feuerlöscher, Augendusche, Notdusche
• Erste Hilfe: Verbandskasten, Erste-Hilfe-Ausbildung
• Verhalten im Brandfall: Rettungswege, Alarme, Sammelstellen
• Verhalten bei Chemikalienunfällen: Verschüttungen sofort melden und beseitigen, Containment-Strategien
• Wichtige Telefonnummern: Notruf (112), interne Notfallnummern
• Gefahrenbewertung: Risikobewusste Planung, Gefahrstoffbeurteilung

Protokollführung und wissenschaftliche Dokumentation

Definition:

Dokumentation und Protokollierung der Experimente, um Reproduzierbarkeit und Nachvollziehbarkeit zu gewährleisten.

Details:

• Datum und Uhrzeit des Experiments angeben
• Vollständige Beschreibung der verwendeten Chemikalien und Geräte
• Detaillierte Darstellung der Versuchsdurchführung
• Ergebnisse und Beobachtungen chronologisch festhalten
• Fehlerquellen und Unstimmigkeiten dokumentieren
• Verwendung von Tabellen und Diagrammen zur Visualisierung der Daten
• Aufzeichnung aller Berechnungen und angewendeten Formeln
• Beachtung der Sicherheits- und Umweltschutzbestimmungen
• Führung des Protokolls in einem laborgeeigneten Notizbuch