Allgemeine und Anorganische Chemie mit Praktikum - Cheatsheet.pdf

Definition und Prinzipien der Löslichkeit

Definition:

Löslichkeit beschreibt, wie viel von einem Stoff sich in einem Lösungsmittel auflösen kann, bis eine gesättigte Lösung entsteht.

Details:

• Je nach Löslichkeit: lipophil (fettlöslich), hydrophil (wasserlöslich)
• Einflussfaktoren: Polarität, Temperatur, Druck
• Massenwirkungsgesetz: \[ K_{sp}= [A^+]^{m}[B^-]^{n} \]
• Henry-Gesetz für Gase: \[ C = k_H \times P \]

Definition von Säuren und Basen nach Arrhenius, Brønsted-Lowry und Lewis

Definition:

Definitionen nach Arrhenius, Brønsted-Lowry und Lewis.

Details:

• Arrhenius: Säure: gibt H₃O⁺ in Wasser ab; Base: gibt OH^- in Wasser ab.
• Brønsted-Lowry: Säure: Protonendonator; Base: Protonenakzeptor. Reaktionsgleichung: \[ HA + B \leftrightarrow A^- + BH^+ \]
• Lewis: Säure: Elektronenpaarakzeptor; Base: Elektronenpaardonator. Beispiel: \[ BF_3 + NH_3 \rightarrow F_3B-NH_3 \]

Prinzip des chemischen Gleichgewichts und das Gesetz von Le Chatelier

Definition:

Zustand, in dem die Vorwärts- und Rückreaktion einer chemischen Reaktion mit gleicher Geschwindigkeit ablaufen; das System befindet sich im dynamischen Gleichgewicht. Das Gesetz von Le Chatelier besagt, dass ein im Gleichgewicht befindliches System auf eine Störung so reagiert, dass die Störung teilweise aufgehoben wird.

Details:

• Gleichgewichtskonstante: \( K = \frac{[Produkte]}{[Edukte]} \)
• Le Chatelier: Prinzip zur Vorhersage der Richtung der Gleichgewichtsverschiebung bei Änderung von Konzentration, Druck, Temperatur
• Erhöhung der Konzentration eines Reaktanten: Gleichgewicht verschiebt sich zu den Produkten
• Erhöhung des Drucks: Gleichgewicht verschiebt sich zur Seite mit weniger Gasteilchen
• Erhöhung der Temperatur bei exothermer Reaktion: verschiebt Gleichgewicht zu den Edukten
• Erhöhung der Temperatur bei endothermer Reaktion: verschiebt Gleichgewicht zu den Produkten

Elektronenpaar-Abstoßungstheorie (VSEPR)

Definition:

Modell zur Vorhersage der räumlichen Struktur von Molekülen basierend auf der Minimierung der Abstoßung zwischen Elektronenpaaren um ein Zentralatom.

Details:

• Elektronenpaare stoßen sich ab und ordnen sich möglichst weit voneinander entfernt an
• Valenzelektronenpaar-Abstoßungs-Theorie (VSEPR) leitet sich von 'valence shell electron pair repulsion' ab
• Strukturtypen: linear, trigonal-planar, tetraedrisch, trigonal-bipyramidal, oktaedrisch
• Zahl der bindenden und nicht-bindenden Elektronenpaare wird berücksichtigt
• Idealwinkel:
  • linear: 180°
  • trigonal-planar: 120°
  • tetraedrisch: 109,5°
  • trigonal-bipyramidal: 90° und 120°
  • oktaedrisch: 90°

Erster Hauptsatz der Thermodynamik (Energieerhaltung)

Definition:

Erster Hauptsatz der Thermodynamik: Energie kann weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur umgewandelt werden.

Details:

• Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System bleibt konstant.
• Formel: \(\Delta U = Q - W\)
• \(\Delta U\): Änderung der inneren Energie
• \(Q\): Wärme (positiv bei Wärmezufuhr, negativ bei Wärmeabgabe)
• \(W\): Arbeit (positiv bei Arbeit am System, negativ bei Arbeit vom System verrichtet)
• Anwendung: Innere Energie in chemischen Reaktionen, biologischen Systemen (z.B. ATP-Hydrolyse)

Faktoren, die die Löslichkeit beeinflussen (Temperatur, Druck, Natur des Lösungsmittels)

Definition:

Faktoren, die die Löslichkeit beeinflussen

Details:

• Temperatur: Bei Feststoffen meist Erhöhung der Löslichkeit mit steigender Temperatur, bei Gasen Abnahme der Löslichkeit mit steigender Temperatur.
• Druck: Einfluss vor allem bei Gasen, steigender Druck erhöht die Löslichkeit (Henry'sches Gesetz).
• Natur des Lösungsmittels: Polarität und intermolekulare Kräfte entscheidend; 'Ähnliches löst sich in Ähnlichem' (polare Substanzen lösen sich gut in polaren Lösungsmitteln und umgekehrt).

Puffersysteme und deren Funktionsweise

Definition:

Puffersysteme sind Lösungen, die den pH-Wert stabil halten.

Details:

• Bestehen aus einer schwachen Säure und ihrer konjugierten Base oder umgekehrt
• Beispiel: Essigsäure/Acetat-Puffer
• Neutralisieren hinzugegebene Säuren (H₃O⁺) oder Basen (OH^-) durch Gleichgewichtsreaktionen
• Anwendungsbereich: Biologische Systeme, industrielle Prozesse
• Henderson-Hasselbalch-Gleichung zur Berechnung des pH-Werts eines Puffers \[pH = pK_a + \frac{[\text{Base}]}{[\text{Säure}]}\]

Gleichgewichtskonstante (Kc) und deren Herleitung

Definition:

Gleichgewichtskonstante (Kc) beschreibt das Verhältnis der Konzentrationen der Produkte zu den Edukten bei chemischen Gleichgewichten.

Details:

• Gleichung: \[ K_c = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b} \] für eine Reaktion \[ aA + bB \leftrightarrow cC + dD \]
• Herleitung: Aus dem Massenwirkungsgesetz - Die Reaktionsgeschwindigkeiten der Hin- und Rückreaktion sind im Gleichgewicht gleich.
• Einheiten: Abhängig von der Gesamtstoffmenge (mol/L) der Produkte und Edukte.
• Temperaturabhängigkeit: Kc ändert sich mit der Temperatur.