Wiley-Schnellkurs Chemie E-Book

David R. Klein

• Herausgeber: Wiley-VCH
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2015

Seitenzahl: 403

Beschreibung

Mit einem soliden Fundament und dem richtigen Handwerkszeug lernt sich die Chemie deutlich leichter. David R. Klein erklärt Ihnen in diesem Buch grundlegende Dinge wie das richtige Rechnen mit Einheiten und wie Sie eine Formeln umgehen sollten. Schnell geht es danach weiter in der großen Welt der Chemie. Sie erfahren, wie Sie mit Reaktionen umgehen, was das Ideale Gasgesetz ist, was es zu Orbitalen und Bindungen zu wissen gibt und vieles mehr. Der Autor kommt dabei schnell auf den Punkt und so können Sie sich zügig das Rüstzeug für Ihr Leben mit der Chemie verschaffen, ob Sie sich nun freiwillig mit dem Thema beschäftigen oder nicht.

Leseprobe

Einstiegstest – Hier Können Sie Sehen, Wo Sie Stehen

Welche Dichte besitzt eine Flüssigkeit, wenn eine Probe von 899 892 mg bei Raumtemperatur einen Behälter mit den Ausmaßen 23,0 mm × 42,0 mm × 69,0 mm vollständig ausfüllt? Geben Sie das Ergebnis in g/cm

3

an und beachten Sie dabei die signifikanten Ziffern.

23,42 g Kochsalz (NaCl) werden in 500 mL Wasser gelöst. Geben Sie die Konzentration dieser Lösung unter Berücksichtigung der signifikanten Ziffern in mol/L an.

Gleichen Sie die folgende Reaktion aus:

Ein Kanister mit 0,80 mol eines Gases wird einem Druck von 800 Torr ausgesetzt. Die molare Masse des Gases beträgt 42,01 g/mol. Bei welcher Temperatur (angegeben in Grad Celsius) wird das Gas eine Dichte von 1,42 g/L besitzen?

Warum ist es bei der Berechnung von Reaktionsenthalpien erforderlich, Phasenumwandlungen als eigenständige Reaktionen aufzufassen?

Ermitteln Sie die Oxidationszahl des Zentralatoms von Chloroform (CHCl

3

).

Welche der folgenden Atome können über die Oktettregel hinaus Bindungen eingehen: Begründen Sie Ihre Antwort. Rahmen zu der anstehenden Arbeit aussieht?

Wie sind die Kohlenstoff-Atome der Essigsäure (CH

3

-COOH) hybridisiert? Wie sind sie koordiniert?

Lösungen Der Aufgaben Des Einstiegstests

Dichte ist Also ist zunächst zu berechnen. Allerdings wird die Angabe in g/cm

3

gewünscht. Benötigt wird folgender Konversionsfaktor: Von mm zu cm kommt man mit Insgesamt ergibt sich also (Bei einer so hohen Dichte kann das eigentlich nur Quecksilber sein.) Da Ihnen die Maße des Behälters nur mit drei signifikanten Ziffern angegeben wurden, sollte auch Ihr Ergebnis nur drei signifikante Ziffern aufweisen, auch wenn die Masse der Probe deutlich mehr Stellen besaß.

Ein Natrium-Atom wiegt 22,9898 u, Chlor hat das Atomgewicht 35,453 u. Damit ergibt sich für NaCl eine molare Masse von 58,443 g/mol (signifikante Ziffern!). Zudem soll von mL auf L umgerechnet werden, also wird dieser Multiplikator gebraucht: Insgesamt lautet die Gleichung also

Benötigt wird natürlich die ideale Gasgleichung: PV =

n

RT. Gegeben sind

n,

P, die molare Masse und die Dichte. Die Masse lässt sich anhand von

n

und der molaren Masse berechnen, danach nutzen Sie die Masse und die Dichte, um auf das Volumen zu kommen. Sobald Sie den Wert für V ermittelt haben, können Sie aus P, V und

n

auch T berechnen. Zunächst berechnen Sie ausgehend von

n

und der molaren Masse die Masse in Gramm: (Das Ergebnis ist mit zwei zusätzlichen, nicht-signifikanten Ziffern angegeben.) Mit dieser Masse und der Dichte, die Sie kennen, können Sie das Volumen ermitteln. (Wieder mit zwei zusätzlichen, nicht signifikanten Ziffern.) Der Druck ist in Torr angegeben, so dass Sie diesen Wert in Pascal konvertieren müssen: (Auch bei diesem Zwischenergebnis haben Sie eine zusätzliche, nicht-signifikante Ziffer mitgenommen.) Nun noch die ideale Gasgleichung nach T umstellen:

Bei Phasenwechseln verändert sich die innere Energie eines Systems; wenn Sie das nicht berücksichtigen, werden Sie bei Berechnungen auf Basis des Hess’schen Wärmesatzes zu falschen Ergebnissen kommen.

Zentralteilchen ist der Kohlenstoff. Chlor ist elektronegativer als C, deswegen verliert der Kohlenstoff bei diesen drei Bindungen »seine eigenen« Elektronen. Dafür ist C aber elektronegativer als Wasserstoff, so dass C aus der CH-Bindung auch noch das Elektron seines Bindungspartners erhält. Insgesamt kommen C letztendlich

zwei

Elektronen zu. Kohlenstoff ist ein Element der 14. Gruppe, also sollte er eigentlich

vier

haben: Seine Oxidationszahl lautet daher +2. (Ihm fehlen zwei negative Ladungsträger.)

Nur die Elemente der

zweiten Periode

(also B, C, N, O, F)

KÖNNEN

nicht über die Oktettregel hinaus weitere Bindungen eingehen: Deren Valenzschale besteht aus einem s- und drei p-Orbitalen, d. h. für weitere (Bindungs-)Elektronen ist einfach kein Platz. Aluminium (Al) ist ein Metall und wird daher eher davon absehen, übermäßig viele kovalente Bindungen einzugehen, und für das Halbmetall Silicium (Si) gilt das Gleiche, aber prinzipiell

könnten

diese Elemente das sehr wohl.

Das Kohlenstoff-Atom, an das neben dem anderen C drei Wasserstoff-Atome gebunden sind, ist sp

3

-hybridisiert und tetraedrisch koordiniert (drei der vier Ecken des Tetraeders sind durch H besetzt, die vierte durch das andere C-Atom). Der andere Kohlenstoff ist sp

2

- hybridisiert und trigonal planar koordiniert. (Das O-Atom, das nicht zusätzlich zum C auch noch ein Wasserstoff-Atom trägt, ist mit dem Kohlenstoff über eine Doppelbindung verbunden.)

David R. Klein

Wiley Schnellkurs Chemie Übersetzung aus dem Amerikanischen von Susanne Katharina HemschemeierFachkorrektur von Dr. Ulf Ritgen

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

1. Auflage 2014

© 2014 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Original English language edition General Chemistry as a second language © 2005 by Wiley Publishing, Inc.

All rights reserved including the right of reproduction in whole or in part in any form. This translation published by arrangement with John Wiley and Sons, Inc.

Copyright der englischsprachigen Originalausgabe General Chemistry as a second language © 2005 by Wiley Publishing, Inc.

Alle Rechte vorbehalten inklusive des Rechtes auf Reproduktion im Ganzen oder in Teilen und in jeglicher Form. Diese Übersetzung wird mit Genehmigung von John Wiley and Sons, Inc. publiziert.

Das vorliegende Werk wurde sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren und Verlag für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie eventuelle Druckfehler keine Haftung.

Korrektur: Ulf Ritgen

Umschlaggestaltung: Torge Steffens, Grafik-Design, Leipzig

Satz: Beltz Bad Langensalza GmbH, Bad Langensalza

Print ISBN: 978-3-527-53033-5ePub-ISBN: 978-3-527-69250-7Mobi-ISBN: 978-3-527-69249-1

Einleitung

Wie Sie dieses Buch für Ihr Studium nutzen können

Sie wollen in Ihrem Chemie-Kurs gut abschneiden? Das ist kein Problem, aber dazu müssen Sie ein gewisses chemisches Grundwissen mitbringen. Ich nenne dieses Grundwissen gern die „Sprache" der Chemie – man kann sie erlernen wie eine Fremdsprache. Jeder Student sollte beispielsweise in der Lage sein, Einheiten umzurechnen, ausgeglichene Reaktionsgleichungen aufzustellen oder Enthalpiewerte zu berechnen. All das wird in diesem Schnelleinstieg in die Chemie detailliert erklärt und anhand zahlreicher Aufgaben geübt.

Dieses Buch wird nicht Ihr Lehrbuch, Ihre Vorlesungen oder andere Formen des Studiums ersetzen können. Es ist ein Hilfsmittel, mit dem Sie effizienter lernen können. Auch mit Hilfe dieses Buchs werden Sie nicht alle Rätsel der Chemie lösen können – doch mit dem soliden Basiswissen, das Sie hier erwerben, gehen Sie definitiv mit mehr Sicherheit in Ihre Prüfungen. Dieses Buch ist also eine Art Begleiter für andere Lehrbücher.

Mir fiel die Entscheidung schwer, welche Aspekte und welche Konzepte der Chemie zum echten Grundwissen zählen sollten. Aufgrund einer notwendigen Begrenzung des Buchumfangs fehlen daher einige Themen, bestimmten Gebieten wurde dafür mehr Raum zugestanden, wieder andere werden lediglich angerissen. Alle Themen, die Sie hier finden, gehören ausschließlich zum Stoffumfang des ersten Semesters. Säure-Base-Reaktionen, Gleichgewichtsreaktionen oder die freie Enthalpie (die Gibbs-Energie) werden, je nach Kursleiter, entweder im ersten oder zweiten Semester gelehrt und sind daher in diesem Buch nicht enthalten.

Wie Sie dieses Buch verwenden sollten

Zwei Punkte sind mir besonders wichtig, damit Sie dieses Buch optimal nutzen können:

Sie sollen die Grundlagen verstehen.

Sie sollen die Übungsaufgaben lösen können.

Selbst wenn diese beiden Aspekte im Grunde genommen völlig unterschiedliche Fähigkeiten erfordern, wird jeder Kursleiter Ihr Verständnis der Grundlagen in den meisten Fällen vermutlich daran messen, wie gut Sie die Aufgaben bewältigen. In diesem Buch finden Sie eine ganze Reihe typischer Übungsaufgaben, anhand derer Sie Ihre Grundkenntnisse vertiefen können. Problemlösungsstrategien lassen sich nur auf eine einzige Art und Weise optimieren: durch Übung, und zwar immer und immer wieder. Allein durch Lesen werden Sie kaum begreifen, wie sich komplexere Aufgaben lösen lassen, und zum Lernen gehört auch eine gewisse Frustrationstoleranz bei Misserfolgen. Am besten lernt man aus seinen Fehlern. Daher sollten Sie sich auf gar keinen Fall den Abschnitt mit den Lösungen nur ansehen und glauben, damit seien Sie gut genug für die Aufgaben der nächsten Prüfung gerüstet – das wird niemals funktionieren. Für eine gute Note werden Sie sich wohl oder übel etwas anstrengen müssen. (Es gilt eben doch: „Ohne Fleiß keinen Preis".)

Elemente in diesem Buch

Einige Textelemente in diesem Buch sollen Ihnen helfen, sich im Text zu orientieren und so Zeit zu sparen. Als Erstes wären hier die grau hinterlegten Kästen zu nennen. Bei diesen steht in der Kopfzeile

Tipp,

wenn sich dort nützliche Hinweise verbergen, die das gerade behandelte Thema betreffen und zur Lösung von Aufgaben in dem jeweiligen Bereich beitragen können. Manchmal handelt es sich aber auch nur um wissenswerte Randbemerkungen.

Warnung

, wenn Sie auf häufig auftretende Fehler hingewiesen werden oder auch auf Situationen, die man unbedingt vermeiden sollte.

Daneben gibt es noch grau umrahmte Kästen, in denen Sie Beispiele finden. Je nachdem, ob Sie einen Sachverhalt schon verstanden haben oder nicht, können Sie sich diese Beispiele anschauen.