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Bayern Abitur Chemie

Abitur · ISB BayernChemie50 notas en 12 carpetas, 271 KB

50 apuntes de estudio para ISB Bayern Abitur Chemie, creados por cookie, en 12 secciones que siguen los temas del curso.

Notes in German for the Bavarian Abitur in Chemistry (G9 LehrplanPLUS, Jahrgangsstufen 12 and 13, erhöhtes Anforderungsniveau), in folders for each of the plan's content areas in its order, from atomic structure, analysis and bonding to equilibria, electrochemistry, dyes, acids and bases, macromolecules and sustainability. Each note has the concepts, reactions, mechanisms and worked calculations. Delete any folder you don't need once the notes are yours.

Al añadirlas, se guardará una copia en tus notas, en una carpeta propia con las carpetas que aparecen debajo. Podrás modificarlas y convertirlas en tarjetas de estudio o en un mazo de preguntas. Al descargarlas, obtendrás un archivo zip con archivos markdown que se pueden abrir en cualquier aplicación de notas.

Qué contiene

  • Atombau und koordinative Bindung
    • Feinbau der Elektronenhülle und Quantenzahlen6 KB
    • Elektronenkonfiguration und Periodensystem6 KB
    • Komplexverbindungen6 KB
  • Analytik
    • Ionennachweise und Blindproben4 KB
    • Nachweise organischer Stoffklassen4 KB
    • Chromatographie5 KB
    • Redoxtitration und Manganometrie4 KB
    • Komplexometrische Titration und Wasserhärte4 KB
    • Fotometrie und Lambert-Beersches Gesetz4 KB
  • Chemische Bindung
    • Bindungs- und Wechselwirkungstypen und Stoffklassen6 KB
    • Elektronen als Welle, Wellenfunktion und Orbitale5 KB
    • Molekülorbitale und LCAO-Modell6 KB
    • Hybridisierung, Bindungslängen und Mesomerie8 KB
  • Kohlenwasserstoffe
    • Rohstoffe und Energieträger4 KB
    • Reaktionsenergie, Enthalpie und Satz von Hess7 KB
    • Benzol und Aromaten5 KB
    • Induktive und mesomere Effekte5 KB
    • Reaktionsmechanismen der Kohlenwasserstoffe6 KB
    • Nukleophile Substitution, Halogenkohlenwasserstoffe und aromatische Verbindungen5 KB
  • Reaktionsgeschwindigkeit
    • Reaktionsgeschwindigkeit und Stoßtheorie6 KB
    • Katalyse4 KB
  • Chemisches Gleichgewicht
    • Dynamisches Gleichgewicht und Prinzip von Le Chatelier5 KB
    • Massenwirkungsgesetz und Rechnungen5 KB
    • Löslichkeitsgleichgewichte und Löslichkeitsprodukt5 KB
    • Technische und natürliche Gleichgewichte4 KB
  • Redoxgleichgewichte
    • Galvanische Zellen und elektrochemische Spannungsreihe6 KB
    • Konzentrationsabhängigkeit des Redoxpotentials und Nernst-Gleichung4 KB
    • Primärzellen und Brennstoffzelle5 KB
    • Entropie und Gibbs-Helmholtz-Gleichung6 KB
    • Energieumwandlung, Elektrolyse, Sekundärzellen und Elektromobilität5 KB
  • Farbigkeit und Farbstoffe
    • Licht, Farbe und Absorption5 KB
    • Bau von Farbstoffen und Substituenten5 KB
    • Synthese von Azo- und Triphenylmethanfarbstoffen5 KB
    • Färben, Indikatoren und Verwendung von Farbstoffen7 KB
  • Säure-Base-Gleichgewichte
    • Protolyse, pH-Wert und Säure- und Basenstärke5 KB
    • pH-Berechnung für Säuren und Basen5 KB
    • Säure-Base-Titration und Titrationskurven6 KB
    • Säure-Base-Puffer5 KB
  • Natürliche Makromoleküle
    • Aminocarbonsäuren6 KB
    • Stereochemie am Beispiel der Aminocarbonsäuren5 KB
    • Peptide und Proteine7 KB
    • Enzyme und Verwendung von Proteinen6 KB
  • Synthetische Makromoleküle
    • Kunststoffe: Bau, Einteilung und Eigenschaften6 KB
    • Synthese von Kunststoffen: Polymerisation, Polykondensation, Polyaddition6 KB
    • Silikone, elektrisch leitfähige Kunststoffe und OLED7 KB
    • Verwertung von Kunststoffabfall und Rohstoffe der Kunststoffherstellung5 KB
  • Energie und Nachhaltigkeit
    • Photosynthese, Wasserspaltung und Wasserstoffspeicher7 KB
    • Elektrolyse, Überspannung und Faraday-Gesetze6 KB
    • Korrosion und Korrosionsschutz7 KB
    • Energiespeicherung und Wertstoffkreisläufe5 KB

La primera nota

Atombau und koordinative Bindung / Feinbau der Elektronenhülle und Quantenzahlen

Linienspektren und Energiestufen

Erhitzt man Wasserstoff-Gas in einer Gasentladungsröhre, sendet es Licht nur bei bestimmten Wellenlängen aus, sodass im Spektrometer einzelne Linien erscheinen. Ein kontinuierliches Spektrum wie das einer Glühlampe entsteht nicht. Das lässt sich nur deuten, wenn die Elektronen im Atom bestimmte Energiewerte annehmen können: Beim Übergang von einer höheren Energiestufe E2E_2 auf eine niedrigere E1E_1 wird ein Photon mit der Energie

ΔE=E2−E1=h⋅f=h⋅cλ \Delta E = E_2 - E_1 = h \cdot f = \frac{h \cdot c}{\lambda}

abgegeben. Jede Spektrallinie gehört also zu einem Übergang zwischen zwei Energiestufen. Beim Wasserstoff-Atom gilt für die Energie der Stufe mit der Hauptquantenzahl nn

En=−13,6 eVn2n=1,2,3,… E_n = -\frac{13{,}6\,\mathrm{eV}}{n^2} \qquad n = 1, 2, 3, \dots

Die Energie ist negativ, weil das Elektron gebunden ist; für n→∞n \to \infty nähert sie sich null, und das Elektron ist vom Atom gelöst. Die Energiestufen rücken mit wachsendem nn immer näher zusammen. Die sichtbaren Linien des Wasserstoffs (Balmer-Serie) entstehen bei Übergängen aus Stufen mit n≥3n \geq 3 auf die Stufe n=2n = 2.

Flammenfärbungen und die Emissionsspektren anderer Elemente beruhen auf demselben Prinzip. Natrium färbt die Flamme gelb, Lithium karminrot, Kalium violett und Kupfer grün; jedes Element hat ein eigenes Linienmuster, weil seine Energiestufen charakteristisch sind.

Hinweise auf Unterenergiestufen

Das einfache Schalenmodell mit einer Energiestufe je Hauptquantenzahl reicht für Atome mit mehreren Elektronen nicht aus. Zwei experimentelle Befunde zeigen das.

Die Emissionsspektren von Mehrelektronenatomen haben weit mehr Linien, als Übergänge zwischen nur einer Stufe je Schale erlauben würden. Jede Schale muss sich also in Unterstufen aufspalten.

Die ersten Ionisierungsenergien der Elemente der zweiten Periode steigen nicht gleichmäßig an:

ElementLiBeBCNOFNe
Ei1E_\mathrm{i1} in kJ/mol\mathrm{kJ/mol}52089980110861402131416812081

Beim Übergang von Beryllium zu Bor und von Stickstoff zu Sauerstoff sinkt die Ionisierungsenergie. Das Bor-Elektron, das als erstes in die 2p2\mathrm{p}-Stufe kommt, ist energetisch etwas höher als die 2s2\mathrm{s}-Elektronen und lässt sich leichter entfernen. Die zweite Unterbrechung entsteht, weil beim Sauerstoff erstmals zwei Elektronen in einem p-Orbital sitzen und sich abstoßen. Beides lässt sich nur erklären, wenn die zweite Schale aus mindestens zwei Unterstufen besteht. Sie werden durch die Nebenquantenzahl ll unterschieden.

Dasselbe gilt in der dritten Periode: Magnesium (738 kJ/mol) liegt über Aluminium (578 kJ/mol).

Natrium-Doppellinie, Zeeman-Effekt und Stern-Gerlach-Versuch

Bei hoher Auflösung besteht die gelbe Natrium-Linie (etwa 589 nm) aus zwei dicht benachbarten Linien bei etwa 589,0 nm und 589,6 nm. Mit Haupt- und Nebenquantenzahl allein ist das nicht zu erklären, denn der Übergang müsste einheitlich sein. Es muss eine weitere Eigenschaft des Elektrons geben, die zwei nahe beieinanderliegende Energiewerte zulässt. Das Elektron besitzt einen Spin, eine Eigenschaft, die sich wie ein Eigendrehimpuls mit zwei möglichen Einstellungen verhält und ein magnetisches Moment mit sich bringt.

Weitere Belege liefern zwei Experimente:

  • Der Zeeman-Effekt: In einem Magnetfeld spalten Spektrallinien in mehrere Linien auf. Die Energie eines Zustands hängt also von der räumlichen Einstellung des Bahndrehimpulses im Feld ab, was die magnetische Quantenzahl mlm_l nötig macht.
  • Der Stern-Gerlach-Versuch: Ein Strahl von Silber-Atomen, deren äußeres Elektron in einem s-Zustand ohne Bahndrehimpuls sitzt, wird in einem inhomogenen Magnetfeld in genau zwei Teilstrahlen aufgespalten. Das Elektron hat demnach zwei Einstellungen seines magnetischen Moments, die zur Spinquantenzahl msm_s gehören.

Die vier Quantenzahlen

Der Zustand eines Elektrons in der Atomhülle wird durch vier Quantenzahlen beschrieben.

QuantenzahlSymbolWerteBedeutung
Hauptquantenzahlnn1,2,3,…1, 2, 3, \dotsSchale, Größe des Orbitals und Hauptanteil der Energie
Nebenquantenzahlll0,1,…,n−10, 1, \dots, n-1Form des Orbitals, Unterschale
Magnetische Quantenzahlmlm_l−l,…,0,…,+l-l, \dots, 0, \dots, +lOrientierung des Orbitals im Raum
Spinquantenzahlmsm_s+12+\tfrac{1}{2} oder −12-\tfrac{1}{2}Einstellung des Elektronenspins

Für l=0,1,2,3l = 0, 1, 2, 3 schreibt man die Unterschalen als s, p, d und f. Ein Orbital ist durch die drei Zahlen nn, ll und mlm_l festgelegt, und in jedem Orbital haben höchstens zwei Elektronen Platz, die sich in msm_s unterscheiden.

Daraus folgt der Aufbau der Schalen:

nnUnterschalenOrbitaleElektronen (höchstens)
11s12
22s, 2p1 + 3 = 48
33s, 3p, 3d1 + 3 + 5 = 918
44s, 4p, 4d, 4f1 + 3 + 5 + 7 = 1632

Allgemein hat die Schale nn genau n2n^2 Orbitale und fasst 2n22n^2 Elektronen. Eine Unterschale mit der Nebenquantenzahl ll enthält 2l+12l + 1 Orbitale.

Form der Orbitale

Ein s-Orbital (l=0l = 0) ist kugelsymmetrisch. Die drei p-Orbitale (l=1l = 1, ml=−1,0,+1m_l = -1, 0, +1) sind hantelförmig und stehen senkrecht aufeinander; sie liegen entlang der x-, y- und z-Achse und heißen px\mathrm{p_x}, py\mathrm{p_y} und pz\mathrm{p_z}. Die fünf d-Orbitale haben meist vier Keulen. Alle Orbitale derselben Unterschale sind im freien Atom energiegleich, man nennt sie entartet. Die Größe der Orbitale nimmt mit nn zu, und die Orbitale mit höherem nn haben zusätzliche Knotenflächen, auf denen das Elektron nicht anzutreffen ist.

Beispiel: Quantenzahlen eines Elektrons

Für ein 3p-Elektron ist n=3n = 3 und l=1l = 1. Mögliche Werte sind ml∈{−1,0,+1}m_l \in \{-1, 0, +1\} und ms=±12m_s = \pm\tfrac{1}{2}, also sechs verschiedene Quantenzahlkombinationen. Die Kombination n=2n = 2, l=2l = 2 gibt es nicht, weil ll höchstens n−1=1n - 1 = 1 sein darf; eine 2d-Unterschale existiert daher nicht.

Y 49 más cuando las añadas o descargues.

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