TU Wien:Chemie-Propädeutikum VD (Gärtner)/Bisherige Prüfungsfragen

Stoffarten

Unterschied zwischen Reinstoff und Mischung?

Während ein Reinstoff einheitlich zusammengesetzt ist und mit physikalischen Methoden nicht weiter in seine Bestandteile aufgetrennt werden kann, ist dies im Falle einer Mischung schon noch möglich.

Eine Mischung besteht somit aus mehreren Reinstoffen (z.B. Luft), welche durch physikalische Operationen getrennt werden kann. siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Reinstoff#Beispiele_f.C3.BCr_Reinstoffe_und_Gemische

	Merkmale	Beispiele
Reinstoff	Ist einheitlich zusammengesetzt; kann mit physikalischen Methoden nicht weiter in seine Bestandteile aufgetrennt werden	Reiner Wasserstoff oder Gold. Auch reines destilliertes Wasser ist ein Reinstoff.
Mischung	besteht aus mehreren Reinstoffen; kann in ihre einzelnen Komponenten aufgetrennt werden	Luft (homogen), Kalkmilch (heterogen)

Woran kann man bei einem Stoff erkennen, ob es sich um eine Mischung handelt?

Ist der Stoff homogen, kann man die Mischung optisch nicht erkennen sondern nur durch chemische Analyse feststellen.

Ist er hingegen heterogen, kann man mehrere Phasen erkennen, notfalls auch erst nach Anwenden einer der folgenden Trennmethoden: Sedimentation und Aufrahmen, Extrahieren, Umkristallisieren, Filtration, Sublimation, Destillation oder Chromatographie.

Was versteht man unter Chromatographie?

=Trennmethode für Stoffgemische. Chromatographie zur Auftrennung eines Stoffgemisches durch unterschiedliche Verteilung seiner Einzelbestandteile zwischen einer stationären und einer mobilen Phase. Teile des Stoffgemisch lassen sich eher von der stationären Phasen anziehen, andere Teile werden eher durch die mobile Phase beeinflusst.

Was bedeutet homogen & heterogen bei Mischungen?

Dies sind Bezeichnungen für Eigenschaften von Mischungen.

Homogene Stoffe haben ein einheitliches Aussehen und besitzen nur eine einzige Phase (z.B. Salzwasser, Glas), wohingegen heterogene Stoffe ein uneinheitliches Aussehen mit mehreren Phasen und eine veränderliche Zusammensetzung besitzen.

Sie lassen sich durch verschiedene physikalische Operationen in ihre Einzelphasen trennen (siehe oben).

Geben Sie ein Beispiel für eine heterogene fest-flüssige Mischung an und erklären Sie, wie Sie die beiden Komponenten trennen können.

Bezeichnung für eine heterogene fest-flüssig Mischung: Aufschlämmung, Suspension Beispiele: getrübtes Wasser Kalkmilch

Trennungsmöglichkeiten:

• Zentrifugieren
  • Bei geringem Dichteunterschied zwischen Feststoff und Flüssgigkeit errreicht man durch die von der Drehbewegung hervorgerufene Radialbeschleunigung ein effektiveres Absetzten des Feststoffes
• Sedimentieren/Dekantieren
  • Die in der Flüssigkeit aufgeschlmmten Feststoffe (hohe Dichte) setzten sich aufgrund der Schwerkraft ab, die klare Flüssigkeit wird vom abgesetzten Stoff abgegossen (dekantiert)
• Filtration
  • Die zu trennende Suspension (Aufschlämmung) läuft durch einen Filter. Die festen Teilchen werden vom Filter festgehalten, die Flüssigkeit (Filtrat) läuft durch
• Labor Gefriertrockungsanlage (aus Folien), hier kann Wasser von Feststoffen abgetrennt werden in 3 Schritten:
  • Probe abkühlen bis Wasser gefriert
  • Druck erhöhen unter Tripelpunkt von Wasser
  • Wasser wird Gasförmig und kann entfernt werden

Andere heterogene Stoffmischungen

Aggregatzustand	Bezeichnung	Beispiel
fest/fest	Gemenge, Konglomerat	Granit, Aspirintablette
fest/flüssig	Aufschlämmung, Suspension	getrübtes Wasser, Kalkmilch
flüssig/flüssig	Emulsion	Creme, Milch
fest/gasförmig	Aerosol	Staub, Rauch
flüssig/gasförmig	Aerosol	Nebel, Schaum (bei hohen Flüssigkeitsanteil)
gasförmig/gasförmig	gibts nicht!

Trennung homogener Stoffgemische

• Destillation
  • Eine Komponente wird zum Sieden gebracht, der enstehende Dampf abgetrennt und kondensiert in einen Kühler.
• Abdampfen
  • Kochsalzgewinnung aus Sole

Atome

Geben Sie die Zahl der Protonen, Neutronen, und Elektronen für ein <Atom> an.

• Magnesium

Mg Ordnungszahl 12

Mg rel. Atommasse 24.305

12 Protonen

12 Elektronen

24 (rel. Atommasse) - 12 (Anz. Protonen) = 12 Neutronen

Ne 3s^2 --> 12 Elektronen

• Aluminium

Al Ordnungszahl 13

Al rel. Atommasse 26,982

13 Protonen

13 Elektronen

27 (rel. Atommasse) - 13 (Anz. Protonen) = 14 Neutronen

Geben sie die Zahl der Protonen, Neutronen und Elektronen für ein Chloratom an!

Ordnungszahl von Chlor = 17 → 17 Protonen im Kern (im neutralen Zustand) → 17 Elektronen in der Hülle. M(Cl) beträgt = 35 Teilchen (abgerundet), das heißt wir haben → 35 – 17 = ergibt 18, somit haben wir 18 Neutronen.

Erklären Sie den Begriff Elektronenkonfiguration!

Die Verteilung der Elektronen eines Atoms auf die verschiedenen Orbitale (Energieniveaus) nennt man die Elektronenkonfiguration des Atoms.

Die Elektronen befinden sich auf annähernd kreisförmigen Umlaufbahnen (= den sogenannten Orbitalen; eigentlich sind es eher Aufenthaltswahrscheinlichkeiten).

Diese Orbitale können in Summe unterschiedlich viele Elektronen beinhalten. Folgende Orbitale können unterschieden werden – der zweite Wert gibt an wie viele Elektronen in diesen Orbitalen untergebracht werden kann:

s-Orbital	maximal 2 Elektronen
p-Orbital	maximal 6 Elektronen
d-Orbital	maximal 10 Elektronen
f-Orbital	maximal 14 Elektronen

Geben Sie die Elektronenkonfiguration von Nickel an!

Nickel befindet sich an Position 28 im Periodensystem, hat somit 28 Protonen und 28 Elektronen.

   1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8

Geben Sie die vollständige Elektronenkonfiguration für das Chloratom an!

Chlor befindet sich an Position 17 im Periodensystem, hat somit 17 Protonen und 17 Elektronen.

   Ne 3s2 3p5 = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

Erklären Sie die Oktettregel. Wieso gilt diese strenggenommen nur bis zum Element Neon?

Die Oktettregel besagt, dass all jene Ionen besonders stabil sind, also schwer Reaktionen eingehen, wenn sie die Edelgaskonfiguration (=energiearme Elektronenanordnung), also (ab der 2. Periode des Periodensystems) acht Außenelektronen besitzen.

Diese Regel gilt somit nur bis zum Element Neon streng, da Elemente höherer Perioden (z.B. bei den Nebengruppen) in kovalenten Verbindungen auch mehr als 8 Elektronen in ihrer Außenschale haben können, und sich dadurch Bindungen ergeben, die diese Regel verletzen. (Siehe auch die Antwort zur Frage 4a).

Nennen Sie die Hauptgruppen des Periodensystems

(zum Beispiel nennen Sie die 6. Hauptgruppe des Periodensystems)

1. (1) Alkalimetalle
2. (2) Erdalkalimetalle
3. (13) Erdmetalle / Bor-Gruppe
4. (14) Kohlenstoff-Silicium-Gruppe
5. (15) Stickstoff-Phosphor-Gruppe (die Pnictogene)
6. (16) Chalkogene
7. (17) Halogene
8. (18) Edelgase

Atomverbände

Welche 3 Möglichkeiten gibt es Atome miteinander zu verbinden?

1. Die Ionen-Bindung: Kommt zustande, wenn verschiedene Atome Elektronen abgeben bzw. aufnehmen. Die elektrostatische Anziehung hält die entgegengesetzt geladenen Ionen zusammen (zwischen Metall und Nichtmetall) - Beispiel: NaCl.
2. kovalente Bindung: Hier teilen sich Atome gemeinsam Elektronen – gemeinsames Elektronenpaar (zwischen zwei Nichtmetallen)- Beispiel: CO₂
3. metallische Bindung: Tritt bei Metallen/Legierungen auf. Zahlreiche Atome sind zusammengefügt; jedes davon trägt mit einem/mehreren Außenelektronen zu einem „Elektronengas“ bei. Frei bewegliche delokalisierte Elektronen, die allen Atomen gemeinsam angehören und sie zusammenhalten.

Erklären Sie die charakteristischen Eigenschaften von ... Stoffen

metallischen Stoffen

metallische Stoffe sind elektrisch leitfähig, sind gute Wärmeleiter, besitzen fast immer einen Glanz, sind bei Raumtemperatur meistens fest, Duktilität (Schmiedbarkeit, leicht verformbar), nicht wasserunlöslich (Ausnahme: Alkalimetalle können jedoch mit Wasser reagieren, wodurch lösliche Salze entstehen z. B. Natrium, Kalium etc. Alkalimetalle stehen im Periodensystem im linken und unteren Teil, der metallische Charakter nimmt von rechts nach links und von oben nach unten zu. Elektronegativität = genau das Gegenteil! → geringe Elektronegativität.

flüchtigen Stoffen

niedriger Schmelz- & Siedepunkt (bis 450°C), meist farblos und durchsichtig, riechen stark, werden leicht gasförmig, nicht elektrisch, wenn fest, dann weich

salzartigen Stoffen

elektrisch leitfähig, wenn flüssig oder gelöst → Ionen → Begleiterscheinung Elektrolyse mit Kathode(-) & Anode(+), hoher Schmelz- & Siedepunkt, schwerflüchtig, wasserlöslich (von der Konzentration abhängig).

diamantartige Stoffe

hohe Härte, hoher Schmelz- & Siedepunkt, sehr schwerflüchtig, wasserunlöslich, nicht elektrisch leitfähig → keine Ionen sondern Atomgitter

hochmolekularen Stoffe

Polymere, weich und harzartig z.B. Eiweiß, Cellulose, Kunstharze, Plexiglas, Gummi etc.

Quantitative Beziehungen

Erklären Sie den Begriff „Atommasse“.

Die Masse des Atoms ergibt sich grob als die Summe von Protonen, Neutronen und Elektronen.

Wegen ihrer geringen Masse können einzelne Atome nicht gewogen werden. Man kann jedoch die relativen Atommassen untereinander bestimmen, welche sich heutzutage auf das Kohlenstoffisotop 1212C bezieht.

Die Atommasseneinheit ist als Zwölftel der Masse eines Atoms C definiert.

Erklären Sie den Begriff „Molekülmasse“!

Die relative Molekülmasse ist gleich der Summe der relativen Atommassen aller Atome des Moleküls.

Was versteht man unter dem Begriff „mol“?

Ein Mol ist die Stoffmenge, die aus 6,022 * 10^23 Teilchen (NA-Konstante) besteht.

Das Mol ist definiert als diejenige Stoffmenge, die aus genau so vielen Teilchen besteht, wie Atome in 12 g von 12C enthalten sind.

Wie viele Atome sind in 1 cm³ Quecksilber (DichteHg = 13,546 g/ml; NA = 6,022*10^23) vorhanden?

1ml == 1cm³; die Formel für die Dichte ist = Masse / Volumen; n = m / M, n *NA=Anzahl der Atome

Quecksilber hat eine Molmasse von 200.59 ame. 13.546 g * mol / 200.59 g= 0.06753 mol. Dies multipliziert mit NA ergibt die Anzahl an Atome:

 0.06753 * 6.022 * 10 ^ 23 → 4.07 * 10^22

Wieviel Gramm sind ein mol Stickstoff? Wieviel Liter sind das? Welches Volumen nehmen 16 g Sauerstoff bei einer Temperatur von 0 °C und einem Druck von 1 atm ein (R = 0.0821 L atm / K mol)?

Stichstoff hat das Symbol N. 1 mol N wiegt 14 g und das sind genau 22,4 L (= Molvolumen eines Gases bei Normbedingungen).

Die allgemeine Gasformel lautet:

  p * V = n * R * T

16 g Sauerstoff sind genau 1 Mol, d. h. n = 1. T ist die Temperatur; diese muss in Kelvin angegeben werden. Temperatur von 0°C bedeutet T = 273.15 ° K.

In die Formel eingesetzt bedeutet dies:

V = (n * R * T ) / p → (1 * 0.0821 * 273.15) / 1 → 22.425615. Das ist genau das Molvolumen eines Gases, somit ist dies eine sehr leichte “Fangfrage” → jeder der das Molvolumen kennt, kann diese Frage beantworten; und falls nicht kann man das ganze berechnen, und es kommt das Molvolumen heraus. :)

Welches Volumen nehmen 56g Stickstoff bei einer Temperatur von 0!C und einem Druck von 1 atm ein (R = 0.0821 L K^-1 mol^-1)?

1 Mol N hat ~ 14g --> 56/14 = 4 --> 4 Mol N haben 56g. 1 Mol ideales Gas unter Normbedingungen (0°, 1 atm) = 22,4L --> 4 Mol N haben 89,6 L

Welches Volumen nehmen 132g Kohlendioxid bei einer Temperatur von 0°C und einem Druck von 1 atm ein ( R = 0.0821 L atm K^-1 mol^-1)?

Molekülmasse berechnen

CO2 --> 3 Atome

O: 15,999 * 2

C: 12,011 * 1

44,009

Mol Umrechnung

Mol = Gramm der Verbindung / Molekülmasse der Verbindung

132g / 44,009 = 2,9993 Mol

Gasgesetz

p * V = n * R * T

p ... Druck (in Pa)

V ... Volumen (in m^3)

n ... Stoffmenge (in mol)

R ... allgemeine Gaskonstante (8,31 Jmol^-1K^-1)

T ... Temperatur (in K)

0°C = 273,15 K

V = (n * R * T) / p

V = (3* 0.0821 * 273.15) / 1

V = 67.26 L

Verlauf chemischer Vorgänge

Erklären Sie das Phänomen der Osmose!

Osmose ist die gerichtete Diffusion eines Lösungsmittels durch eine selektiv permeable Membran. Die Membran ist dabei für das Lösungsmittel durchlässig, nicht aber für den gelösten Stoff. Die Osmose verläuft immer so, dass die Konzentrationen ausgeglichen werden -> vom Ort höherer Konzentration zum Ort niedriger Konzentration und zwar ohne jeglichen Energieverbrauch.

Wie verändert sich der Siedepunkt einer Flüssigkeit mit der Lösung eines Stoffes?

Mit der Lösung eines Stoffes steigt der Siedepunkt der Flüssigkeit, in der der Stoff gelöst wird.

Begriffe: Lösung = Lösungsmittel + gelösten Stoff

• Gefrierpunktsernierrigung: Lösungen gefrieren bei tieferen Temperaturen als das reine Lösungsmittel
  • Beim Gefrieren ordnen sich die Tielchen des Lösungsmittels zu einer Gitterstruktur an, da sich die Teilchen nicht mehr frei bewegenen können. Dabei sind die Teilchen des gelösten Stoffes Fremdkörper, die den Aufbau des Kristallgitters stören. Erst bei niedrigeren Temperaturen, also bei noch geringeren Wärmebewegungen, kann sich die regelmäßige Struktur des festen Zusatandes bilden.

• Siedpunktserhöhung: Lösungen sieden bei höheren Temperaturen als das reine Lösungsmittel
  • Zwischen den Teilchen des Lösungsmittels und des gelösten Stoffes treten Anziehungskläfte auf, die verhindern, dass das Lösungsmittel die Flüssigkeit beim verdunsten verlassen kann. Erst bei höheren Temperaturen kann diese Kraft überwunden weren.

Wie viel Liter Luft braucht man für die Verbrennung von 20g Magnesium zu MgO?

(21% der Luft sind Sauerstoff, also O2)

Zuerst stellen wir die Reaktionsgleichung auf:

   2 Mg + O2   →  2 MgO 
   (2 mol) (1 mol) (2 mol)

2 mol Mg = 48g 48g Mg ... 22,4 L O2 20g Mg ... x O2

---

x=(20*22,4)/48 = 9,3 L O2 aber nur ca. 21% der Luft sind O2, also:

 100 L Luft ... 21 O2
 x L Luft ... 9,3 O2

---

x=(9,3*100)/21 = 44,4 L Luft sind für die Verbrennung von 20g Mg notwendig!

Enthalpie H

Enthalpie beschreibt den Energieumsatz einer Reaktion.

Enthalpie ist eine Maßzahl für den Energieinhalt (v.a. Wärme), mit dem jede chemische Reaktion verbunden ist. Sie kann mit dem Kalorimeter gemessen werden und ist für reine Elemente als 0 definiert. Die Reaktionsenthalpie ΔH = Enthalpie der Produkte – Enthalpie der Ausgangsstoffe.

Negatives ΔH --> Reaktion gibt Energie ab.

Entropie S

Entropie ändert sich bei Aufnahme/Abgabe von Wärme/Materie.

Sie kann als Maß für die Unordnung in einem System gedeutet werden und ist von zentraler Bedeutung für den 2. Hauptsatz der Thermodynamik. Dieser besagt, dass sich bei einer spontanen Zustandsänderung die Entropie vergrößert, d.h. freiwillig stellt sich somit immer nur ein Zustand mit geringerer Ordnung ein.

Zusammenhang zwischen freier Enthalpie, Enthalpie und Entropie?

ΔG = ΔH – TΔS Mit G=Freie Enthalpie (= Triebkraft einer Reaktion), H = Enthalpie und S=Entropie.

Wann läuft eine Reaktion freiwillig ab, wenn sowohl die Reaktionsenthalpie als auch die Reaktionsentropie negativ sind?

Reaktionsenthalpie = Reaktionswärme

Entropie ~ Grad der Unordnung => Steuert die Richtung eines spontanen Prozesses (Diffusion, Gas aus Flasche etc.)

Reaktionsentropie: Entropieänderung (ΔS) im Verlauf der Reaktion

negative Reaktionsentropie (ΔS < 0) = Zunahme an Ordnung

ΔG = Gibbs' freie Energie (kJ · mol^-1) = ΔH - T * ΔS

ΔG... Gibt die maximale Arbeit an, die bei einer chemischen Reaktion geleistet werden kann/ aufgewendet werden muss, damit die Reaktion eintritt.

ΔG ist ein Maß für die Triebkraft einer Reaktion.

exergon = (ΔG < 0) : Reaktion läuft freiwillig ab

Gesucht ist also ein Fall bei dem obwohl ΔH < 0 und ΔS < 0 ist, ΔG < 0 ist. Nach der obigen Gleichung ist das erfüllt, wenn ΔH << ΔS. Und eine möglichst niedrige Temperatur vorliegt. Nur so kann ΔG < 0 werden.

Gibt es Vorgänge, bei denen die Enthalpie nicht abnimmt und die dennoch freiwillig ablaufen? Begründen Sie Ihre Antwort.

Ja wenn sich dadurch die Entropie im System erhöht.

Was versteht man unter einer Reaktion 1. Ordnung? Geben Sie ein Beispiel.

Bei einer Reaktion 1. Ordnung ist die Reaktionsgeschwindigkeit nur von der Konzentration des zerfallenden bzw. umgesetzten Stoffes abhängig.

Beispiel: radioaktiven Zerfallsprozess

Was versteht man unter einer Reaktion 2. Ordnung?

Die Ordnung ist definiert durch die Summe der Exponenten der einzelnen Konzentrationsfaktoren. Im Fall einer Reaktion 2. Ordnung reagieren 2 Stoffe zu einem oder mehreren Produkten. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist dabei abhängig von der Konzentration und Temperatur der beiden Ausgangsstoffe.

Geben Sie die Reaktionsgeschwindigkeit für eine Reaktion 1. Ordnung an?

Allgemein: Die Reaktionsgeschwindigkeit ist ein Maß dafür, wie schnell die Konzentrationsänderungen bei einer Reaktion stattfinden.

Die Reaktionsordnung ist die Summe der Exponenten der Konzentrationsparameter im Geschwindigkeitsgesetz. Das Geschwindigkeitsgesetz einer chemischen Reaktion gibt die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von den Konzentrationen der Reaktanden wieder.

Reaktion 1. Ordnung:

 v (A) = - dc (A)/dt = k*c (A) → dc (A)/c (A) = - k*dt

→ durch Integration folgt daraus:

 ln c (A) = - k*t + ln c0 (A)

c0 ist hierbei die Anfangskonzentration (zur Zeit t = 0).

(34b) Geben Sie an, wie sie die Reaktionsgeschwindigkeit für folgende Reaktion (A+B → C+D) berechnen können, wenn es sich um eine Reaktion 2. Ordnung handelt!

Reaktion 2. Ordnung:

 v (A) = - dc (A) / dt = k*c2 (A)

→ durch Integration folgt daraus:

   1/c (A) = k*t + 1/c 0 (A)

Womit kann die Reaktionswärme gemessen werden? Was gibt diese an?

Kann mit Bombenkalirometer gemessen werden

(bei konstantem Druck gilt:) Reaktionsenthalpie = Reaktionswärme

ΔH < 0 --> Exotherme Reaktion

ΔH > 0 --> Endotherme Reaktion

Gibt, grob gesagt, die Wärmedifferenz einer Reaktion an.

Kann z.B. mit einem Thermometer gemessen werden.

Schreiben sie die allgemeine Form des Massenwirkungsgesetzes für eine Reaktion an!

aA+eE → xX+zZ aus dieser Reaktionsgleichung ergibt sich K= cx(X)*cz(Z) / ca(A)*ce(E)

Mit K = Gleichgewichtskonstante (temperaturabhängig) und c() = Konzentration

Schreiben sie das Massenwirkungsgesetz für die Reaktion von Jod mit Wasserstoff zu Jodwasserstoff an!

Wir beginnen, wie immer, mit dem Aufstellen der Summenformel + Reaktionsgleichung:

 H2 + I2  → 2 HI

Daraus ergibt sich dann immer das Massenwirkungsgesetz:

 K = c2 (HI) / c(H2) . c(I2)

Radioaktive Strahlung

Welches Teilchen wird im Fall der alpha/ beta-Strahlung vom Kern ausgesendet?/ Welche Teilchen werden bei Gamma-Strahlung ausgesendet? Wie verändern sich die Ordnungszahl und die Massenzahl in diesem Fall?

1) alpha-Strahlung

Teilchenstrahlung: doppelt positiv geladene Heliumkerne. Massenzahl verringert sich um 4 und Ordnungszahl um 2.

2) beta-Strahlung

Strahlung die aus Elektronen des Atomkerns bestehen. Sie entstehen durch den Zerfall eines Neutrons in ein Proton und ein Elektron n => p + e

Massenzahl verändert sich nicht (nur Elektron verlässt den Kern)

Ordnungszahl erhöht sich um eins => Element zerfällt in seinen Nachfolger im Periodensystem

3) gamma-Strahlung

Strahlung die aus ungeladenen Photonen oder Quanten besteht.

Nach Alpha oder Beta-Minus-Zerfall verbleibt der Atomkern meist in einem angeregten Zustand --> die noch vorhandene überschüssige Energie wird in Form von Gammaquanten abgegeben.

Massenzahl & Ordnungszahl verändert sich nicht

Manche Atomkerne sind instabil und zerfallen spontan durch Aussendung von Strahlung. So wandelt sich im radioaktiven Kohlenstoffisotop 14C im Kern ein Neutron unter Aussendung eines Elektrons in ein Proton um (beta-Zefall). Welches neue Element entsteht hierbei?

Sauerstoff Ich glaub das ist falsch, weil wenn sich die Ordnungszahl um eins erhöht (verursacht durch beta- minus Strahlung), dann haben wir die Ordnungszahl 7 -> das entspricht Stickstoff (N)

Was versteht man unter der physikalischen Halbwertszeit eines radioaktiven Elements?

Wieviel eines Materials von 100 g ist nach 24 h noch verhanden wenn die Halbwertszeit 8 h beträgt?

Die Halbwertszeit (abgekürzt HWZ) ist die Zeitspanne, nach der eine mit der Zeit abnehmende Größe die Hälfte des anfänglichen Werts erreicht. In der Chemie und der Physik versteht man unter der physikalischen Halbwertzeit T die Zeitspanne, in der die Hälfte der Atome einer radioaktiven Substanz zerfallen sind. Dabei sinken die Menge und die Aktivität eines radioaktiven Stoffes auf den halben Wert; der radioaktive Zerfall verläuft exponentiell.

Auch die Aktivität eines gegebenen Radionuklids sinkt durch den Zerfall auf die Hälfte.

50 % der Atomkerne haben sich unter Aussendung von ionisierender Strahlung in ein anderes Nuklid umgewandelt; dieses kann seinerseits ebenfalls radioaktiv sein oder nicht. Für jedes Nuklid ist die Halbwertszeit eine feste Größe, die sich nicht (nur in Ausnahmen ganz geringfügig) beeinflussen lässt.

Die Halbierung gilt allerdings nur als statistischer Mittelwert. Man findet sie umso genauer bestätigt, je mehr nicht zerfallene Atome die betrachtete Probe noch enthält.

Die folgende Tabelle enthält einige Beispiele:

Isotop	Halbwertszeit
131 I	8 Tage
137 Cs	30 Jahre
239 Pu	24110 Jahre
235 U	703800000 Jahre
238 U	4468000000 Jahre
232 Th	14050000000 Jahre

Haben wir 100 g einer radioaktiven Substanz, mit einer HWZ von 8 h, so sind nach 24 Stunden nur noch 100 * ( 0.5 ** 3) = 12.5 g vorhanden.

Die allgemeine Formel lautet wie folgt:

   (1 / 2)n

1 bleibt konstant, da 1 * 1 * 1 immer noch 1 ergeben würde. Daher vereinfacht sich die Formel zu jener hier:

 1 / 2n

Noch ein Beispiel sei gegeben – eine radioaktive Substanz habe eine Halbwertszeit von 2 Tagen. Welcher Bruchteil der Substanz ist nach 8 Tagen noch übrig?

Sei x die Substanz so ergibt sich neues x wie folgt: 8 Tage bei einer HWZ von 2 sind 4 Halbwertszeiten; der Faktor ist somit 1 / 2n, somit 1 / 2^4 → 1 / 16; somit x / 16.

Säure/Base - Reaktionen

Was versteht man nach Brönsted unter einer Säure bzw. einer Base?

Protonendonor = Säure

Protonenakzeptor = Base

nach Lewis:

elektrophile Elektronenpaarakzeptoren = Säure

Elektronenpaardonatoren = Base

Wie wird die Stärke einer Säure angegeben? Wie die einer Base?

pKs-Wert für Säuren/ pKb-Wert für Basen

• < -0,35 --> sehr stark
• - 0,35 bis 0,35 --> stark - mittelstark
• > 0,35 schwach

Was ist der pH-Wert und wie ist er definiert?

Der pH-Wert wird definiert durch den negativen dekadischen Logarithmus der H+ Konzentration eines Stoffes und ist ein Maß für den Säuregehalt einer Lösung → je niedriger umso saurer.

Der pH Wert gibt somit die H+ Konzentration in eine wässrigen Lösung an.

Er wird berechnet durch:

   pH = - lg (c(H+)/mol*L-1 ) → pH + pOH = 14!

Bei einem pH-Wert < 7 (kleiner als) spricht man von einer sauren Lösung; ist der pH-Wert hingegen grösser als 7 so spricht man von einer alkalischen Lösung.

So kann zum Beispiel gasförmiges HCl mit gasförmigem NH3 in einer Säure-Base-Reaktion zu NH4CL, einem festen Salz werden. Dabei entstehen auch weiße Rauchschwaden.

Die ph-Werte sind auch für Arzneimittelstoffe wichtig, da ionisch geladene Substanzen kaum durch eine Membran diffundieren können – geladene Substanzen sind zu polar.

pH + pOH = 14

Was versteht man unter einem pH-Indikator?

Ein pH-Indikator ist ein Stoff, mithilfe dessen man den pH-Wert eines anderen Stoffes durch Farbveränderung (grob) bestimmen kann.

Eigenschaften von Pufferlösungen nennen

Pufferlösungen können den pH-Wert bei Zugabe einer externen Protonenquelle relativ konstant halten – der pH-Wert ändert sich also nur unwesentlich. Man spricht hier von einem “gepuffertem System”. Pufferlösungen lassen sich herstellen, indem man schwache Säuren respektive schwache Basen mit ihrem jeweiligen Salz mischt. Die Pufferkapazität definiert hierbei die Menge an starker Säure und starker Base, die der Lösung zugesetzt werden kann, ohne den pH-Wert zu ändern.

Ein Beispiel für eine Pufferlösung beziehungsweise ein Puffersystem ist Blut - es hält den pH-Wert bei ziemlich genau 7,4. Gleicher Puffer (Carbonatpuffer) regelt das CO₂-Level in Atmosphäre, Ozeanen und Biosphäre. Weitere Puffer: Acetat-Puffer (Essigsäure), Ammoniumpuffer.

Aus dem Puffersystemen leitet sich die “Puffergleichung” ab, die sogenannte Henderson-Hasselbalch-Gleichung.

Siehe diesen Link → https://web.archive.org/web/20180730234124/http://www.chemie.de/lexikon/Pufferl%C3%B6sung.html

Konjugierte Base (H+ abgeben) zu folgenden Säuren angeben

+ Trivialname hierzu!

Anmerkung: eine konjugierte Base ist immer eine Substanz, die ein H Atom weniger hat.

• Wasser H2O: OH- (Hydroxid)
• Schwefelsäure H2SO4: HSO4- (Hydrogensulfat)
• Phosphorsäure H3PO4: H2PO4- (Dihydrogephosphat)
• Salpetersäure HNO3: NO3- (Nitrat)
• Salzsäure HCl: Cl- (Chlorid)
• Kohlensäure H2CO3: HCO3- (Carbonat)
• Oxonium (alt: Hydronium) H 3O+: H2O
• Bromwasserstoff HBr: Br- (Bromid)

Konjugierte Säure (H+ aufnehmen oder Anion abgeben) zu folgenden Basen angeben!

• Ammoniak NH3: NH4+ (Ammonium)
• Natriumhydroxid (Natronlauge) NaOH: Na+
• Hydroxidion ...
• Cl- --> HCl Salzsäure

pH-Wert einer 0,1 M NaOH- Lösung?

pH = -log [H+]; Natronlauge: pOH = -log [OH-] = -log [0,1] = 1 pH = 14 - pOH = 13 - > 0,1 M NaOH ergeben einen pH - Wert von 13

Welchen pH-Wert haben eine 0.1 M HCl bzw. 0.1 M KOH-Lösung?

HCl = sehr starke Säure (pKs (-7) Wert unter < -3,5) --> pH = -log[H+] = 1

KOH = sehr starke Lauge (pKb (-1.1) Wert unter < -4,5) --> pH = 14 + log[B] = 13

Geben Sie den pH-Wert einer 0.001 molaren HNO3 Lösung an.

HNO3 = sehr starke Säure (pKs (-1.37) Wert unter < -3.5) --> pH = -log[H+] = 3

Berechnen Sie den pH Wert einer Lösung, die 0.00001 mol NaOH pro Liter enthält.

NaOH = sehr starke Lauge (pKB (-0.56) Wert unter < -3.5) --> pH = 14 + log[B] = 10 ==> ist die Lösung nicht 9 weil 10^-5 ist 0.00001 damit wäre 14-5=9

Redoxreaktionen

Was versteht man unter dem Begriff „Oxidation“?

Eine Oxidation ist ein Prozess, bei dem einem Atom Elektronen entzogen werden. Es wird also die Oxidationszahl des Atoms erhöht.

Was versteht man unter dem Begriff „Reduktion“?

Eine Reduktion ist ein Prozess, bei dem einem Atom Elektronen zugeführt werden. Mit anderen Worten, es wird mindestens ein Elektron aufgenommen. Dadurch wird die Oxidationszahl des Atoms erniedrigt; sprich die positive Oxidationszahl wird “reduziert”, daher der Name Reduktion.

Oxidationszahl angeben von folgendem Element jeweils …

• Pt in K2PtCl6: Pt = 4
• Cr in K2Cr2O7: Cr = 6
• C in CO2: C = 4
• C in CH3OH: C = -2
• C in CH4: C = -4
• C in CH2O: C = 0
• C in C2H6: C = -3
• C in HCOOH: C = 2

Geben Sie für die folgenden Verbindungen jeweils die Oxidationszahlen der einzelnen Atome an:

• H3PO4
  • 3 * H (+1) = +3
  • 4 * O (-2) = -8
  • --> P = +5
• H2SO4
  • H: 2 * (+1) = +2
  • O: 4 * (-2) = -8
  • --> S = +6
• KCl
  • K(+1)
  • Cl (-1)
• SrCO3
  • Sr (+2)
  • O: 3 * (-2) = -6
  • C : +4
• NH3
  • N (-3)
  • H 3* (+1)

Wie viel g Kohlenstoff sind notwendig, um 30g Eisenoxid (Fe2O3) zu Eisen zu reduzieren, wenn der Kohlenstoff dabei vollständig zu Kohlendioxid oxidiert wird?

Fe2O3 + C --> Fe + CO2

--> 2 Fe2O3 + C --> Fe + CO2

Das Massenverhältnis bei Eisenoxid zwischen Eisen und Sauerstoff ist 111,8 zu 48.

Dadurch kann man sich ausrechnen wieviel Sauerstoff bei 30g Eisen vorliegt. --> 30/159,6 = 0,1897 --> 0,1897 * 48 = 9.02g O

Genauso kann über das Verhätnis bei CO2 zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff (12 zu 32) und mit dem Wissen das wird ~9g Sauerstoff vorliegen haben die Gramm an Kohlenstoff berechnet werden.

9/32 = 0,28125 --> 0,28125 * 12 = 3,375g Kohlenstoff

Noch nicht eingeordnet

Geben Sie die Formel an für folgende Substanzen

• Magnesiumnitrid : Mg₃N₂
• Magnesiumphosphat : Mg₃(PO₄)₂
• Calciumnitrat : Ca(NO₃)₂
• Lithiumnitrat : LiNO₃
• Natriumnitrat : NaNO₃
• Natriumsulfat : Na₂SO₄

Salze haben die Endung -id, Säurereste haben die Endung -at.

Was sind komplexe Ionen?

Ein Komplex-Ion ist ein positiv oder negativ geladenes Teilchen, das aus mehreren Atomen zusammengesetzt ist. Die Ionenladung ist über den Atomverbund verteilt, so dass die chemischen Formeln der Komplexionen Grenzzustände darstellen.

Die Ladung ist somit über das gesamte Teilchen verteilt – ein Beispiel ist das Salz von Na₂SO₄ = Sulfat (SO₄)^2- (== das Sulfat-Anion; negativ geladen).

Geben Sie 2 Beispiele für Festkörperverbindungen an.

SiC (Siliciumcarbid) oder C (Diamant).

Geben Sie ein Beispiel für eine Festkörperverbindung und erklären Sie warum diese Verbindung so hart ist!

C (Diamant)

Jedes C-Atom ist sp3 hybridisiert und geht mit 4 Nachbarn jeweils eine homöopolare Bindung ein.

Litergewicht/Dichte p (g/l) von Schwefeldioxid?

→ Summenformel SO2, Molmassengewicht M(SO2) = 64, SO2 ist ein ideales Gas, daher hat 1 mol genau 22,4 L -> n=m/M -> m=1*64 g -> p=m/V = 64/22,4 -> SO2 hat eine Dichte von 2,857g/l.

Worauf beziehen sich Normalpotentiale?

Der Begriff Normalpotential kommt aus dem Bereich der Elektrodenpotenziale. Das Normalpotential E gibt an, wie leicht Elektronen aufgenommen und abgegeben werden. Eine Teilreaktion mit einem höheren Normalpotential läuft als Reduktion ab, die mit dem kleineren als Oxidation.

Um nun das Elektrodenpotenzial einer Standard-Elektrode zu bestimmen wird die „Norm-Wasserstoff-Elektrode“ als Referenz genommen. Für diese Referenzelektrode hat man willkürlich das Elektrodenpotenzial E0 = 0,00 Volt festgelegt. Das Normalpotenzial bezieht sich auf die elektronische Kraft einer Standard-Elektrode gegen die Norm-Wasserstoff-Elektrode und wird mit dem Symbol E0 bezeichnet. → http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrodenpotential

E gibt an, wie leicht Elektronen aufgenommen/abgegeben werden können.

• hohes E --> Reduktion (Aufnahme von e^-, Abnahme der Oxidationszahl)
• niedriges E --> Oxidation (Abgabe von e^-, Zunahme der Oxidationszahl)

Zeichnen Sie die funktionelle Gruppe, die ... entspricht

a) einem Alkohol entspricht:

Ethanol (Alkohol): C₂H₆O

b) einem Aldehyd entspricht:

Methanal, CH₂O

c) einer Carbonsäure entspricht:

Essigsäure, C₂H₄O₂

d) einem Keton entspricht:

Aceton, C₃H₆O

Bestimmen Sie so viele funktionelle Gruppen wie möglich

...

Wirkung eines Katalysators anhand eines Energiediagramms erklären./ Wie verändert ein Katalysator eine chemische Reaktion? Zeichnen Sie das Energiediagramm!

Ein Katalysator verringert die nötige Aktivierungsenergie für eine chemische Reaktion.

Ein Katalysator setzt durch Bildung eines Zwischenproduktes die Aktivierungsenergie herab und beschleunigt dadurch die Reaktion.

Dies mag man im folgenden Diagramm (das man auch kurz bei der Prüfung hinskizzieren kann) sehen:

Was versteht man unter dem Begriff „Isotop“?

Atome gleicher Ordnungszahl (= Anzahl der Protonen), aber unterschiedlicher Massenzahl, nennt man Isotope. Die unterschiedliche Massenzahl ergibt sich aus einer unterschiedlichen Zahl von Neutronen.

Anmerkung: Es gibt auch Elemente die “isotopenrein” sind – von diesen Elementen sind keine Isotope bekannt.

Was besagt das Prinzip von Le Chatelier und wo wird es verwendet?

Wie sich eine Temperaturänderung auf die Löslichkeit einer Substanz auswirkt, hängt davon ab, ob beim Herstellen einer gesättigten Lösung Energie freigesetzt oder aufgenommen wird.

In welcher Weise sich die Temperaturänderung auswirkt, kann man mithilfe folgenden Prinzips voraussagen:

   → Nach dem Prinzip des kleinsten Zwanges weicht ein im Gleichgewicht befindliches System einem Zwang (Druck, Temperatur) aus, und es stellt sich ein neues Gleichgewicht ein.

Was besagt das Le Chateliersche Prinzip und erklären Sie es am Beispiel einer Druckänderung bei der Reaktion von Wasserstoff mit Stickstoff zu Ammoniak?

Prinzip von Le Chatelier (= Prinzip des kleinsten Zwanges) beschreibt die Abhängigkeit des chemischen Gleichgewichtes von äußeren Bedingungen (Druck, Temperatur).

Beispiel Ammoniaksynthese 3 H2 + N2 --> 2 NH3.

Ein Gleichgewicht stellt sich relativ schnell ein. Aber durch Erhöhung des Drucks kann das Gleichgewicht zugunsten des Produkts verschoben werden. Eine Temperaturerhöhung verschiebt das Gleichgewicht wieder zugunsten des Edukts. In beiden Fällen versucht das System, durch Verschiebung des chemischen Gleichgewichts dem äußeren Zwang auszuweichen, es stellt sich ein neues Gleichgewicht ein.

Welche Art der chemischen Bindung entsteht, wenn sich Kohlenstoff mit Sauerstoff zu Kohlendioxid verbindet? Wie kann man diese Bindung erklären?

Kovalente Bindung (elektronen Paarbindung/Atombindung) --> nur zwischen Nichtmetallen

Außenschalenüberlappung beider Bindungspartner ==> Bindungselektronen jeweils in 2 Schalen gleichezeitig.

O = C = O

Der Kohlenstoff ist an die beiden Sauerstoffatome mit Doppelbindungen gebunden. Beide Sauerstoffatome haben noch 2 freie Elektronenpaare.

Wodurch wird die Verteilung eines Stoffes zwischen einer gasförmigen und einer flüssigen Phase beschrieben?

Phasendiagramm.

Beschreiben Sie anhand einer Skizze ein elektrochemisches Element aus Zn- und Cu-Halbzellen.

Daniell-Element/Galavnische Zelle = Readoxreaktion, die räumlich in 2 Halbzellen getrennt ist.

Zink und Kupfer in 2 Becken -->

Zink-Stab in Zinksulfatlösung ZnSO4

(reduzierte Form in oxidierter Form)

Kupfer-Stab in KupferSulfatlösung CuSO4

(reduzierte Form in oxidierter Form)

beide Stäbe sind mit einen Verbindungskabel verbunden.

Zink-Stab gibt Elektronen ab und wird dadurch zum positiv geladenen Zinkion (geht vom Stab in die Lösung über).

Elektronen bleiben im Stab zurück --> Elektronen Überschuss --> Zink-Stab = Minus-Pol

Kupfersulfat nimmt Elektronen aus Kupferstab auf --> Kupferionen werden reduziert --> lagern sich als Kupfer auf dem Stab ab. --> aufgenommene Elektronen machen Kupferstab zum Plus-Pol

Poröse Wand zwischen den beiden Becken/Halbzellen --> Negativ SO4 Ionen können in das Becken des Zinkstab und positive Zn-Ionen in das Becken des Kupferstabes.

Ladungsgefälle kann sich ausgleichen --> durch das Kabel fließt Strom

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/20/Daniell-Element.jpg/280px-Daniell-Element.jpg

Wenn Sie Lithium und Fluor zusammenbringen findet welche Reaktion statt und welche Produkte enstehen dabei?

....

Was versteht man unter sp^3 Hybridisierung und wie sieht ein Kohlenstoffatom dann aus? Wieviele Wasserstoffe können an ein Kohlenstoffatom mit dieser Hybridisierung gebunden werden?

....

Schreiben Sie die Formel für Aluminiumphosphat auf!

AlPO4

Schreiben Sie die Formel für Aluminiumsulfat auf!

Al2(SO4)3

Schreiben Sie die Formel für Kaliumphosphat auf!

K3PO4

Schreiben Sie die Formel für Calciumphosphat!

Ca3(PO4)2

Skizzieren Sie das Phasendiagram von Wasser und erläutern Sie die wesentlichen Punkte und Linien!

...

Welche Wechselwirkungen treten zwischen Molekülen auf? Erklären Sie diese kurz.

• Wasserstoffbrückenbindungen
• Dipol-Dipol Bindungen
• Van der Waals Kräfte

Quelle: https://www.studyhelp.de/online-lernen/chemie/zwischenmolekulare-wechselwirkungen/

Warum löst sich ein Salz im Wasser?

....

Wie wirkt ein Katalysator im allgemeinen chemischen Sinn? Was verändert er?

Ein Katalysator wird bei einer chemischen Reaktion beigefügt um die Aktivierungsenergie (benötigte Energie, damit Reaktion von statten geht) zu verringern.

Zeichnen Sie ein Beispiel für ein organisches Keton!

...

Wie heißt die Bindung durch die H2 entsteht? Wie funktioniert sie?

Kovalente Bindung:

Nichmetalle nutzen ihre Valenzelektronen gemeinsam

Beide H-Atome haben nur ein Valenzelektron in ihrer Außenschale, wenn diese aber jeweils ihre Valenzelektron teilen haben beide eine volle Außenschale.

Was versteht man im chemisch-physikalischen Sinn unter Nebel?

Aerosoles Gemisch aus Flüssigkeit in Gas

Welche Werte haben die Koeffizienten a, b, c, d? a Al4C3 + H2O --> c Al(OH)3 + d CH4

Al4C3 + 12 H2O --> 4 Al(OH)3 + 3 CH4

Mit welcher Gleichung wird das heterogene Gleichgewicht gasförmig-flüssig beschrieben?

Henry-Dalton-Gesetz

( [A] (Flüssigkeit) / (p_a (Gasphase)) = K

Die Gleichgewichtskonstante einer Reaktion ist sehr viel größer als 1. Was sagt das über die Lage des Gleichgewichts aus? Welche Stoffe liegen dann im Überschuss vor?

Massenwirkungsgesetz: a * A + b * B --> c * C + d * D

([C]^c* [D]^d)/([A]^a*[B]^b) = K

Ein Zahlenwert K > 1 zeigt an, dass die Reaktion auf der Seite der Produkte liegt, bei einem

Zahlenwert K < 1 überwiegen die Edukte im Gleichgewicht.

Was versteht man unter Suspension?

Eine Suspension ist ein heterogenes Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit und darin fein verteilten Festkörpern.

Lässt man eine Suspension stehen, so sinkt (im Gegensatz zu einer Lösung) ein Feststoff mit größerer Dichte als die reine Flüssigkeit bei nicht zu kleiner Partikelgröße langsam auf den Boden und bildet ein Sediment (Sedimentation)

Welche Ionen erwarten Sie gemäß der Edelgasregel für die folgenden Elemente?

N O Cl Ba Na

Ein Stoff mit einem Nerst'schen Verteilungskoeffizienten von K=0,5 wird zwischen gleichen Volumina der beiden entsprechenden flüssigen Phasen verteilt. Wieviel % des Stoffes befinden sich nach Einstellung des Gleichgewichtes in der Oberphase?

50%. K = 0.5 besagt, dass die Konzentration des gelösten Stoffes in Ober & Unterphase gleich groß ist. Da auch die Volumina der beiden Phasen gleich sind, ist der gelöste Stoff genau 50:50 aufgeteilt.

==> Ich glaub das stimmt so nicht weil wenn K=0,5 ist steht für K=1/2 damit sind 1 von 3 Teilen in der Oberphase was 33% entsprechen würde. K=1 würde einer 50:50 Verteilung entsprechen. (Ich schließe mich hier an, die obere Antwort ist höchstwahrscheinlich falsch)

K = c(Oberphase) / c(Unterphase)

Skizze von elektrochemischen Element zeichnen

(Cu-Zn Halbzellen, Zn - Zn Halbzellen)

Was ist ein Isomer?

Selbe Summenformel aber andere Strukurformel.

Butan besteht aus den beiden Vertretern n-Butan und iso-Butan, die zueinander isomer sind. (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Butane)