Einführung in die Grundlagen der Physikalischen Chemie 1 - Cheatsheet

Aufbau von Atomen: Protonen, Neutronen, Elektronen

Definition:

Aufbau eines Atoms:

Details:

• Protonen (p⁺): positiv geladen, im Atomkern
• Neutronen (n): neutral, im Atomkern
• Elektronen (e⁻): negativ geladen, in Elektronenhülle
• Elementarladung: 1,602 × 10⁻¹⁹ C
• Massenzahl: Zahl der Protonen + Neutronen
• Ordnungszahl: Zahl der Protonen (bestimmt das Element)
• Bohrsches Atommodell: Elektronen bewegen sich auf diskreten Bahnen
• Schrödinger-Gleichung: beschreibt Elektronen in Aufenthaltswahrscheinlichkeiten

Elektronenkonfiguration und Periodensystem

Definition:

Verteilung der Elektronen eines Atoms auf verschiedene Energieniveaus und Orbitale, beeinflusst chemische Eigenschaften.

Details:

• Hauptquantenzahl (: 1, 2, 3, ...)
• Elektronenkonfiguration: z.B. 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2
• Pauli-Prinzip: ( e )
• Hundsche Regel: maximale Anzahl ungepaarter Elektronen
• Periodensystem: Elemente geordnet nach steigender Ordnungszahl und ähnlichen Eigenschaften
• Perioden: horizontale Zeilen
• Gruppen: vertikale Spalten (ähnliche chemische Eigenschaften)
• Valenzelektronen bestimmen chemisches Verhalten

Gesetz von Le Chatelier

Definition:

Prinzip, das besagt, dass ein System in einem Gleichgewichtszustand auf eine äußere Störung so reagiert, dass es dieser entgegenwirkt und ein neues Gleichgewicht einstellt.

Details:

• Kann auf Änderungen von Konzentration, Druck oder Temperatur angewendet werden
• Veränderung der Konzentration: \ Erhöhte Konzentration eines Reaktanten verschiebt Gleichgewicht hin zu den Produkten
• Änderung des Drucks: \ Ein höherer Druck verschiebt Gleichgewicht in Richtung der Seite mit weniger Gas-Molekülen
• Temperaturänderung: \ Bei exothermen Reaktionen verschiebt Temperaturerhöhung das Gleichgewicht hin zu den Reaktanten (und umgekehrt bei endothermen Reaktionen)

Berechnung der freien Enthalpie (ΔG)

Definition:

Berechnung der freien Enthalpie (\( \Delta G \)) zur Bestimmung der Spontaneität von Reaktionen

Details:

• \( \Delta G = \Delta H - T\Delta S \)
• \( \Delta G < 0 \) spontane Reaktion
• \( \Delta G > 0 \) nicht-spontane Reaktion
• \( \Delta G \) in J oder kJ
• \( \Delta H \) = Enthalpieänderung
• \( \Delta S \) = Entropieänderung
• T = Temperatur in Kelvin

pH-Wert und pOH-Wert Berechnungen

Definition:

pH misst die Wasserstoffionenkonzentration, pOH die Hydroxidionenkonzentration. pH + pOH = 14.

Details:

• Formel pH: \( pH = -\log{[H^+]} \)
• Formel pOH: \( pOH = -\log{[OH^-]} \)
• Zusammenhang: \( pH + pOH = 14 \)
• Berechnung \( [H^+] \) aus pH: \( [H^+] = 10^{-pH} \)
• Berechnung \( [OH^-] \) aus pOH: \( [OH^-] = 10^{-pOH} \)

Nernst-Gleichung und elektrochemische Zellen

Definition:

Nernst-Gleichung beschreibt das Potential einer elektrochemischen Zelle in Abhängigkeit von den Aktivitäten der Ionen.

Details:

• Standardpotential: E^0
• Formel: E = E^0 - \frac{RT}{nF} \ln Q
• Ersatz bei 25 °C: E = E^0 - \frac{0,059}{n} \log Q
• n = Anzahl der übertragenen Elektronen
• F = Faraday-Konstante (96485 C/mol)
• R = universelle Gaskonstante (8,314 J/(mol K))
• Elektrochemische Zelle besteht aus zwei Halbzellen:
• Eine Halbzelle = Redoxpaar
• Kathode: Reduktion
• Anode: Oxidation
• Galvanische Zelle: chemische Energie → elektrische Energie
• Elektrolyse: elektrische Energie → chemische Energie

Synthese und Reaktivität von Monomeren

Definition:

Synthese und Reaktivität von Monomeren bezieht sich auf die Herstellung und das chemische Verhalten von grundlegenden Bausteinen für Polymere.

Details:

• Monomere: Kleine Moleküle, die repetitive Einheiten in Polymeren bilden.
• Synthese: Methoden umfassen radikalische Polymerisation, anionische Polymerisation, kationische Polymerisation und Koordinationspolymerisation.
• Reaktivität: Abhängig von funktionellen Gruppen, Stabilität von Zwischenprodukten und externen Bedingungen wie Temperatur und Druck.
• Einflüsse: Lösungsmittel, Katalysatoren und Initiatoren beeinflussen Reaktivität und Polymerisationsprozess.

Bedeutung von Entropie und Ordnung

Definition:

Maß für die Unordnung eines Systems; 2. Hauptsatz der Thermodynamik: Entropie nimmt zu

Details:

• Symbol: S
• Einheit: J/K
• Spontane Prozesse: ΔS > 0
• Gibbsche freie Energie: ΔG = ΔH - TΔS