Eröffnet
04/97; von 04/99 bis 02/00 geschlossene Benutzergruppe; ab 02/00
für alle offen im Nachhilfeforum der Schulchemie-Website!
Was Schüler im Chemieunterricht gerne verstehen würden, aber ihren Chemielehrer nicht (mehr) zu fragen wagen ... |
Ein paar Bedingungen ...
... sollten erfüllt sein, wenn die Nachhilfe wirklich was bringen soll!
Für alle offen ist das Nachhilfeforum der Schulchemie-Website (ab 25.01.00) - hier kann jeder fragen und jeder kann helfen!
|
An
dieser Stelle veröffentliche ich in unregelmässigen Abständen
die wichtigsten Fragen/Antworten aus dem Forum (auch für den Fall,
dass der Forum-Server mal nicht erreichbar ist). Diskussionen/Threads sind
natürlich nur im Forum möglich.
Tipp:
Zum Teil können die Beiträge auch im druckfreundlicheren pdf-Format
aufgerufen werden (benötigt Acrobat Reader). Beachten Sie aber die
jeweils im "pdf"-Bildnamen angezeigten Dateigrössen.
... und hier gab es (in der "Vor-Nachhilfeforum-Zeit") einige der beantworteten Fragen!
(Die
Fragen/Antworten vom 22.04.97 - 22.06.97 sind im Archiv
I)
(Die Fragen/Antworten vom 23.06.97 - 15.12.97 sind im Archiv
II)
Wie ist das Prinzip der Säuren und Basen? Ich weiß, daß Säuren H+-Ionen abgeben können und Basen die H+-Ionen aufnehmen. Aber wie ist das mit den OH--Ionen, die angeblich frei werden, wenn man die Basen mit Wasser verbindet? |
Also Säuren geben H+ ab, während Basen H+ aufnehmen. Daraus ergibt sich erstens, daß Säuren nur Teilchen sein können, die H enthalten - und zwar H verbunden mit einem Atom, das Elektronen an sich zieht. Das tun "typische" Nichtmetallatome wie z. B. O, S und die Halogene (F, Cl, Br, I). Man sagt auch, diese Atome haben eine "höhere Elektronegativität" als H. Beispiele:
HCl ist übrigens Chlorwasserstoffgas, das man in Wasser gelöst Salzsäure nennt. Aus der Säure-Base-Definition ergibt sich zweitens, daß Basen Teilchen sein müssen, die "irgendwie" noch "Platz" für ein H+ haben. Solche Teilchen sind entweder negativ geladen (dann ziehen sie H+ regelrecht an) oder sie haben Elektronenpaare, die nicht für Bindungen genutzt werden (d. h. nicht gemeinsam zwei Atomen gehören), sondern "frei" sind. Beispiele: Cl- ist eine Base. Es könnte das H+ wieder aufnehmen und würde
dann wieder zu HCl (das tut es aber nicht gern, weil es sich allein "wohler"
fühlt). H2O + H+ -----------> H3O+ Und daraus ergibt sich schließlich drittens, daß Säuren und Basen Partner sind, die zusammengehören, so wie ein Spender und ein Spenden-Empfänger zusammengehören: Der eine gibt, der andere nimmt. Wenn keiner nimmt, dann können Sie auch nichts geben - und wenn keiner gibt, dann können Sie auch nichts nehmen. In der Sprache der Chemie: Wenn keine Base da ist, gibt auch kein Teilchen ein Proton her - gibt es also auch keine Säure. Wenn aber Säure und Base da sind, findet ein H+-(d. h. Protonen-)Übergang statt: H-Cl + H2O -----------> H3O+ + Cl- Die Säure (H-Cl) ist der Protonenspender, die Base (H2O) ist der Protonenempfänger. Wasser kann aber auch Säure sein! Nehmen wir ein Teilchen, das in Seifen vorkommt: Es hat die Formel C17H35COO-,
besteht also aus insgesamt 18 C-Atomen, 35 H-Atomen und zwei O-Atomen und ist negativ
geladen (man nennt es "Stearat-Ion"). Dieses Teilchen "fühlt sich so wie
es ist nicht wohl" und möchte furchtbar gerne ein H+ aufnehmen. Es möchte also
unbedingt zu C17H35COOH werden. H2O + C17H35COO- -----------> OH- + C17H35COOH Da sind sie, die OH--Ionen, die frei werden, wenn man Basen mit Wasser reagieren läßt (wobei - wie gesehen - Wasser als Säure reagiert). Und so sehen wir viertens, daß es oft auf den Partner ankommt, ob ein Teilchen als Säure oder als Base reagiert. Wenn beide Teilchen Säure sein könnten, dann ist die Frage: Welches Teilchen ist die stärkere Säure (d. h. möchte sein H+ lieber hergeben)? Wenn beide Teilchen Base sein könnten, dann ist die Frage: Welches Teilchen ist die stärkere Base (d. h. möchte lieber ein H+ aufnehmen)? Wasser kann - je nachdem - Säure oder Base sein, je nach Partner. Und das gilt auch für viele andere Teilchen - aber das würde jetzt vielleicht zu weit führen. Man nennt solche Teilchen, die sowohl ein Proton hergeben als auch ein Proton aufnehmen können (je nach Partner), auch Ampholyte. |
Warum entsteht bei der Reaktion von Silbernitratlösung, Natronlauge, Ammoniak und Ethanal und nachfolgendem Erwärmen ein Silberspiegel? |
Die Lösung enthält einen Komplex von Ag+ mit Ammoniak, in dem Ag+ gegen Ausfällung zu AgOH geschützt ist: [Ag(NH3)2]+ Ammoniak selbst reagiert hier nicht mit, d. h. es geht aus der Reaktion unverändert hervor. Es entsteht zunächst durch den nucleophilen Angriff von OH- am positiv polarisierten Carbonyl-C-Atom des Ethanals ein negatives H-Ion (Hydrid-Ion); die Elektronen stammen von C, das dadurch oxidiert wird (die Elektronen, die die OH-Gruppe am Carbonyl-C-Atom binden, werden nämlich aufgrund der höheren EN des O-Atoms eben diesem O-Atom zugerechnet und fehlen damit dem Carbonyl-C-Atom): R-CHO + OH- ergibt R-COOH + H|-
H|- + 2 Ag+ ---> H+ + 2 Ag (das ist das metallische Silber, das den Silberspiegel macht!) Jetzt wird noch ein OH- Ion verbraucht, wobei ein H2O-Molekül entsteht: H+ + OH- ergibt H2O |
Ich würde gerne alles über Seifen wissen: Zusammensetzung? Funktion? Warum kann man damit reinigen? |
Seifen sind die Alkalisalze (d. h. Na- oder K-Salze) von Fettsäuren. Herstellung: Öl/Fett kocht man mit Natronlauge oder Kalilauge. Das Öl wird durch NaOH (bzw. KOH) in Glycerin und Seifen gespalten: Fett + 3 NaOH ergibt Glycerin + 3 RCOO-Na+.
Diese Seifen, genauer gesagt: die negativen Fettsäure-Anionen (in unserem Fall C17H33COO- , C17H35COO- und C17H31COO- ), haben einen großen unpolaren Teil - den Kohlenwasserstoff-Teil - und einen kleinen polaren Teil - die Carboxylgruppe COO-. Das soll im folgenden Bild veranschaulicht werden. Teilchen, die so aussehen, nennt man Emulgatoren, weil sie emulgieren können, d. h. zwei eigentlich nicht mischbare Systeme wie Wasser und Öl trotzdem vermischen. Darauf beruht die Waschwirkung!
Stelle dir vor, das vom Emulgator umhüllte Öltröpfchen kommt in die
Nähe dieser Faseroberfläche. Die polaren Teile des Emulgators (die "Köpfe")
zeigen dann aufeinander und stoßen sich ab. C17H33COO- + H2O ---------> C17H33COOH + OH- |
Was versteht man eigentlich unter dem Bohrschen Atommodell? Wo liegt sein Vorteil, wo liegen seine Grenzen? Und was bedeutet der Satz "Absorption und Emission von Energie (E) entsprechen Quantensprüngen"? |
Atome bestehen aus Protonen (positiv geladen), Neutronen (ungeladen) und
Elektronen (negativ geladen). Protonen und Neutronen sind viel schwerer als das Elektron.
Wie man weiß, bilden die Protonen und Neutronen einen "Klumpen" - den
sogenannten "Atomkern" - , der (weil die Protonen drin sind) positiv geladen
ist.
Man legt sich nun bestimmte Erklärungsversuche zu, um
diese Meßergebnisse zu deuten und damit die Elektronenhülle zu beschreiben. Diese
Erklärungsversuche nennt man Atommodelle. Da gibt es einfache,
verständliche Erklärungsversuche (=Atommodelle). Sie haben aber den Nachteil, daß man
nicht alle Messergebnisse damit erklären kann - ein Teil der Messergebnisse sagt
"ja, so ist es!", ein anderer Teil der Messergebnisse sagt "nein, so kann
es nicht sein!". Man spricht dann von den "Grenzen des Atommodells". Ein
solches einfaches Modell ist das Bohrsche Atommodell.
Und weil sie größer werden, haben auch immer mehr
Elektronen darauf Platz: Auf der innersten, dem Kern am nächsten und damit kleinsten
Schale zwei, auf der nächsten schon acht, auf der dritten achtzehn;
auf der siebten Schale haben schließlich 98 Elektronen Platz. Wie kam Bohr darauf? Da gibt es ein Experiment, bei dem man die Elektronen vom Kern "wegstößt", ihnen also mehr Energie gibt. Das kann man mit verschiedenen Mitteln machen, z. B. mit Strahlung.
Ganz genau dieselbe Beobachtung wie vorhin: Beim "Zurückgehen"
werden nur ganz bestimmte "Mengen" an Energie als Licht abgestrahlt.
Dieses Licht besteht also nicht - wie das Sonnenlicht - aus einer gleichmäßigen Mischung
aller Farben, sondern es besteht nur aus ganz bestimmten Farben*), die
man bei der Untersuchung dieses Lichts als "Spektralfarben" erkennt.
Natriumatome, die man so behandelt, strahlen z. B. nur gelbes Licht ab!
Um diese Punkte erklären zu können, braucht man eine andere Vorstellung vom Atom - ein anderes "Atommodell". |
Was genau versteht man unter dem Molbegriff? Was genau ist die Wertigkeit der Atome? |
Zum Molbegriff und zur Wertigkeit könnte man jetzt eine
wissenschaftliche Abhandlung schreiben, aber ich vermute, dass es hier eher um eine Frage
aus dem Anfangsunterricht in Chemie geht.
Nun zur Wertigkeit: Wenn sich Atome verbinden, kann man sich das so vorstellen, als reichten sie sich die Hände. Diese "Hände" können einzelne Elektronen sein, die sich dann im Händedruck zu einem Elektronenpaar vereinigen; diese "Hände" können auch Ladungen sein - eine Hand positiv, die andere negativ, so ziehen sie sich an und sind verbunden. Die Zahl der "Hände" - das ist die Wertigkeit. Die besondere Regel bei dieser "Hände-Vorstellung" ist, dass keine Hand frei bleiben darf - bei keinem Beteiligten! Stellen wir uns jetzt ein Treffen dieser "Atom-Hände-Wesen" vor, an dem
einhändige, zweihändige, dreihändige usw. "Atomwesen" teilnehmen. Da sind die
einhändigen "Wasserstoffs", die zweihändigen "Sauerstoffs" - und von
den "Schwefels" sind gar drei verschiedene Arten gekommen: Die zweihändigen
"Schwefel-zweis", die vierhändigen "Schwefel-viers" und die
sechshändigen "Schwefel-sechsens". Es soll nun versucht werden, verschiedene
Gruppierungen zusammenzustellen, in denen jeweils "keine Hand frei bleibt". Zusammengefaßt: |
Wir
sollen erklären, wie die unterschiedlichen Löslichkeiten zustande kommen:
(Frage etwas verkürzt wiedergegeben) |
Wenn Ag+
(aus AgNO3 ) und Cl- (aus NaCl) zusammentreffen, fällt unlösliches
AgCl aus (erster Versuch). Des weiteren entsteht (lösliches) NaNO3. Beim zweiten Mal fällt dagegen kein AgCl aus. Die Erklärung: Das Ag+-Ion umgibt sich mit zwei NH3-Molekülen, so daß ein Gebilde der folgenden Formel entsteht: [Ag(NH3)2]+. Man nennt das den Diamminsilber(I)-Komplex. Die Ladung des Silberions bleibt erhalten, weil NH3 ungeladen ist (die (I) steht für die Ladung von Ag). Ag+ ist das "Zentralion", NH3 der "Ligand". Diese "Liganden" sind jedoch nicht mittels "normaler" Atombindung an das Zentralion gebunden, sondern es handelt sich - grob gesagt - um den Spezialtyp einer Elektronenpaarbindung, bei der beide Bindungselektronen von einem Partner - dem Liganden - gestellt werden. In dem so gebildeten Komplex ist Ag+ gegen den "Angriff" von Cl- geschützt - es entsteht kein unlösliches AgCl. Die Gleichung müsste lauten NaCl + AgNO3 + 2 NH3 ----> [Ag(NH3)2]Cl + NaNO3 (alles auf der rechten Seite ist löslich). Es ist fast so,
als wenn ein liebliches junges Mädchen (Ag+) allein ausgeht und einen
wunderschönen jungen Mann (Cl-) trifft: Die beiden liegen sich in den Armen
und haben für ihre Umgebung keine Augen mehr ("Ausfällung als AgCl"). Doch zurück zur Chemie: Aus dem Gesagten ergibt sich auch, daß Liganden
mindestens ein freies (nichtbindendes) Elektronenpaar haben müssen. Es
sind also z. B. möglich: OH-, Halogen-Ionen, SCN-, H2O,
NH3 und eben auch S2O32-, wie im nächsten
Versuch. Hier entsteht der Komplex [Ag(S2O3)2]3-,
der sogenannte Dithiosulfatoargentat(I)-Komplex. Die Komplexladung ergibt sich aus 2 x
(2-) + (+1) = 3-. Auch in diesem Komplex ist Ag+ gegen die Ausfällung als AgCl
geschützt. Übrigens: Wenn bei Komplex-Reaktionen Farbänderungen entstehen, ist das ein Hinweis auf den Austausch von Liganden (z. B. H2O gegen Cl- in Cu2+ - Komplexen). In der obigen Story wäre das der Austausch einer strengen Tante (oder sogar beider) gegen einen noch strengeren Onkel (oder sogar zwei Onkels)- der Komplex wäre dann Mädchen/Tante/Onkel oder sogar Mädchen/Onkel/Onkel, und das sieht in der Tat doch viel anders aus! |
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