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Ordnerverwaltung für CHEMIE Atombau und Bindungslehre 3/4
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Kohlenstoff C
mehrere Modifikationen bekannt (Diamant, Grafit, Fullerne)
unterscheiden sich in ihren Eigenschaften, weil C-Atome verschieden angeordnet und gebunden sind.
Diamant
sehr hart
durchsichtig
nicht leitend
C-Atome bilden Atomgitter, in dem jedes Atom an vier tetraedrisch angeordnete Nachbaratome gebunden ist.
Grafit
schwarz glänzend
elektrische leitend
Modifikation des C
blättrig, splaltbar & relativ weiche Kristalle
Gitter aufgebaut aus Ebenen, die lediglich durch VdW-Kräft zusammengehalten werden. Die Ebenen bestehen aus zusammenhängenden Sechsecken, in denen jedes C-Atom mit drei Bindungspartnern durch je ein gemeinsames EP gebunden ist. Das 4. atom ist delokalisiert, es bewegt sich in der ganzen Ebene. Bindungend der Ebene sind kürzer und stärker als Einfachbindungen. Die delokalisierten Elektroen ermöglichen die Stromleitung.
Fullerne
bestehen auch einer definierten Anzahl C-Atomen, die eine aus Fünf- und Sechsecken zusammengesetzte Kugelschale bilden.
Moleküle sind sehr stabil (delok. Elekroenn stärken die Bindungen)
VdW-Kräfte sind relativ schwach.
Stickstoff
farbloses, geruchloses Gas
ca. 80 Vol. % in der Luft
hohe EN, aber reaktionsträge, weil zur Spaltung der Dreifachbindung im N2 Molekül relativ viel Aktivierungsenergie erforderlich ist.
Phosphor
mehrere Modifikationen bekannt
wiesses Phosphor ist sehr reaktionsfreundig & entzündet sich z.B. an der Luft schon bei NB.
Es besteht aus P4- Molekülen, die als Folge des kleine Bindungswinkels (60Grad) unstabil sind.
Schwefel S
gelber Feststoffe, der in der Natur elementar vorkommt.
2 kristalline Modifikationenaus S8-RIngen, unterscheiden sich nur in der Anordnung der Moleküle im Molekülgitter
Sauerstoff O2
2 untersch. Modifikationen (O2 & O3)
O2 ist druch Doppelbindung im Molekül so reaktionsträge, dass er in der Luft elementar vorkommt (21 Vol.%)
O Atome sind aber so reaktionsfrudig (hohe EN), dass Sauerstoff nach Aktivierung mit vielen Stoffen reagiert. (--> exotherme Reaktionen oft mit Licht)
Ozon O3
reaktionsfreudiger als O2 weil es schon bei NB in einO-Atom und O2 zerfallen kann.
giftig für Lebenwesen (Abgase + Sonne)
schützt als Betandteil der Stratosphäre vor kurzwelligen UV-Strahlen der Sonne.
Ozonbildung im Sommersmog & Abbau der Ozonschicht als Folge der Freisetzung von FCKW & and. Ozonkillern gefährdet das Leben auf der Erde.
Halogene
bilden die 7. Hauptgruppe des PSE
reationsfreudige NM, weil sie ihre einfach gebundenen, zweiatomigen Moleküle relativ leich in Radikale spalten lassen.
Sdt nimmt mit der Molekülmasse zu (Brom liq., Iod fest)
Edelgase
einzige gasförmige NM, deren Bausteine Atome sind.
inert, weil Atome Edelgaskonfiguration haben.
Reaktionen von Nichtmetallen
Moleküle müssen druch Zufuhr der entsprechenden Bindungsenergie in Atome gespalten werden.
Atome der beiden Elemente verbinden sich dann durch die Bildung gemeinsamer EP zu Molekülen, wobei die ensprechenden Bindungsenergien frei werden.
Energieumsatz
Da die Bindungen in den Produkt-Molekülen meist polar sind, wird in ihrer Bindung meist mehr Energie frei, als zur Trennung der unpolaren Bindungen in den Element-Molekülen aufgewendetmuss. Die Synthese der meisten molekularen Verbindungen verläuft darum exotherm.
Wasser
wichtigste molekulare Verbindung aug der Erde
spielt in den Lebewesen und in der unbelebten natur eine zentrale Rolle als Lösungs- und Transportmittel und ist an vielen Reaktionen beteiligt.
Synthese von Wasser durch Verbrennung von Wasserstoff verläuft stark exotherm (unpolar -> polar)
hat relativ hohe Sdt & Smt, hohe Verdampfungswärme, grosse Oberflächenspannung --> Folgen der Wasserstoffbrücken zwischen den Molekülen.
Fähigkeit Salze zu lösen --> Dipol Charakter
Dichte erreicht bei 4 Grad das Maximum, Eis geringere Dicht als flüssiges Wasser (Molekülgitter des Eise so angeordnet das Abstände grösser sind als im flüssigen Wasser)
Kohlenstoffdioxid
C mit je einer Doppelbindung zu O
Bindungen polar (kein Dipol da linear)
zwischen Molekülen wirken nur VdW Kräfte (Gas)
entsteht bei der Reaktion org. Verbindungen mit O (Verbrennung, langsame Oxidation Lbw, Fotosynthese)
Verbrennung fossiler Brennstoffe --> CO2 Gehalt der Luft steigt --> Treibhauseffekt --> Klimaveränderungen
Molekül
Teilchen, aus mindestens zwei Atomen die durch Atombindungen (Elekronenpaarbindungen, konvalente Bindungen) zu einer Einheit gebunden sind.
Moleküle sind Energieärmer als Einzelatome.
Atombindungen
Bindungen zwischen den Atomen eines Moleküls, kleine Moleküle bilden stabile Verbindungen.
Molekulare Stoffe
Stoffe die aus Molekülen bestehen. Zu ihnen gehören die Nichtmetelle (ausser Edelgase) und die molekularen Verbindungen.
Moleküle der Elemente: aus gleichartigen Atomen
Moleküle der Verbindungen: aus verschiedenartigen Atomen
hochmolekulare Stoffe: Stoffe mit sehr grossen Molekülen z.B. Eiweisse
kleine Moleküle: meistens tiefe Smt & Sdt da Kräfte relativ schwach sind.
Zwischenmolekulare Kräfte
Kräfte, welche die Moleküle von Feststoffen und Flüssigkeiten zusammenhalten.
(--> zwischen den Molekülen wirksam)
- bestimmen weitgehend die physikalischen Eigenschaften molekularer Stoffe.
Stabile Moleküle
zwischenmolekulare Stoffe sind bei kleinen Molekülen wesentlich schwächer als Atombindungen
daher können sie bei Aggregatszustandsveränderungne gespalten werden, ohne das das Molekül selbst gespalten wrid.
Molekülgrösse
Die meisten anorganischen Moleküle bestehen aus weniger als einem Dutzend Atomen. Die Riesenmoleküle von organischen Stoffen wie z.B. EW, KH und Kunststoffen können aus tausenden von Atomen aufgebaut sein.
Molekülgitter
Die meisten molekulare Stoffe bilden in festem Zustand ein Molekülgitter.In diesem sind die Moleküle regelmässig geordnet und durch die zwischenmolekularen Kräfte an ihren Platz gebunden. Beim Schmelzen geht die regelmässige Anordnung verloren, die zwischenmolekularen Kräfte nehmen ab, wirken aber auch im flüssigen Zustand noch.
Bindung
Beruht auf der Anziehung zwischen den Kernen und den Bindungselektronen, die sich bevorzugt zwischen den gebundenen Kernen aufhalten.
Wenn zwei Atome gebunden sind, muss Energie aufgewenddet werden, um den Abstand ihrer Kernen zu verändern.
Die Bindungslänge ist der Abstand, den die Atomzentren beim Erreichen des Energieminimums haben.
Bindende Elektronenpaare
Die Atome eines Moleküls sind durch gemeinsame EP gebunden.
Ein gemeinsames EP hält sich bevorzugt zwischen den Kernen der geundenen Atome auf und beindet diese durch die gegenseitige elektrostatische Anziehung.
Elektronenwolkenmodell
Eine EW ist der Raum, in dem sich ein Elektron oder ein Elektronenpaar mit hoher Wahrscheinlichkeit aufhält.
Der Atomrumpf ist umgeben vom max. vier EW (für die max. 8 Valenzelektronen eines Atoms). Jede Wolke wird zuerst einfach besetzt.
Da sich die EP abstossen, liegen die EW, die einen Atomrumpf umgeben, möglichst weit auseinander; die Winkel zwischen ihren Achsen sind so gross wie möglich.
Gemeinsame EW
Bei der BIldung einer Atombindung verschmelzen zwei einfach besetzte Elektronenwolken von zwei Atomen zu einer doppelt bestzten Wolke.
Diese wird auch als bindende oder gemeinsame Wolke bezeichnet.
Sie ist der Raum, in dem sich das gemeinsame, bindende EP mit hoher Wahrscheinlichkeit aufhält.
Einfach-, Doppelt-, und Dreifachbindungen
Zwei NM-Atome können durch eine Atombindungen gebunden sein.
Nach der Zahl der bindenden EP unterscheidet man einfaach-, Doppelt- und Dreifachbindungen.
Eine Doppelbindung ist kürzer und stärker als eine EInfachbindung zweischen den gleichen Atomen.
Ihre Bindungsenergie ist aber weniger als Doppelt so gross, weil sich die beiden bindenen EP abstossen.
Durch diese Abstosseung sind die beiden EW der Doppelbindung bananenförmig gekrümmt.
Enstprechendes gilt für die Dreifachbindung.
Oktettregel
Die Atome zweier Periode erreichen in Molekülten die Edelgaskonfiguration (d.h. der Atomrumpf der gebundenen Atome ist von Elektronen umgeben.)
DIe Oktettregel gilt (mit zahlreichen Ausmahmen) auch für NM-Atome höherer Perioden. Wasserstpff-Atome erreichen ein Elektronenduplett.
Bindungswert
Zahl der gemeinsamen Elektronenpaare, an denen sich ein Nichtmetall-Atom beteiligt. Er entspricht nach der Oktettregel der Zahl der Valenzelektronen, die ihm zum Oktett fehlen.
Elektronegativität
EN, ist die Fähigkeit gebundener Atome, die bindenden Elektronen anzuziehen. Als Mass verwenden wir die Skala von Linus Pauling (Fluor 4.0, Lithium 1.0). Die EN ist umso höher, je kleiner das Atom und je höher seine Rumpfladung ist.