Allg. und Anorganische Chemie - Cheatsheet

Atombau und Periodensystem der Elemente

Definition:

Beschreibung des Aufbaus von Atomen und des Periodensystems der Elemente.

Details:

• Atomaufbau: Protonen (+), Neutronen (neutral), Elektronen (-), Nukleonen = Protonen + Neutronen
• Elektronenkonfiguration: Verteilung der Elektronen auf den Schalen, z.B. K, L, M...
• Periodensystem: Elemente geordnet nach steigender Kernladung (Ordnungszahl), vergleichbare chemische Eigenschaften in Gruppen
• Periodische Gesetzmäßigkeiten: Wiederkehrende Muster im Periodensystem z.B. Elektronegativität, Ionisierungsenergie, Atomradius
• Hauptgruppen: Vertikale Spalten, gleiche Anzahl an Valenzelektronen
• Übergangsmetalle: d-Block, teilweise gefüllte d-Orbitale

Bindungstheorien: Ionenbindung, kovalente Bindung, Metallbindung

Definition:

Bindungstheorien erklären, wie Atome miteinander zu Molekülen oder Kristallen verbunden sind. Ionenbindung: Elektrostat. Anziehung zw. Kationen und Anionen. Kovalente Bindung: Teilen von Elektronen zwischen Atomen. Metallbindung: Elektronengasmodell beschreibt frei bewegliche Elektronen in einem Metallgitter.

Details:

• Ionenbindung: ΔEN > 1,7; Kristallgitter; hohe Schmelzpunkte.
• Kovalente Bindung: ΔEN < 1,7; Moleküle; niedrigere Schmelzpunkte.
• Metallbindung: Elektronengasmodell; elektrische Leitfähigkeit; duktil.

Säuren, Basen und pH-Wert

Definition:

Säuren sind Protonendonatoren, Basen sind Protonenakzeptoren, pH-Wert gibt an, wie sauer oder basisch eine Lösung ist.

Details:

• pH-Wert-Skala: 0 (sehr sauer) bis 14 (sehr basisch), 7 neutral
• pH-Wert-Berechnung: \( \text{pH} = -\text{log}_{10}[\text{H}^+] \)
• Starke Säuren/Basen vollständig dissoziiert, schwache teilweise
• Säure-Base-Reaktionen: \[ \text{HA} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^+ + \text{A}^- \] \[ \text{B} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{BH}^+ + \text{OH}^- \]
• Wichtige Konzepte: Pufferlösung, Henderson-Hasselbalch-Gleichung \( \text{pH} = \text{p}K_\text{a} + \text{log}\frac{[\text{A}^-]}{[\text{HA}]} \)

Chemische Gleichgewichte und kinetische Prinzipien

Definition:

Studium der Bedingungen, unter denen sich chemische Reaktionen im Gleichgewicht befinden und der Kinetik, die die Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt.

Details:

• Das Massenwirkungsgesetz: \text {Für die Reaktion} \text {aA} + \text {bB} \rightleftharpoons \text {cC} + \text {dD} \text {gilt:} \[ K = \frac{{ [C]^c[D]^d }}{{ [A]^a[B]^b }} \]
• Le Chatelier Prinzip: Ein System im Gleichgewicht reagiert auf Änderungen (Konzentration, Druck, Temperatur), um die Änderung zu minimieren.
• Reaktionsgeschwindigkeit: Wird durch die Geschwindigkeitskonstante k und die Konzentrationen der Reaktanten beschrieben \[ v = k \times [A]^m \times [B]^n \]
• Arrhenius-Gleichung: Beschreibt die Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitskonstante: \[ k = A \times e^{-\frac{E_a}{RT}} \]

Übergangszustände und Reaktionspfade

Definition:

Maxima auf dem Reaktionsprofil; kurzlebige Zwischenzustände, in denen alte Bindungen brechen und neue entstehen.

Details:

• Aktivierungsenergie: \( E_A \) ist die Energiebarriere vom Edukt zum Übergangszustand.
• Reaktionspfad: Weg, den die Reaktanten im Reaktionskoordinatenraum nehmen.
• Übergangszustand: Kann mithilfe der Theorie des Übergangszustands verstanden werden.
• Energetisch höchstinstabil und sehr kurzlebig.
• Einflussfaktoren: Temperatur, Katalysatoren, Molekülgeometrie.

Sicherheitsaspekte und korrektes Arbeiten im chemischen Labor

Definition:

Verantwortungsbewusstes Verhalten und Einhaltung der Sicherheitsrichtlinien zum Schutz vor chemischen Gefahren.

Details:

• Persönliche Schutzausrüstung (PSA): Laborkittel, Schutzhandschuhe, Schutzbrille.
• Kein Essen oder Trinken im Labor.
• Aufbewahrung von Chemikalien gemäß den Sicherheitsdatenblättern (SDB).
• Lüftung: Arbeiten unter dem Abzug bei gefährlichen Substanzen.
• Reagieren bei Unfällen: Notdusche, Augendusche, Feuerlöscher-Standorte.
• Korrekte Entsorgung von Chemikalien: Separate Sammelbehälter.
• Gerätebedienung: Anweisungen und Handbücher befolgen.
• Rücksicht und Sauberkeit: Arbeitsbereich aufgeräumt halten.
• Notfallnummern und Erste-Hilfe-Kasten kennzeichnen.

Spektroskopische Methoden zur Molekülanalyse

Definition:

Spektroskopische Methoden untersuchen Wechselwirkungen zwischen Materie und elektromagnetischer Strahlung zur Bestimmung molekularer Eigenschaften.

Details:

• IR-Spektroskopie: Analyse von Molekülvibrationen. Absorptionsfrequenzen korrelieren mit funktionellen Gruppen.
• UV/Vis-Spektroskopie: Untersuchung elektronischer Übergänge; insbesondere nützlich für Konjugationssysteme.
• NMR-Spektroskopie: Analyse magnetischer Kerne; liefert Informationen über die chemische Umgebung von Protonen und anderen Isotopen.
• Massenspektrometrie (MS): Bestimmt Molekülmassen und strukturelle Informationen durch Ionisieren und Fragmentieren von Molekülen.

Katalyse und Mechanismen katalytischer Reaktionen

Definition:

Katalysatoren beschleunigen chemische Reaktionen, ohne selbst verbraucht zu werden.

Details:

• Herabsetzen der Aktivierungsenergie (E_a)
• Heterogene vs. homogene Katalyse
• Aktives Zentrum: Ort der Reaktion
• Schlüssel-Schloss-Prinzip: Spezifität der Enzyme
• Michaelis-Menten-Kinetik: \[ v = \frac{{V_{max}[S]}}{{K_M + [S]}} \]
• Übergangszustand-Theorie
• Beispiele: Enzyme, Metallkomplexe