Chemie Schulaufgabe 01/2016

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Question Answer
Organische Chemie (Geschichte) Berzelius(1807): Organische Stoffe sind von Organismen hergestellt (Vis Vitalis) Wöhler(1828): Herstellung des organischen Harnstoffs durch Erhitzen von Ammoniumcyanat => Heutzutage sind organische Stoffe nicht mehr aus dem Alltag wegzudenken; z.B in Waschmittel, Kosmetika, Farbe, Lacke, Energieträger
Kohlentoff als Bindungspartner -kommt aus der 4 HG, 2. Periode -4 Valenzelektronen, 2 Schalen -4-bindig -mittlere Elektronennegativität -keine Ionisierung, da energetisch ungünstig, das C-Atom bevorzugt Elektronenpaarbindungen -Das C-Atom besitzt die Fähigkeit sich praktisch unbegrenzt miteinander zu verbinden
Die Kohlenwasserstoffe -abgekürzt: KW -Gruppe von Verbindungen, die aus Kohlenstoff- und Wasserstoff-Atomen aufgebaut ist Vorkommen: in fossilen Energieträgern (z.B: Kohle, Erdgas/öl)
Alkane: aliphatische, gesättigte KW -C-C-Einfachbindung - an der Endung -an zu erkennen -CnH2n+2 -Homolge Reihe der Alkane: Eine Gruppe von Verbindungen, die sich um einen gleichbleibenden Baustein unterscheiden (hier Ch2: Methylengruppe)
Isomerie bei Alkanen Isomerie: Erscheinung, dass bei gleicher Summenformle verschiedene Bindungen exsistieren Isomere: entsprechende Verbindungen mit unterschiedlichen Strukturen und Eigentschaften -unverzweigte Kette: n-'Butan' -verzweigte Kette: iso-'Butan'
Nomenklaturregeln nach IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) 1. Der Grundname des Moleküls ergibt sich aus der längsten C-Kette 2. Die Kette wird mit arabischen Ziffern so durchnummeriert, dass die Verzweigungen die niedrigsten Zahlen bekommen 3. Seitenketten erhalten die Namen entsprechenden Alkylreste (Methyl, Ethyl.) 4. Treten mehrere gleichnamige Substituenten auf, so werden für ihre Azahl griechische Zahlwörter verwendet
Eigentschaften der Alkane Die Schmelz- und Siedetemperaturen der Alkane nehmen mit zunehmender Kettenlänge zu -Je länger die Alkankette der unverzweigten Alkane ist, desto mehr Berührungsmöglichkeiten gibt es und umso mehr VdWK könne sich ausbilden und somit steigen die Siede und Schmelztemperaturen -Je stärker die Verzweigung im Molekül ist, desto weniger Berührungsmöglichkeiten gibt es und umso weniger VdWK können sich ausbilden => Schmelz/Siedetemperatur sinkt
Polarität der Alkane (+ Versuch) Versuch: Mithilfe eines elektrischen Luftballons wird ein Wasserstrahl abgelenkt => Da es sich bei den Wassermolekülen um Dipole handelt, werden die Teilladungen vom Luftballon angezogen und der Wasserstrahlabgelenkt Versuch: Es erfolgt keine Ablenkung des Heptanstrahls durch den Luftballon => Er wird nicht abgelenkt da zwischen den C-Atomen nur unpolare Bindungen vorliegen und zwischen den C-Atomen und H-Atomen nur schwach polare; es liegen also praktisch keine Teilladungen vor und dswg ist die Anziehung durch den Luftballon nicht vorhanden
Löslichkeit der Alkane (+Versuch) Mischung von Wasser mit Heptan und Mischung von Decan mit Heptan -Ergebnis: Heptan löst sich in Decan aber nicht in Wasser Warum? => Heptan ist unpolar und kein Dipol weshalb die WW bloß mit anderen unpolaren Stoffen (wie z.B Decan) möglich ist, bei Wasser genau umgekehrt => Ähnliches löst sich im Ähnlichen !
Methan-der einfachste KW Vorkommen: Klärgas,Erdgas, Sumpfgas,Faulgas, Biogas, Reisanbau, Grubengas (Verarbeitung von Erdöl und Kohle als Nebenprodukt) Entstehung: Natur: bildet sich dort, wo organische Stoffe in Abwesenheit von Sauerstoff durch Bakterien zersetzt werden; Meeresboden, verbrennt in einer bläulichen Flamme Eigentschaften: hydrophob, geringere Dichte als Luft, explosionsgefährlich, farbloses, geruchsloses Gas Verwendung: bei großtechnischen Synthesen von Kunststoffen, Reifenherstellung, Heizen
Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Methan CH4+2O2=> C02+2H2
Ethan-Steckbrief Vorkommen: Erdgas, Erdöl, Sumpfgas, Spuren auf Jupiter, Saturn, Neptun Entstehung: Zersetzung von organischer Materie, aber auch ohne das Beisein von Lebensformen Eigentschaften: farbloses, geruchsloses Gas, brennt mit schwach leuchtender Flamme, schmilt bei -182,76°C, siedet bei -88,6°C Verwendung: als Heizgas im Erdgas, dient zur Gewinnung von Ethen, Ausgansstoff für die Gewinnung von Ethen, Essigsäure und anderen chem. Verbindungen
Reaktionsgleichung für die Verbrennung Von Ethan 2C2H6+7O2=> 4Co2+6H20
Die Alkene Alkene sind ungesättigte KW, mit mind. einer Doppelbindung zwischen zwei C-Atomen Summenformel: CnH2n Nomenklatur: Endung-en
Isomerie bei Alkanen (Welche gibt es?) Stereoisomerie: Isomere, deren Atome in der selben Reihenfolge aneinander gebunden sind, sich aber in der räumlichen Anordnung unterscheiden Konformationsisomerie(Fall von Stereoisomerie): Isomere, unterscheiden sich in der räumlichen Anordnung, die durch die Drehung um de C-C-Einfachbindung zustande kommt Konstitutionsisomerie: Isomere, unterscheiden sich in der Verknüpfung der Atome Gerüstisomerie (ein Fall von Konstitutionsisomerie): Isomere, unterscheiden sich im Aufbau des C-Gerüsts
Isomerie bei Alkenen Doppelbindungsisomerie: Isomere, unterscheiden sich in der Lage der Doppelbindungen E-/Z-Isomerie: Isomere, unterscheiden sich in der Anordnung der Substituenten an der Doppelbindung; Bei cis stehen die gleichartigen Substituenten an einer Seite und bei trans stehen sie sich gegenüber E=trans Z=cis
Die Alkine Alkine sind ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit Dreifachbindungen zwischen den CAtomen Summenformel: CnH2n-2 Nomenklatur: Endung -in
Radikalische Substitution (Versuch) Alkane reagieren nur mit sehr wenigen Stoffen, die sehr reaktiv sind C6H14+Br2 => HBr ^+C6H13 Beobachtung: Die rotbraune Lösung wird farblos, das aufsteigende Gas wird mit Indikatorpapier nachgewiesen ==> Es hat eine radikalische Substitution stattgefunden
Was ist eine Homolyse / Heterolyse? Homolyse: symmetrische Spaltung einer Bindung Heterolyse: asymmetrische Spaltung einer Bindung
radikalische Substitution (erklärt anhand eines Beispiels) Reaktionsmechanismus: 1. Halogenmolekül (hier Br2) wird homolytisch gespalten durch die Bescheinung mit Licht => es entstehen Radikale ( sehr reaktive Teilchen mit einem ungepaartem Elektron) 2.Kettenreaktion: Bromradikal trifft auf Kohlenwasserstoffmolekü und abstrahiert ein H-Atom, wodurch ein Alkylradikal und Wasserstofbromid entsteht, dann greift das Alkylradikal wieder ein Brommolekül an 3. Kettenabbruch: Es treffen zwei Radikale aufeinander => allg: H-Atome werden am C-Gerüst durch Halogenatome ersetzt
Die elektrophile Addition (Warum Addition?)+Definition Die Alkene gehören zu den ungesättigten KW's mit einer C-C-Doppelbindung, dass heißt die entsprechenden C-Atome haben noch nicht die max. Anzahl von Bndungspartnern, deshalb findet eine Addition und keine Substitution statt und sind deutlich reaktiver als Alkane Definition: Die elektrophile Addition ist die Anlagerung von Molekülen an die C-C-Doppelbindung, die dadurch zu einer C-C-Einfachbindung wird Die Addition von Halogenen nennt man Halogenierung, die Addition von Wasserstoff Hydrierung Bei dieser Donator-Akzeptor-Reaktion, ist die C=C-Doppelbindung der Elektronendonator und Das Elektrophil der Elektronenakzeptor
Definition Addition Be einer Addition reagieren zwei Edukte zu einem Produkt ohne Abspaltung weiterer Produkte
Die elektrophile Addition (Mechanismus) -Elektrophil: Teichen, dass einen Elektronendefizit, bzw. eine positive Partialladuung aufweist und daher elektronenliebend ist -Nukleophil: Teilchen, dass einen Elektronenüberschuss bzw eine negative Partialladung aufweist und somit kernliebend ist =>: Ein Brommolekül wird durch die elektronenreiche Doppelbindung eines Ethenmoleküls polarisiert; d.h. das bindende EP wird so verschoben, dass Teilladungen entstehen Elektrophiler Angriff: Nach einer heterolytischen Spaltung des Brommoleküls, wird das entstehende Brommmolekül Br+ an eine Doppelbindung gebunden. Dabei entstehen ein Elektrophil und als Zwischenstufe das kurzlebige Bromoniumion (Br-) Nukleophiler Rückseitenagriff: Das nukleophile Anion (Br-) addiert von der Rückseite des C-Atoms des Bromiumions
Alkohole haben eine sogenannte Hydroxygruppe OH (Funktionelle Gruppe der Alkohole) Endung: -ol
Alkene- Vom Monomer zum Polymer Alkene können mit sich selbst zu Alkanketten reagieren Verwendung: Rohre, Schläuche, Verpackungsmaterial, Folien, Kondome, Gefrierbeutel,.. Unter Polymerisation versteht man die Reaktion zwischen vielen Alkenmolekülen zu einem Riesenmolekül. Bei dieser Additionsreaktion wird aus der Doppelbindung eine Einfachbindung.
Einteilung der Alkohole Nach dem C-Atom, an das die OH-Gruppe gebunden ist: -primär: es sind mind. noch 2 H-Atome an das C-Atom gebunden an dem die Hydroxygruppe dranhängt -sekundär: es ist noch ein 1 H-Atom an das C-Atom gebunden an dem die Hydroxygruppe hängt -tertiär: Hydroxygruppe befindet sich an einem C-Atom, wo kein H-Atom mehr gebunden ist Nach der Anzahl der OH-Gruppe: -einwertige Alkohole (eine OH-Gruppe) -zweiwertige Alkohole (zwei OH-Gruppen) -dreiwertige Alkohole (drei OH-Gruppen)
Siedetemperatur der Alkohole Die Siedetemperatur nimmt mit zunehmender Kettenlänge zu, denn umso länger die Kette ist umso mehr VdWk können ausgebildet werden Die Siedetempereatur der Alkohole ist höher als die der Alkane, denn aufgrund der polaren Atombindung der Hydrpxygruppe kommt es z u Teilladungen am O- bzw. H-Atom
Löslichkeit der Alkohole Kurzkettige Alkohole sind mit Wasser mischbar, aber mit zunehmender Kettenlänge nimmt die Wasserlöslichkeit stark ab Mit zunehmender Kettenlänge gewinnt der hydrophobe Teil mehr an Bedeutung und überwiegt den polaren hydrophilen Anteil
ALKOHOLE - vielseitig einsetzbar Trinkalkohol: in alkoholischen Getränken ist Ethanol gelöst Frostschutz und Enteisung: Alkohole, setzen den Gefierpunkt herab, weshalb sie in diversen Frostschutzmitteln, in der Kühlflüssigkeit des Autos und bei der Enteisung von Flugzeugen eingesetzt werden Brennstoffe: Zusätzlich zum Benzin kann Bioethanol in Motoren verwendet werden. Es ist zwar ein nachwachsender Rohstoff, doch für seine Herstellung muss Regenwald abgeholzt werden um Anbaufläche für Zuckerrohr zu schaffen Auch in Campingkochern und anderen Geräten zum Kochen wird Brennspiritus verwendet Kosmetika und Pflegemittel: Parfum, Deodrants, etc wären ohne Alkohole kaum denkbar, auch wenn teilweise wegen Hautreizungen diese durch hautfreundlichere ersetzt wurden Medikamente: Wegen ihrer hervorragenden Lösbarkeit und ihrer Unbedenklichkeit.
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