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Schreibweisen

Summen- oder Bruttoformel

Eine Brutto- oder Summenformel, auch Molekülformel genannt, dient in der Chemie dazu, die Anzahl der gleichartigen Atome in der Formeleinheit eines Salzes oder in einem Molekül anzugeben. Somit gibt eine Summenformel das Teilchenzahlenverhältnis und gleichzeitig aber auch das Stoffmengenverhältnis der Teilchen an, welche im Molekül bzw. in der entsprechenden Formeleinheit enthalten sind.

Kationen

Kation wird ein positiv geladenes Ion genannt. Bei der Elektrolyse wandern positiv geladene Ionen zu Kathode, wodurch sie den Namen Kationen erhielten.

Kationen entstehen aus Atomen und Molekülen, wenn ein Elektron abgegeben oder ein Wasserstoff-Ion H+ aufgenommen wird.

Salze bestehen immer aus Anionen und Kationen.

Um Kationen chemisch nachzuweisen, werden sehr moderne Laborgeräte aus der instrumentellen Analytik oder einfach auch nur der einfache Kationennachweis im Reagenzglas verwendet.

Anionen

Ein negativ geladenes Ion wird Anion genannt. Bei der Elektrolyse wandern die negativ geladenen Ionen zur Anode, wodurch es den Namen Anion erhielt.

Anionen entstehen aus Atomen und Molekülen, wenn ein Elektron aufgenommen wird.

Jedes einzelne Anion kann verschiedenen Bindungen bilden, indem es sich mit Kationen kombiniert. Dadurch leiten sich ganze Verbindungsklassen (z.B. Oxide oder Sulfide) von den stabilen Anionen ab. Oxide und Sulfite sind in der Mineralogie besonders bedeutend, da sie viele Gesteine und Erze bilden. Nach den vorhandenen Anionen kann man alle Salze in Stoffklassen einteilen. Sulfat als Begriff kennt zwei Aspekte. Der eine meint das Sulfation und der andere die Verbindungsklasse der Sulfate. Zur Identifikation der Anionen in Lösungen, stehen in der Chemie Anionennachweise und auch moderne Instrumente aus dem Labor zur Verfügung.

Dadurch, dass jedes Molekül und Atom unter den richtigen Bedingungen negativ geladen werden kann, kann es Abermillionen von Anionen geben.

Wertigkeit

Die Wertigkeit, auch Valenz genannt, von einem Atom eines chemischen Elements zeigt auf, wie viele andere Atome es sich an sich binden kann, falls es zu einer chemischen Bindung kommt. Beziehungsweise welche Menge an Einfachbindungen es mit anderen Atomen eingehen müsste, wenn es den Oktettzustand erreichen will.

Sie wird genutzt, um die chemischen Formeln einfacher chemischer Bindungen zu berechnen.

Bei chemischen Verbindungen, die komplexer sind, sollte man beachten, dass das bestimmte Atom nicht mit allen Atomen im Molekül der chemischen Verbindung eine Bindung eingehen muss, um der davon zu werden. Dadurch kann beispielweise ein dreiwertiges Atom auch mit neun anderwertigen Atomen ein Molekül bilden. Dabei kann es sich nur mit maximal drei von den neun Atomen über eine chemische Bindung verbinden.  Grundsätzlich wird die Wertigkeit in römischen Zahlen notiert.

Stärke von Säuren und Basen

Aus dem Protolysegleichgewicht ergibt sich die Stärke von Säuren und Basen nach Brønsted. Umso grösser die Gleichgewichtskonstante ist, desto stärker ist die Säure, was zu einem höheren Wert führt, wodurch erkennbar ist, dass die entsprechende Base stark ist. Anhand der Werte unterscheidet man zwischen sehr starken, starken, schwachen und sehr schwachen Basen beziehungsweise Säuren. Eine sehr starke Säure ist jedoch nicht gleichzusetzten mit einer sehr aggressiv wirkenden Säure. Ein Beispiel dafür ist die schwache Flusssäure, welche aber trotz ihrer «Schwäche» die meisten Metalle, Kunststoffe, Gläser und Mineralien auflöst. Nach dem Massenwirkungsgesetz lässt sich die Protolyse einer bestimmten Säure in Wasser wie folgt beschreiben:

Genau wie beim Autoprotolysegleichgewicht vom Wasser wird hier die Konzentration als konstante Grösse miteinbezogen. Das Produkt davon wird als Säurekonstante bezeichnet.  Genau auf die gleiche Weise ist die Basenkonstante einer Base definiert. Umso vollständiger die Protonenübertragung erfolgt, desto stärker liegt das Protolysegleichgewicht auf der rechten Seite und umso stärker ist die jeweilige Base beziehungsweise Säure. Daraus kann man ablesen, dass umso grösser der Wert ist desto stärker die Säure oder Base.

Stöchiometrie

Die Stöchiometrie ist eines der einfachsten und grundlegendsten mathematischen Hilfsmittel in der Chemie. Sie beruht auf dem Massenerhaltungssatz und beschäftigt sich mit der Frage, welche quantitativen Informationen man aus einer Reaktionsgleichung gewinnen kann.

Stoffe

Ein Stoff kann dadurch beschrieben werden, dass er eine Masse besitzt und man ihn beobachten sowie untersuchen kann. Einen bestimmten Raum, der keine Stoffe enthält, nennt man Vakuum. Zudem werden elektromagnetische Wellen, wie beispielsweise Licht, nicht zu den Stoffen gezählt.
In der Umgangssprache nennt man chemische Stoffe auch Substanzen. In der Chemie jedoch bezeichnet eine Substanz nur Stoffe in fester Form, sogenannte Feststoffe.
Grob kann man Stoffe in der Chemie in Reinstoffe und in Gemische unterteilen. Reinstoffe sind beispielsweise Kochsalz (Natriumchlorid), Eisen und Alkohol (Ethanol). Beispiele für Stoffgemische sind Luft, Bier oder Stahl.
Jede Portion oder Einheit eines Stoffes besitzt eine Masse, hat ein Volumen und besitzt eine innere Energie, beziehungsweise Wärmeenergie. Auch wenn der Stoff der Gleiche ist, kann seine Form unterschiedlich sein. Eisen kommt zum Beispiel in allen möglichen Formen vor.

Stoffeigenschaften

Oft ist von Eigenschaften von Stoffen zu lesen. Diese Stoffeigenschaften lassen sich in mehrere Gruppen unterteilen:

Physikalische Stoffeigenschaften:
– Dichte
– Elektrische Leitfähigkeit
– Farbe
– Härte
– Löslichkeit
– Magnetisierung
– Oberflächenspannung
– Optische Aktivität
– Schallgeschwindigkeit
– Schmelztemperatur
– Siedetemperatur
– Verformbarkeit
– Viskosität
– Wärmeleitfähigkeit
– Wasserlöslichkeit

Chemische Stoffeigenschaften:
– Angreifbarkeit durch Säuren oder Laugen
– Bindungsenergie
– Brennbarkeit
– Elektronennegativität
– Explosivität
– Korrosionsbeständigkeit
– Reaktivität
– Säure- und Basekonstante

Physiologische Eigenschaften:
Diese bezeichnen chemische und physikalische Stoffeigenschaften unter dem Aspekt der Wahrnehmbarkeit oder der Auswirkungen auf die Umgebung.
– Geruch
– Geschmack
– Toxizität
– Resorption

Stoffmenge – Mol

Durch die Stoffmenge wird die quantitative Mengenangabe für Stoffe, besonders in der Chemie, angegeben. Diese Stoffmenge ist dabei weder Masse noch Teilchenzahl, sondern festgelegt im Internationale Einheitensystem (SI) durch willkürliche Vereinbarung als Basisgrösse eigener Art. Daraus zu schliessen ist, das sie auch nicht durch andere SI-Basisgrössen darstellbar ist. Das Mol ist die Einheit der Stoffmenge und eine SI-Basiseinheit.

Wenn das Mol verwendet wird muss die zugrunde gelegte Anzahl der Teilchen exakt festgelegt werden; ein Mol eines Stoffes enthält etwa 6,02214179·1023 (602 Trilliarden) solcher Teilchen (Avogadro-Zahl NA, auch Loschmidt-Zahl).

Diese Teilchen können auch Äquivalentteilchen oder kurz Äquivalente sein, sozusagen Bruchstücke der realen Teilchen.

Für die Stoffmenge nX und die Masse mX einer Stoffportion eines Reinstoffes X und dessen molaren Masse MX gilt folgender Zusammenhang:

Van der Waals Kräfte / Bindungen

Grundsätzlich bestehen Moleküle aus zwei oder mehr Atomen, welche miteinander verbunden sind (kovalente Bindung). Die Elektronen dieser Moleküle sind immer in Bewegung. Als Folge davon verteilen sich die Ladungen innerhalb des Moleküls kurzzeitig ungleichmässig. In diesem Zusammenhang wird von einem Dipol gesprochen. Wenn jetzt die positive Seite eines Moleküls an einer negativen Seite eines anderen Moleküls liegt, ziehen sie sich gegenseitig an. Das führt zu einer ungleichmässigen Ladungsverteilung des Nachbarmoleküls und der Vorgang setzt sich bei weiteren Molekülen fort.

Die Van der Waals Kräfte…

  • … sind recht schwache Kräfte zwischen Atomen und Molekülen
  • … wirken umso stärker, je grösser die Moleküle sind
  • … erhöhen die Siedetemperatur bei langkettigen Alkanen

Wasserhärte

Wasserhärte ist ein Begriff der angewandten Chemie, dass sich als Folge des Bedürfnisses nach dem Gebrauch von natürlichem Wasser mit seinen gelösten Inhaltsstoffen entwickelt hat. Genauer gesagt gibt die Wasserhärte die Äquivalenzkonzentration der im Wasser gelösten Ionen der Erdalkalimetalle aber in speziellen Fällen auch deren anionischen Partner an. Grundsätzlich zählen zu den ,,Härtebildnern’’ Magnesium und Calcium sowie in kleinen Mengen bzw. Spuren Barium und Strontium. Wenn Härtebildner gelöst werden können sie unlösliche Verbindungen bilden, vor allem bei Kalk und Kalkseifen ist dies der Fall. Die Tendenz zur Bildung von unlöslichen Verbindungen ist einer der Gründe, welche zur Entstehung des Begriffs- und Theoriesystems der Wasserhärte geführt haben. Weiches Wasser steht im Gegensatz zu hartem Wasser und ist für folgende Anwendungen besser geeignet; zum Waschen, zum Giessen von Pflanzen, zum Erhitzen von Wasser. Weiches Wasser kommt in Regionen vor, in welchen Granit, Basalt, Schiefer-Gesteine und Gneis vorherrschen. Auch das Regenwasser ist weiches Wasser.

Durch hartes Wasser verkalken Haushaltsgeräte, der Verbrauch von Spül- und Waschmitteln wird erhöht und es beeinträchtigt den Geschmack von empfindlichen Speisen und Getränken (z.B. Tee). Hartes Wasser kommt vor in Gebieten, wo Kalk- und Sandgesteine vorherrschen.

Wasserstoffbrückenbindungen

Chemische Bindungen mit einer freien Enthalpie von 10-20 kJ/mol werden Wasserstoffbrückenbindungen genannt. Ihre Bindungsenergien liegen deutlich unter denen der Atombindung und der ionischen Bindung. Dies ist mit dem Umstand zu erklären, dass Wasserstoffbrückenbindungen elektrostatischer Form sind.

Wasserstoffbrücken entstehen, wenn zwei Moleküle oder zwei geeignete weit voneinander getrennte Abschnitte von einem Makromolekül über Wasserstoffatome (H) in Wechselwirkung treten. Das Wasserstoffatom muss in einer kovalenten Bindung mit einem stark elektronegativen Atom (z.B. N,O,F) sein. Dadurch wird dem Wasserstoffatom eine positive Partialladung und dem Bindungspartner eine negative Partialladung verschafft, weil das elektronegativere Atom eine starke Anziehungskraft auf das gemeinsame Elektronenpaar ausübt. Es wird dabei von der Ausbildung eines positiven Pols und eines negativen Pols oder auch von einem Starken Dipol gesprochen. Durch die elektrostatischen Kräfte der Dipole kommt es zu einer Ausrichtung und gegenseitiger Anziehung der Dipole (der -Pol eines Dipols zieht den +Pol eines andern Dipols an). Somit ist eine Wasserstoffbrücke gebildet. Oder die Wasserstoffbrücke wird nun vom Wasserstoffatom des einen Moleküls zu einem Atom mit einer negativen Partialladung eines anderen Moleküls gebildet.

H-O-H….O-H2