Anorganische Chemie 2 - Cheatsheet

Periodensystem und Periodizität der Elemente

Definition:

Ordnung der chemischen Elemente nach steigender Protonenanzahl; zeigt periodische Trends in chemischen und physikalischen Eigenschaften.

Details:

• Perioden: horizontale Zeilen
• Gruppen: vertikale Spalten
• Hauptgruppen: 1-2 & 13-18
• Übergangsmetalle: Gruppen 3-12
• Lanthanide und Actinide: unterhalb des Hauptblocks
• Kernladungszahl zeigt Elementposition
• Periodizität sichtbar in Atomradien, Ionisierungsenergien, Elektronenaffinitäten, Elektronegativitäten
• Metalle, Halbmetalle, Nichtmetalle

Elektronenkonfiguration und chemische Bindung

Definition:

Elektronenkonfiguration bestimmt die Verteilung der Elektronen eines Atoms auf die verschiedenen Orbitale; chemische Bindung erklärt die Wechselwirkungen zwischen Atomen, die zur Bildung von Molekülen führen.

Details:

• Elektronenkonfiguration: Darstellung erfolgt in der Form \(1s^2 2s^2 2p^6\) etc.
• Pauli-Prinzip: Kein Elektron in einem Atom kann in allen vier Quantenzahlen übereinstimmen.
• Hundsche Regel: Orbitale gleicher Energie werden zuerst einfach besetzt.
• Arten von Bindungen: Ionenbindung, kovalente Bindung, Metallbindung
• Ionenbindung: Entstehung durch Elektronentransfer, Bildung von Kationen und Anionen
• Kovalente Bindung: Teilen von Elektronenpaaren zwischen Atomen
• Metallbindung: Elektronengas-Modell, delokalisierte Elektronen

Koordinationschemie der Übergangsmetalle

Definition:

Studie der Bindungen und Strukturen von Übergangsmetallkomplexen.

Details:

• Übergangsmetalle haben unvollständig gefüllte d-Orbitale.
• Liganden: Moleküle/Ionen, die an das Metallzentrum binden.
• Koordinationszahl: Anzahl der Liganden um das Metallzentrum.
• Geometrien: oktaedrisch, tetraedrisch, quadratisch-planar.
• Valence Bond Theory (VBT), Molekülorbitaltheorie (MOT), Kristallfeldtheorie (CFT)
• Kristallfeldaufspaltung: \Delta_0 im oktaedrischen Feld, \Delta_t im tetraedrischen Feld.
• Chelateffekt: Erhöhte Stabilität durch mehrzähnige Liganden.
• Farbig durch d-d-Übergänge, LMCT, MLCT.

Katalytische Eigenschaften von Übergangsmetallen

Definition:

Übergangsmetalle als Katalysatoren aufgrund ihrer Fähigkeit, unterschiedliche Oxidationsstufen und Koordinationsgeometrien einzunehmen und mit Reaktanten stabile und aktivierte Komplexe zu bilden.

Details:

• Übergangsmetalle zeigen variable Oxidationsstufen, ermöglichen Redoxreaktionen.
• Hohe Komplexbildungstendenz durch d-Orbitale.
• Reaktionsmechanismus: Adsorption, Reaktion, Desorption.
• Beispiele: Pd, Pt, Ni, Au.
• Heterogene Katalyse (z.B. Haber-Bosch-Verfahren, Kontaktverfahren).
• Homogene Katalyse (z.B. Wilkinson-Katalysator, Olefinmetathese).

Organometallische Verbindungen und Reaktionen

Definition:

Organometallische Verbindungen: chemische Verbindungen mit Metall-Kohlenstoff-Bindungen (M-C-Bindung). Reaktionen umfassen Synthesen, Ligandenaustausch, Oxidations- und Reduktionsreaktionen.

Details:

• Wichtige Liganden: Alkylliganden (-R), Cyclopentadienyl (Cp), Carbonyle (CO)
• Beispiele für Metalle: Fe, Co, Ni, Pt
• Reaktionen: Oxidative Addition, Reduktive Eliminierung, Ligandenaustausch
• Typische Reaktionsgleichungen:
• Oxidative Addition: \[ \text{M} + \text{R-X} \rightarrow \text{M(R)(X)} \]
• Reduktive Eliminierung: \[ \text{M(R)(X)} \rightarrow \text{M} + \text{R-X} \]
• Anwendungen: Katalyse (z.B. Heck-Reaktion, Suzuki-Kupplung)

Röntgenkristallographie

Definition:

Methode zur Bestimmung der dreidimensionalen Struktur kristalliner Festkörper mittels Röntgenstrahlen.

Details:

• Ermittlung der Elektronendichteverteilung im Kristall
• Anwendung vor allem bei der Analyse von komplexen chemischen Verbindungen und Biomolekülen
• Bragg-Gleichung: \[ n \times \lambda = 2 \times d \times \sin(\theta) \]
• Fourier-Transformation zur Rekonstruktion der Kristallstruktur

Redoxreaktionen und Elektrochemie

Definition:

Redoxreaktionen: Elektronenübertragungsreaktionen. Elektrochemie: Teilgebiet der Chemie, das sich mit chemischen Reaktionen befasst, die durch elektrische Energie angetrieben oder erzeugt werden.

Details:

• Redoxreaktionen: Oxidation (Elektronenabgabe) und Reduktion (Elektronenaufnahme)
• Oxidationszahlen zur Bestimmung der Redoxvorgänge
• Standardelektrodenpotentiale: Tabellenwert für Halbzellenreaktionen
• Elektrochemische Zellen: galvanische Zelle (Batterien) und Elektrolysezelle
• Nernst-Gleichung: \[ E = E^0 - \frac{RT}{nF} \ln Q \]
• Faraday-Gesetz: \[ m = \frac{Q}{F} \cdot \frac{M}{n} \]

Bioanorganische Chemie, inkl. Metalloproteine und Enzyme

Definition:

Studienfeld der Chemie, das sich mit den Rollen und Funktionen anorganischer Elemente in biologischen Systemen befasst, insbesondere Metalloproteinen und Enzymen.

Details:

• Metalloproteine: Proteine mit Metallionen als Kofaktoren.
• Funktion von Metallionen: Katalytische Aktivität, Strukturstabilisierung, Elektronentransfer.
• Beispiele: Hämoglobin (Fe), Cytochrome (Fe), Superoxid-Dismutase (Cu, Zn).
• Metalloenzyme: Enzyme, die Metallionen für ihre biologische Aktivität benötigen.
• Beispiel: Carbonanhydrase (Zn²⁺), Nitrogenase (Fe, Mo).
• Wichtige Reaktionen: Redoxreaktionen, Hydrolysen, Atom-/Gruppen-Transfer-Reaktionen.
• Biologisches Gleichgewicht und Metallhomöostase wichtig für Funktion und Regulation.