Chemie begreifen, Schulbuch

Wie halten die Stoffteilchen zusammen? Welche Stoffteilchen gibt es noch? G Moleküle H Molekulare Kräfte E Gitter F Bindungen Welche Arten von Stoffteilchen gibt es? Was ist für die Chemie grundlegend? Wie entsteht naturwissenschaftliches Wissen? A Naturwissen- schaft Was ist das Besondere an den Molekülen? und vielfältige Strukturen sind die Folge von Bindungswinkeln und Teilladungen. Diese sind auf die unterschiedlichen Elektronegati- vitäten zurückzuführen. Die Bindungswinkel entstehen durch die maximale Abstoßung zwischen Bindungen und freien Elektronen- paaren. existieren in unbegrenzter Zahl, vor allem solche mit C-Atomen in der Biosphäre. Atmosphäre und Hydrosphäre bestehen aus sehr kleinen Molekülen. Kristallgroße Mole- küle - die Atomgitter - bilden zusammen mit Ionengittern die Lithosphäre. bzw. das Streben der Atome nach einem Elektronenoktett verknüpfen die Atome. Bei jeder Bindung wirken die negativ geladenen, sich überlagernden Elektronen als "Kitt" zwischen den positiv geladenen Atomkernen. sind die größten und einfachsten Stoffteilchen. Wie sich Reinstoffe gegenüber der Hitzeeinwirkung und dem elektrischen Strom verhalten, ist auf die verschiedenen Stoffteilchen zurückzuführen. erfolgt aus Stoffen. Stoffe bestehen aus Stoffteilchen, Stoffteilchen aus Atomen und Atome aus Elementarteilchen. gelangt durch Falsifikation von Abstraktionen zu bewährtem Wissen. B–D Der Aufbau der Materie Das Streben nach minimaler Energie und maximaler Entropie treibt alle chemischen Reaktionen an. Die Stoff- umwandlungen enden, wenn die Triebkraft aufgebraucht und das dynamische Gleichgewicht erreicht ist. Deshalb entstehen von selbst immer stabilere Ionengitter, stabilere Komplexe und schwächere Säuren, Basen, Reduktions- oder Oxidationsmittel. Energiezufuhr im Labor und bei industriellen Produktionsprozessen oder die Sonne in der Biosphäre sorgen dafür, dass sich wieder Stoffteilchen mit Triebkraft bilden und das »Räderwerk« der chemischen Umwandlungen nicht zum Stillstand kommt. Vergleicht man verschiedene Reaktionstypen, so zeigen sich Gemeinsamkeiten: Bei Redoxreaktionen werden Elektronen – ähnlich wie Protonen bei Protolysen – von Stoffteilchen abgespalten und aufgenommen. Fällungen und Komplexbildungen sind ebenfalls Übertragungs- reaktionen: Beim Lösen eines Salzes werden Ionen freigesetzt und später in stabilen Gittern oder Komplexen eingebaut. Auch bei organischen Reaktionen werden häufig Atome oder Atomgruppen von einem Molekül auf ein anderes übertragen. Alle diese Reaktionen kann man sich als Zusammenstöße vorstellen, bei denen ein kleiner Teil eines Stoffteilchens an einem anderen »hängen« bleibt. Betrachtet man jedoch den übertragenen Teil als ruhendes Zentrum, so führt dies zu einer ganz anderen Sichtweise – der Ver- drängungsreaktion. Bei einer Protolyse zB verdrängt eine Base eine andere von einem Wasserstoffatom. + H Y b+1 X a---1 X H a Y b + X a H Y b + Y H b+1 X a---1 + 222 Ausblick und Rückschau M–S Durch einen ähnlichen Mechanismus entsteht ein neuer Komplex, wenn in der Hülle eines Zentralkations Ligan- den durch neue »hinausgeworfen« werden. Auch beim Lösen und Fällen von Salzen werden Ionen durch andere ersetzt, sodass sich ein stabileres Gitter bildet. Diese Beispiele machen deutlich, dass identische Sachverhalte durch gänzlich verschiedene Beschreibungen erklärt werden können. Welche Ideen sind für das Verstehen der Chemie zentral? M Fällungs- reaktionen A–L Die 7 Denkfiguren finden statt, wenn gelöste Ionen aufgrund hoher Ladungen und günstiger Ionenradien sofort ein stabiles Ionengitter bilden. – Falsifikationspri zip, Nanoworld, Reaktion, dynamisches Gleichgewicht, Prinzip von Le Châtelier, Triebkraft und Katalysator – v rschaffen einen Überblick über das Denk- gebäude der Chemi . Was kann außer Protonen noch übertragen werden? Warum sind Redoxreak- tionen besonders wichtig? R Die Elektrochemie S Die Geochemie P Der pH-Wert Q Redox- reaktionen WelcheAuswirkungen haben Protolysen? N Komplex- bildungs- reaktionen Wo spielen alle Reak- tionstypen eine Rolle? versteht den Planeten Erde als riesiges Labor, in dem alle Reaktionstypen erprobt werden. Sie bilden eine Grundlage der Biosphäre. befasst sich mit Elektronenströmen zwi- schen Stoffteilchen über einen äußeren, metallischen Leiter. Dadurch ergeben sich vielfältige technische Anwendungsmöglich- keiten. führen zum Fließen von Elektronen zwischen Stoffteilchen, die sich dabei verändern. ist das Ergebnis des Autoprotolysegleich- gewichts im Wasser, das durch Säuren und Basen verschoben wird. Viele biochemische Reaktionen sind vom pH-Wert abhängig. zB laufen ach ein m and ren Prinzip ab: Es werden Proto en von Säuren bge- palten und a Basen angelagert. führen zur Umhüllung eines Kations mit A ionen oder Moleküle . Kationen ändern dadurch ihr Reaktionsverhalten. O Protolyse- reaktionen Existieren weitere Reaktionsmöglichkeiten? Wie können Kationen und Anionen noch miteinander reagieren? Welcher Reaktionstyp ist besonders einfach? Anorganische Reaktionstypen im Überblick: Übertragungsreaktion: Verdrängungsreaktion: Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des V rlags öbv