Anorganische Chemie 1 - Cheatsheet

Atomtheorie und Periodensystem

Definition:

Klassifikation der Elemente; Analyse des atomaren Aufbaus und der Elektronenstruktur für chemische Eigenschaften

Details:

• Atomtheorie: Protonen, Neutronen, Elektronen. Kern-Hüllen-Modell.
• Quantenzahlen: Hauptquantenzahl ( = 1, 2, 3,...), Nebenquantenzahl ( = 0, 1, 2,..., n-1), Magnetquantenzahl (m = -l,...,0,...,l), Spinquantenzahl (s = ±0.5).
• Periodensystem: Gruppen (Spalten) und Perioden (Zeilen) - zeigen sich wiederholende chemische Eigenschaften.
• Elektronenkonfigurationen: Aufbauprinzip, Hund'sche Regel, Pauli-Verbot.
• Trends im PSE: Atomradius, Ionisierungsenergie, Elektronenaffinität, Elektronegativität.
• Elementgruppen: Hauptgruppen, Nebengruppen, Lanthanoide, Actinoide.

Molekülorbitaltheorie (MOT)

Definition:

Beschreibung der Elektronenverteilung in Molekülen mittels Molekülorbitalen, die durch Linearkombination von Atomorbitalen (LCAO) entstehen.

Details:

• Molekülorbitale: Überlappung von Atomorbitalen.
• Bindend (sigma, pi) vs. antibindend (sigma*, pi*).
• HOMO: Höchste besetzte Molekülorbital.
• LUMO: Niedrigste unbesetzte Molekülorbital.
• z.B. H2: Kombination der 1s-Orbitale —> sigma (bindend) und sigma* (antibindend).
• Elektronen im bindenden Orbital stabilisieren das Molekül.
• Elektronen im antibindenden Orbital destabilisieren das Molekül.

Kristallgitter und Einheitszellen

Definition:

Kristallgitter sind regelmäßige Anordnungen von Atomen, Ionen oder Molekülen in einem dreidimensionalen Raum. Die Einheitszelle ist die kleinste sich wiederholende Einheit, die das gesamte Gitter beschreibt.

Details:

• Einheitszelle: Basis für das Kristallgitter
• Gitterkonstanten: Kantenlängen (\textit{a, b, c}) und Winkel (\textit{α, β, γ})
• Elementarzelle: spezifische Art der Einheitszelle, die alle Symmetrieelemente enthält
• Kristallsysteme: z.B. kubisch, tetragonal, orthorhombisch, hexagonal
• Beispiele: NaCl (kubisch), Zinkblende (kubisch), Quarz (hexagonal)

Oxidationszustände und Redoxreaktionen der Übergangsmetalle

Definition:

Oxidationszustände der Übergangsmetalle variieren stark aufgrund ihrer d-Orbitale. Redoxreaktionen umfassen Elektronenübertragungen, wobei Übergangsmetalle als Oxidations- oder Reduktionsmittel fungieren können.

Details:

• Übergangsmetalle zeigen multiple Oxidationszustände: z.B. Eisen (II) [\(Fe^{2+}\)] und Eisen (III) [\(Fe^{3+}\)].
• Redoxreaktionen beinhalten Elektronenübertragungen: \(Fe^{2+} \rightarrow Fe^{3+} + e^- \) (Oxidation), \( Fe^{3+} + e^- \rightarrow Fe^{2+} \) (Reduktion).
• Stabilität der Oxidationszustände abhängig von Elektronenkonfiguration und Liganden-Feld-Theorie.
• Komplexbildung kann Redoxpotential beeinflussen.
• Anwendungen: Katalyse, Batterien, Metall-Raffination.

Koordinationsverbindungen und Liganden

Definition:

Koordinationsverbindungen bestehen aus einem Zentralatom (meistens ein Metall) und mehreren Liganden, die über koordinative Bindungen am Zentralatom gebunden sind.

Details:

• Liganden: Moleküle oder Ionen, die ein oder mehrere freie Elektronenpaare zur Verfügung stellen.
• Zentralatom: Meist ein Übergangsmetall.
• Koordinationszahl: Anzahl der Liganden, die direkt an das Zentralatom gebunden sind.
• Chelat-Komplex: Liganden binden durch mehrere Atome (mehrzähnig).
• Stabilität: Abhängig von Ligandentyp und -anzahl, Chelateffekt.
• Darstellung: \[ K_n[M(L)_x] \text {, wobei } M \text{ das Zentralatom und } L \text{ der Ligand ist} \]

Reaktionsarten und Mechanismen

Definition:

Verschiedene Typen von chemischen Reaktionen und deren Mechanismen.

Details:

• Redoxreaktionen: Elektronentransfer \rightarrow \text{Oxidationsmittel reduziert, Reduktionsmittel oxidiert}
• Säure-Base-Reaktionen: Protonentransfer \rightarrow \text{Brønsted-Säure gibt Proton ab, Brønsted-Base nimmt Proton auf}
• Komplexbildungsreaktionen: Ligandenaustausch \rightarrow \text{Bildung von Koordinationsverbindungen}
• Fällungsreaktionen: Bildung eines Niederschlags \rightarrow \text{schwerlösliche Verbindungen}
• Dissoziationsreaktionen: Zerfall von Verbindungen \rightarrow \text{Aufspaltung in Ionen oder Moleküle}

Stabilität und Stabilitätskonstanten von Komplexen

Definition:

Maß für die Stabilität von Komplexen ist die Stabilitätskonstante \( K_f \) bzw. die Bildungskonstante. Höhere Werte bedeuten stabileren Komplex.

Details:

• Komplexbildung in Gleichgewichtsreaktion: \[ M + L \leftrightarrow ML \]
• Stabilitätskonstante: \[ K_f = \frac{[ML]}{[M][L]} \]
• Logarithmische Darstellung oft genutzt: \[ \log K_f \]
• Bezieht sich auf spezifische Bedingungen (Temperatur, Lösungsmittel)
• Kumulative Stabilitätskonstanten für mehr als einen Liganden: \[ \beta_n = [ML_n]/([M][L]^n) \]

Kristallstrukturbestimmung

Definition:

Analyse von Kristallstrukturen mittels Beugungsmethoden.

Details:

• Hauptmethode: Röntgenbeugung (XRD)
• Braggsche Gleichung: \[ n \lambda = 2 d \sin{\theta}\]
• Informationsgewinn: Atompositionen, Gitterparameter
• Typische Schritte: Kristallzüchtung, Datenaufnahme, Strukturlösung, Verfeinerung
• Weitere Techniken: Neutronenbeugung, Elektronenbeugung