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| 5 | +### ## Thema 5: Atome, Bindungen und Strukturen |
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| 7 | +- **Aufbau der Materie:** Materie besteht aus **Atomen**. Ein Atom hat einen positiven **Kern** (Protonen + Neutronen) und eine negative **Hülle** (Elektronen). Die Anzahl der Protonen bestimmt das Element. |
| 8 | +- **Periodensystem & Schalenmodell:** Das Periodensystem ordnet die Elemente nach steigender Protonenzahl. Das **Schalenmodell** beschreibt, wie Elektronen in Energiestufen (Schalen) um den Kern angeordnet sind. Die äußerste Schale (**Valenzschale**) ist entscheidend für chemische Reaktionen. Atome streben danach, eine volle Valenzschale zu haben (Edelgaskonfiguration). |
| 9 | +- **Ionenverbindungen:** Entstehen, wenn ein **Metall** Elektronen an ein **Nichtmetall** abgibt. Das Metall wird zum positiv geladenen **Kation**, das Nichtmetall zum negativ geladenen **Anion**. Diese Ionen ziehen sich durch elektrostatische Kräfte an und bilden ein **Ionengitter** (z.B. bei Kochsalz, NaCl). |
| 10 | +- **Punktnotation (Lewis-Schreibweise):** Stellt die Valenzelektronen eines Atoms als Punkte dar. Sie hilft zu visualisieren, wie Atome Elektronen teilen, um Bindungen zu bilden. |
| 11 | +- **Strukturdarstellung:** Moleküle können durch verschiedene Formeln dargestellt werden: |
| 12 | + - **Summenformel:** Zeigt nur die Anzahl der Atome (z.B. C2H6O). |
| 13 | + - **Strukturformel:** Zeigt die Anordnung und Verknüpfung aller Atome. |
| 14 | +- **Aufbau Wassermolekül (H2O):** Ein Sauerstoffatom ist über Elektronenpaarbindungen mit zwei Wasserstoffatomen verbunden. Da Sauerstoff die Elektronen stärker anzieht (höhere Elektronegativität), entsteht ein **Dipolmolekül** – die Sauerstoffseite ist leicht negativ (δ−), die Wasserstoffseiten sind leicht positiv (δ+). |
| 15 | +- **Anomalie des Wassers:** Wasser hat seine größte Dichte bei 4 °C. Darunter dehnt es sich wieder aus, weshalb Eis (feste Form) auf flüssigem Wasser schwimmt. Das liegt an den **Wasserstoffbrückenbindungen**, die im festen Zustand eine starre, weniger dichte Gitterstruktur bilden. |
| 16 | +- **Isomerie:** Moleküle mit gleicher Summenformel, aber unterschiedlicher Struktur. |
| 17 | + - **cis/trans-Isomerie:** Tritt bei Molekülen mit einer Doppelbindung auf. |
| 18 | + - **cis-Form:** Wichtige Gruppen liegen auf der _gleichen_ Seite der Doppelbindung. |
| 19 | + - **trans-Form:** Wichtige Gruppen liegen auf _gegenüberliegenden_ Seiten. |
| 20 | +- **Trennverfahren:** Methoden zur Trennung von Stoffgemischen, basierend auf unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften. |
| 21 | + - **Destillation:** Trennung aufgrund unterschiedlicher Siedepunkte (z.B. Alkohol aus Wasser). |
| 22 | + - **Filtration:** Trennung eines Feststoffs von einer Flüssigkeit (z.B. Kaffee kochen). |
| 23 | + - **Chromatographie:** Trennung aufgrund unterschiedlicher Haftfähigkeit und Löslichkeit (z.B. Farbstoffe trennen). |
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| 27 | +### ## Thema 6: Chemische Reaktionen |
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| 29 | +- **Endotherm / Exotherm:** |
| 30 | + - **Exotherme Reaktion:** Energie wird freigesetzt (Umgebung wird wärmer), z.B. Verbrennung. Die Produkte sind energieärmer als die Edukte. |
| 31 | + - **Endotherme Reaktion:** Energie wird aus der Umgebung aufgenommen (Umgebung wird kälter), z.B. Brausepulver in Wasser. Die Produkte sind energiereicher als die Edukte. |
| 32 | +- **Gleichgewichtsreaktion:** Eine Reaktion, die in beide Richtungen abläuft (Hin- und Rückreaktion). Im **chemischen Gleichgewicht** sind die Geschwindigkeiten beider Reaktionen gleich, die Konzentrationen der Stoffe ändern sich nicht mehr. |
| 33 | + - **Grafik:** Die Konzentrationen der Edukte nehmen ab und die der Produkte zu, bis sie konstante Werte erreichen (Plateau). |
| 34 | +- **Redoxreaktion:** Eine Reaktion mit Elektronenübertragung. |
| 35 | + - **Oxidation:** Elektronenabgabe (Oxidationszahl erhöht sich). |
| 36 | + - **Reduktion:** Elektronenaufnahme (Oxidationszahl verringert sich). |
| 37 | + - Beide Prozesse laufen immer gleichzeitig ab! |
| 38 | +- **Avogadro-Konstante:** Gibt an, wie viele Teilchen (Atome, Moleküle) in einem Mol eines Stoffes enthalten sind: NA≈6.022×1023mol−1. Ein Mol ist einfach eine Mengenangabe in der Chemie. |
| 39 | +- **pH-Wert:** Ein Maß für die Konzentration von Wasserstoff-Ionen (H+) in einer Lösung. Die Skala reicht von 0 bis 14. |
| 40 | + - **Sauer (pH < 7):** Hohe H+-Konzentration (z.B. Zitronensäure, Salzsäure). |
| 41 | + - **Neutral (pH = 7):** Gleiche Konzentration von H+ und OH− (z.B. reines Wasser). |
| 42 | + - **Basisch/Alkalisch (pH > 7):** Niedrige H+-Konzentration, hohe OH−-Konzentration (z.B. Seife, Natronlauge). |
| 43 | +- **Neutralisation:** Reaktion einer Säure mit einer Base. Dabei entstehen Wasser und ein Salz. Beispiel: Salzsäure + Natronlauge → Wasser + Kochsalz (HCl+NaOH→H2O+NaCl). |
| 44 | +- **Rechenbeispiel Nitroglycerin:** Nitroglycerin (C3H5N3O9) ist ein Sprengstoff. Seine Zersetzung ist eine stark exotherme Redoxreaktion, bei der aus 1 Mol flüssigem Nitroglycerin sehr viele Mole Gase entstehen, was zu einer massiven Volumenzunahme (Explosion) führt. 4 C3H5N3O9(l)→12 CO2(g)+10 H2O(g)+6 N2(g)+O2(g) |
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| 48 | +### ## Thema 7: Organische und Technische Chemie |
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| 50 | +- **Rohöl & Benzin:** Rohöl ist ein Gemisch aus vielen verschiedenen Kohlenwasserstoffen. Durch **fraktionierte Destillation** wird es in Fraktionen mit ähnlichen Siedepunkten aufgetrennt (z.B. Gas, Benzin, Diesel, Heizöl). Längere Kohlenwasserstoffketten haben höhere Siedepunkte. |
| 51 | +- **Cracken:** Ein Verfahren, bei dem langkettige Kohlenwasserstoffe unter Hitze und Druck in kurzkettige, wertvollere Kohlenwasserstoffe (wie Benzin) gespalten werden. |
| 52 | +- **Oktanzahl (ROZ):** Ein Maß für die **Klopffestigkeit** von Benzin. Eine hohe Oktanzahl bedeutet, dass sich das Benzin-Luft-Gemisch im Motor nicht unkontrolliert selbst entzündet. |
| 53 | + - **Isooktan** (C8H18) hat per Definition die Oktanzahl 100 (sehr klopffest). |
| 54 | + - **n-Heptan** (C7H16) hat die Oktanzahl 0 (sehr klopf-freudig). |
| 55 | +- **Veredelung:** Verfahren zur Verbesserung der Benzinqualität, z.B. durch Isomerisierung oder Reforming, um die Oktanzahl zu erhöhen. |
| 56 | +- **Ammoniak (NH3):** Eine der wichtigsten Grundchemikalien, hauptsächlich zur Herstellung von Düngemitteln. Synthese erfolgt durch das **Haber-Bosch-Verfahren**, bei dem Stickstoff (N2) und Wasserstoff (H2) unter hohem Druck und hoher Temperatur an einem Katalysator reagieren. |
| 57 | +- **Elektrolyse:** Die Spaltung einer chemischen Verbindung (oft in einer wässrigen Lösung oder Schmelze) durch Anlegen von elektrischem Strom. Beispiel: Elektrolyse von Wasser spaltet H2O in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2). |
| 58 | +- **Seifenherstellung (Verseifung):** Fette (Triglyceride) werden mit einer starken Lauge (z.B. Natronlauge) gekocht. Dabei entstehen **Glycerin** und die **Salze der Fettsäuren**, das sind die eigentlichen Seifenmoleküle. |
| 59 | +- **Tenside (wie Seife):** Haben einen **hydrophilen** (wasserliebenden) Kopf und einen **lipophilen** (fettliebenden) Schwanz. Dadurch können sie als Vermittler zwischen Fett/Öl und Wasser wirken und Schmutzpartikel umhüllen (Mizellenbildung), sodass diese abgewaschen werden können. |
| 60 | +- **Kohlenhydrate:** Wichtige Energielieferanten ("Zucker"). Man unterscheidet: |
| 61 | + - **Einfachzucker** (Monosaccharide): z.B. Glucose, Fructose. |
| 62 | + - **Zweifachzucker** (Disaccharide): z.B. Saccharose (Haushaltszucker). |
| 63 | + - **Vielfachzucker** (Polysaccharide): z.B. Stärke, Cellulose. |
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| 67 | +### ## Thema 8: Biochemie und Umwelt |
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| 69 | +- **Fette (Lipide):** Dienen als Energiespeicher, zur Isolation und als Baustoffe für Zellmembranen. Chemisch sind es meist **Triglyceride**: Ein Glycerinmolekül ist mit drei Fettsäuremolekülen verestert. |
| 70 | +- **Gesättigte / Ungesättigte Fettsäuren:** |
| 71 | + - **Gesättigt:** Haben _keine_ Doppelbindungen in der Kohlenstoffkette (typisch für tierische Fette, fest bei Raumtemperatur). |
| 72 | + - **Ungesättigt:** Haben _eine oder mehrere_ Doppelbindungen (typisch für pflanzliche Öle, flüssig bei Raumtemperatur). |
| 73 | +- **cis/trans-Fette:** Bezieht sich auf die räumliche Anordnung an den Doppelbindungen in ungesättigten Fettsäuren. |
| 74 | + - **cis-Fette:** Die natürliche Form, die Kette hat einen "Knick". |
| 75 | + - **trans-Fette:** Entstehen oft bei industrieller Härtung von Fetten. Die Kette ist gerade. Sie gelten als gesundheitsschädlich (erhöhen "schlechtes" LDL-Cholesterin). |
| 76 | +- **Cholesterin:** Ein lebenswichtiger Baustein für Zellmembranen und Hormone. Zu hohe Werte des "schlechten" LDL-Cholesterins im Blut können zu Arterienverkalkung führen. |
| 77 | +- **Emulgatoren:** Substanzen, die es ermöglichen, zwei nicht mischbare Flüssigkeiten (wie Öl und Wasser) zu einer stabilen Emulsion zu vermischen. **Tenside** sind typische Emulgatoren. |
| 78 | +- **DNA & RNA:** Nukleinsäuren, die die Erbinformation speichern und übertragen. |
| 79 | + - **DNA (Desoxyribonukleinsäure):** Der Bauplan des Lebens. Eine **Doppelhelix** aus zwei Strängen. Speichert die genetische Information. |
| 80 | + - **RNA (Ribonukleinsäure):** Meist ein Einzelstrang. Dient als Abschrift der DNA zur Proteinherstellung (mRNA) und hat weitere Funktionen in der Zelle. |
| 81 | +- **PCR (Polymerase-Kettenreaktion):** Eine Methode, um winzige Mengen eines bestimmten DNA-Abschnitts millionenfach zu vervielfältigen. Wichtig in der Diagnostik, Kriminalistik und Forschung. |
| 82 | +- **Treibhauseffekt:** Ein natürlicher Prozess, bei dem **Treibhausgase** (z.B. Kohlendioxid CO2, Methan CH4, Wasserdampf H2O) einen Teil der von der Erde abgestrahlten Wärme in der Atmosphäre zurückhalten und so die Erde erwärmen. Der menschlich verursachte Anstieg dieser Gase führt zur globalen Erwärmung. |
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| 86 | +### ## Allgemein Wichtige Konzepte |
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| 88 | +- **Ionenbindung vs. Elektronenpaarbindung (kovalente Bindung):** |
| 89 | + - **Ionenbindung:** Übertragung von Elektronen von einem Metall auf ein Nichtmetall. Führt zur Bildung von Ionen, die ein Gitter bilden. Großer Elektronegativitätsunterschied. |
| 90 | + - **Elektronenpaarbindung:** Zwei Nichtmetalle _teilen_ sich ein oder mehrere Elektronenpaare, um eine stabile Elektronenkonfiguration zu erreichen. Führt zur Bildung von Molekülen. Geringer Elektronegativitätsunterschied. |
| 91 | +- **Wichtige Stoffe im Überblick:** |
| 92 | + - **Nitroglycerin (C3H5N3O9):** Ester der Salpetersäure mit Glycerin; hochexplosiv. |
| 93 | + - **Seife:** Salze von Fettsäuren, wirken als Tenside/Emulgatoren. |
| 94 | + - **Benzol (C6H6):** Ein ringförmiger, aromatischer Kohlenwasserstoff. Wichtiger Grundstoff in der Chemie, aber krebserregend. |
| 95 | + - **Ammoniak (NH3):** Gas mit stechendem Geruch, basisch, wichtig für Düngemittelproduktion. |
| 96 | +- **Autoprotolyse des Wassers & Ionenprodukt:** Wasser reagiert in geringem Maße mit sich selbst. Ein Wassermolekül gibt ein Proton (H+) an ein anderes ab. H2O+H2O⇌H3O++OH− Dabei entstehen Oxonium-Ionen (H3O+) und Hydroxid-Ionen (OH−). Das **Ionenprodukt** ist das Produkt ihrer Konzentrationen und bei 25°C immer konstant: KW=[H3O+]⋅[OH−]=10−14mol2/L2 Diese Konstante ist die Grundlage der pH-Skala. |
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