Inorganic Chemistry - Cheatsheet

Entwicklung und Historie des Periodensystems

Definition:

Historische Entwicklung und strukturelle Ordnung chemischer Elemente.

Details:

• 1869: Dmitri Mendelejew veröffentlicht erstes Periodensystem.
• 1913: Henry Moseley ordnet Elemente basierend auf Ordnungszahlen.
• Perioden: Waagerechte Reihen (Schalen).
• Gruppen: Senkrechte Spalten (ähnliche Eigenschaften).
• Periodische Gesetz: Eigenschaften wiederholen sich periodisch mit steigender Ordnungszahl.
• Modernes Periodensystem: 18 Gruppen (Haupt- und Nebengruppen) und 7 Perioden.
• Lanthanide und Actinide sind Sondergruppen.
• Aktuelle Erweiterungen basieren auf synthetischen Elementen und quantenphysikalischen Erkenntnissen.

Kovalente Bindungen und Molekülorbitale

Definition:

Kovalente Bindungen entstehen durch die gemeinsame Nutzung von Elektronenpaaren zwischen zwei Atomen. Molekülorbitale beschreiben die Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Elektronen in einem Molekül.

Details:

• Elektronendichteverteilung durch Überlappung von Atomorbitalen.
• Bindende und antibindende Molekülorbitale:
• Bindendes MO: \(\frac{1}{\root2}(\text{AO}_1 + \text{AO}_2)\)
• Antibindendes MO: \(\frac{1}{\root2}(\text{AO}_1 - \text{AO}_2)\)
• HOMO = Höchstes besetztes Molekülorbital
• LUMO = Niedrigstes unbesetztes Molekülorbital
• sigma-Orbitale (\(σ\)) und pi-Orbitale (\(π\))

Punktgruppen und Raumgruppen in der Kristallstruktur

Definition:

Punktgruppen und Raumgruppen: Wesentliche Konzepte in der Kristallographie, beschreiben Symmetrieelemente von Kristallen.

Details:

• Punktgruppen: Beschreiben Symmetrien eines Kristalls ohne Translationen (Rotationen, Spiegelungen).
• Raumgruppen: Vereinigen Punktgruppen mit Translationen, definieren die 3D-Symmetrie.
• Insgesamt 32 Punktgruppen und 230 Raumgruppen.
• Punktgruppen bestimmen physikalische Eigenschaften (Optik, Magnetismus).
• Raumgruppen wichtig für die Identifikation und Klassifikation von Kristallstrukturen.

Elektronenkonfiguration der Übergangsmetalle

Definition:

Elektronenkonfiguration der Übergangsmetalle - Verteilung der Elektronen in d- und s-Orbitalen.

Details:

• Übergangsmetalle: Elemente der Gruppen 3 bis 12
• Häufig Muster: (n-1)d^x ns^2
• z.B.: Scandium (Sc): [Ar] 3d^1 4s^2
• Komplexe Elektronenkonfiguration durch ähnliche Energieniveaus der d- und s-Orbitale
• Besonderheit: teilweise nur 1 Elektron im s-Orbital bei Halb-/Vollbesetzung d-Orbital
• Beispiel Cr: [Ar] 3d^5 4s^1 und Cu: [Ar] 3d^10 4s^1

Organometallische Chemie

Definition:

Teilgebiet der Chemie, das sich mit Verbindungen befasst, die direkte Metall-Kohlenstoff-Bindungen enthalten.

Details:

• Wichtige Liganden: CO, Alkyls, Alkenes, Cp
• Häufige Metalle: Fe, Co, Ni, Pt
• 18-Elektronen-Regel
• Reaktionen: Oxidative Addition, Reduktive Eliminierung, Insertionsreaktionen
• Anwendungen: Katalyse (z.B. Hydroformylierung, polymerisation)
• Schlüsselverbindungen: Metallocene, Carbonylkomplexe

Ligandentypen und Koordinationsgeometrie

Definition:

Beschreibt die verschiedenen Arten von Liganden und ihre Anordnung um das Zentralatom in einem Komplex.

Details:

• Ligandentypen: monodentat, bidentat, tridentat, polydentat.
• Monodentat-Ligand: bindet über ein Donoratom.
• Bidentat-Ligand: bindet über zwei Donoratome.
• Tridentat- und polydentat-Liganden: binden über drei bzw. mehrere Donoratome.
• Koordinationszahl (KZ): Anzahl der Liganden direkt am Zentralatom; bestimmt die Geometrie.
• Typische Koordinationsgeometrien:
  • KZ 2: linear
  • KZ 3: trigonal planar
  • KZ 4: tetraedrisch, quadratisch-planar
  • KZ 5: trigonal-bipyramidal
  • KZ 6: oktaedrisch

Symmetrieelemente und -operationen

Definition:

Symmetrieelemente und -operationen beschreiben die invarianten Eigenschaften eines Moleküls unter bestimmten Transformationen.

Details:

• Symmetrieelemente: Punkt, Achse, Ebene
• Symmetrieoperationen: Identität (E), Spiegelung (\sigma), Inversion (i), Rotation (C_n), Drehspiegelung (S_n)
• E: unverändert
• \sigma: Spiegelung an Ebene
• i: Spiegelung am Mittelpunkt
• C_n: Drehung um 360°/n um Achse
• S_n: Kombination aus C_n und \sigma

Röntgenstrukturanalyse

Definition:

Methode zur Bestimmung der Kristallstruktur von Verbindungen durch Beugung von Röntgenstrahlen an den Atomen im Kristallgitter.

Details:

• Werden monochromatische Röntgenstrahlen verwendet.
• Interferenzen bei der Streuung bilden Beugungsmuster.
• Bragg-Gleichung: \[ n \lambda = 2d \sin\theta \]
• Datenanalyse durch Fourier-Transformation zur Bestimmung der Elektronendichte.
• Generierung eines dreidimensionalen Modells der Atomanordnung.