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Chemie (E-Phase)

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 Batterien & Akkus
Batterie: Nennt man auch Primäreelle. Wenn die Stoffe zur Energieumwandlung erschöpft sind, hat die Batterie keine weiter
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Bindungsarten Elektronegativität Oxidationszahlen Redoxgleichungen u. Redoxreihe Galvanische Zelle Batterien, Akkus u. Zellspannung

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Batterien & Akkus Batterie: Nennt man auch Primäreelle. Wenn die Stoffe zur Energieumwandlung erschöpft sind, hat die Batterie keine weitere Verwendung. Es wurden Trockenbatterien entwickelt, für eine bessere Verwendung (mobiler). Bsp. Zink-Kohle-Batterie: Einer der ersten Batterien, welche eine Spannung von 15 Y liefert. Problematisch ist, class durch die Ablagerung von Feststoffen an der Elektrode der elektrische Widerstand steigt und somit die Leistung sinkt. Batterien sind nicht wieder aufladbar und müssen gesondert entsorgt werden! Akkumulatoren: Nennt man auch Sekundārzelle. Ein Beispiel ist der Bleiakkumulator, auch Autobatterie genannt. Vorteil bei einem Aktu ist, class er wieder aufladbar ist. Durch eine äußere Spannung lässt sich die Reaktion cles Entlacens wieder umkehren. Im Gegensatz zu einer Batterie, kann ein Akku wieder gelachen werden. Lithium-Ionenakkumulator: Dieser Aktu ist eine sehr leistungsfähige Zelle, da es eine sehr hohe Zellspannung besitzt (3,7V). Zudem besteht viel Energie bei geringer Hasse. Besonderheit von diesem Aktu ist, class die U-lonen nur als Ladungsträger dienen und nicht an den Elektrocenreaktionen teilnehmen. Berechnung der Zellspannung U = E(Akzeptorhalbzelle)-E (Donatorhalbzelle) Chemie ELEMENT: Ein Element ist ein Reinstoff, welcher sich nicht in weitere Teile zerteilen lässt. Die kleinste Henge eines Elements ist ein Atom. KLAUSURVORBEREITUNG ATOM: besteht immer aus einem Kern (Protonen & Neutronen) und der Schale (Elektronen). MOLEKUL: besteht aus zwei oder mehratomigen Teilchen, die durch eine...

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chemische Bindung zusammengehalten werden ON positiv oder negativ geladenes Atom; oder Molekul Elektronenpoor bindung Reaktionen von Nichtmetallen mit Nichtmetallen • Bindung über gemeinsame Elektronenpaare (Ziel: Edelgas konfiguration) • negativ geladene Elektronen werden von beiden positiven Atomkernen angezogen unpolare Elektronenpaar bindung unpolar: beide Elektronen werden ● gleich stark von beteiligten positiv geladenen Atomkernen angezogen bei EN-Differenz <~0.5 polare Elektronenpaarbindung polar: beide Elektronen des bindenden Elektronenpaares werden von einem Atomkern stärker angezogen ● • alle Stoffe, in denen dieser Bindungstyp vorliegt, gehören zu den Salzen EN-Differenz >~ 1,7 Ladungsverschiebung entsteht bei EN-Differenz ~015-117 lonenbindung lonen entstehen aus Atomen durch Elektronenübergang (pos.geladen = Kation, neg. geladen = Anion) *entsteht durch Reaktion von Metallen mit Nichtmetallen (Stoffebene) <→→Metallatome geben Elektronen ab, Nichtmetallatome nehmen Elektronen auf (Ziel: Edelgaskonfiguration) elektrische Anziehungskräfte zwischen verschiedenartig gelachenen lonen - lonenbindung Kristallgitter entstehen + Nq CI CI Nat CI Nat Nat CI Nat CI CI Na ㅎ CI™ Na+ Metallbindung • Metall aufgebaut aus positiv geladenen Atomrumpfen und frei beweglichen (Außen-) Elektronen (₁ Elektronengas") * elektrische Anziehungskräfte zwischen den positiv geladenen Atomrümpfen und den negativ geladenen beweglichen Elektronen typische Eigenschaften der Metalle lassen sich mit diesem Modell erklären (elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Verformbarkeit) Na+ CI Nat CI™ CI CI Na CI Nat CI Na Na CI positiv geladene Atomrumpfe frei bewegliche Elektronen Metall +Gas Z.B Magnesium mit Sauerstoff Ox. Mg Mg²+ + 2e² 1.2 Red. O₂+ 4e →→→ 0₂² - Ges. 2Mg + O₂2Mg²+ + O₂° - 2Hg+02 2MgO R E D O X R E Oxidationsmittel. • unedle Metalle: geben Elektronen leicht ab, sind leicht oxidierbar • edle Hetalle: Tendenz Elettronen abzugeben eher schwach, lonen lassen sich leicht reduzieren Metalle zunehmend starke Reduktionsmittel Reduktionswirkung zunehmend Galvanische Daniell- Element Anode En Man muss also ein unecleres Metall mit der Lösung eines edleren Metalls kombinieren, damit eine Reaktion stattfindlet. ZnSO-Lösung Metall-Atome können nur die Metall-lonen (Kationen) eines edleren Metalls reduzieren und und werden im Gegenzug oxidiert. Einen Stoff, der einen anderen Stoff reduziert und dabei gleichzeitig oxidiert wird nennt man Reduktionsmittel. Umgekehrt oxidieren clie kationen eines edleren Metalls nur die Atome unedler Metalle. Einen Stoff, der einen anderen Stoff oxidiert und dabei gleichzeitig reduziert wird, nennt man metalle unedle Metalle Halbedel- Edelmetalle + Ag Hg Pt Au Li Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb Cu €. Zn²+ Zn²+→→→→→ Halbelement 1 Voltmeter porose Trennwand I H +50₂²- -SO²- E 41 Cu²+ Metall (fest) + Metall (fest) 2.B Aluminium reagiert mit Eisen (11) oxid (Die Zahl in der Klammer gibt die Oxidationszahl an.) ohne Sauerstoff: Ox. Al Al³+ + 3€¯ 1·2 Minuspol: Oxidation Donator-Halbzelle Pluspol: Reduktion, Akzeptor-Halbzelle mit Sauerstoff: Ox. 2A1+30²Al₂O3 + 6e² Red. Fe²+ + 2e Fe 1.3 Ges. 2A1+ 3FeO 2Al₂O3 + 3Fe Elektrolyt: Lösung mit lonen Elektrode: Hetallstäbe, die in der Lösung sind lonenleiter: Austausch von lonen, poröse wand Halbelement 2 Red. Fe²+ +2e-Fe 1.3 Ges. 2A1+3 Fe²+→ 2A1³+ + 3Fe cu kathode Cuso Lösung Halbzelle: Eine galvanische zelle besteht aus 2 Halbzellen, welche durch eine poröse wand miteinander verbunden sind. Metallionen zunehmend starke Metall + Metalllösung z.B Lithium reagiert mit Calciumsulfatlösung Ohne Sulfationen: Ox. LiLi* + e¯ 1·2 Red. Ca²+2eCa Ges. 2Li +Ca²+2Li++Ca Oxidationsmittel Oxidationswirkung zunehmend Gesamtgleichung mit Sulfat-lonen: 2Li + Ca²+ + SO →→24i ++ SO₂ + Ca • besteht aus zwei Kammern, welche durch eine porose Trennwand voneinander getrennt sind •Kammer Halbzelle • Kammer 1: Zinkelektrode in Zinksulfat-Lösung Kammer 2: Kupferelektrocke in Kupfersulfat - Lösung Welche chemischen Reaktionen sorgen für den Stromfluss? An der Zinkelektrode werden die Atome der unedleren Zinkelektrode oxidiert und gehen als Zink-lonen (Zn²+) in die Lösung über. Für jedes Zink-Ion bleiben zwei Elektronen an der Zinkelektrode zurück. Es entsteht ein Elektronen - überschuss an der Zinkelektrode. Die Zinkelektrode bildet den Minuspol (Anode). Halbzelle des unecleren Metalls = Elektronendonator, Halbzelle des edleren Metalls = Elektronenakzeptor Elektronegativität gibt an, wie gerne ein Atom Bindungselektronen an sich zieht AEN <1,7 = Elettronenpaarbindung (unpolar <0,5, polar 0,5 < 117) AEN > 1₁7 lonenbindung Oxidationszahlen • fiktive Landungszahlen zur Unterscheidung von lonenladungen als römische Zahlen gekennzeichnet GRUNDREGELN ZUR ERMITTLUNG DER OXIDATIONSZAHLEN 1. Die Oxidationszahl von elementaren Stoffen ist immer O. 2. Die Oxidationszahl einatomiger lonen entspricht ihrer Laclung. 3. In Verbindungen ohne Ladung muss clie Summe aller Oxidationszahlen 0 ergeben. Die Indexzahlen in den Formeln müssen clabei berücksichtigt werden. Aufstellen von Redox-Gleichungen Redoxreaktion Elektronenaustauschreaktion Oxidation und Reduktion laufen gemeinsam ab • Oxidation: Abgabe von Elektronen • Reduktion: Aufnahme von Elektronen Schritt 1: Welcher Reaktionspartner gibt ab/ wird oxidiert? 4. In geladenen lonen muss die Summe der Oxidationszahlen (unter Berücksichtigung der Indexzahlen der Ladung des Gesamtions entsprechen. 5. Einige Atome besitzen in Verbindungen (fast) immer die gleiche Oxidationszahl: +I +V -I • Die Elemente der ersten drei Hauptgruppen +1, +II und +II KNO3 (Ausnahme Wasserstoff in Verbindungen mit Elementen niedrigerer Elektronegativitāt) Sauerstoff - (Ausnahme Peroxide) Halogene -I (Ausnahme Halogensauerstoffverbindungen) Schritt 2: Aufstellen der Teilgleichungen für die Oxidation Al-A1³++ Be= Schritt 3: Welcher Partner nimmt Elektronen auf/ wird reduziert? Schritt 4: Aufstellen der Teilgleichungen für die Reduktion O+ 2e 0²- Sauerstoff kommt immer als Molekul vor: O₂ + 4e →20²- Schritt 5: Anzahl der Elektronen ausgleichen Oxidation: Al Al³+ + 3€¯ 1.4 ЧА - 4а13+ +125 Bsp.: NH3 Schritt 6¹ Zusammenfassen der Teilgleichungen 4A1+30₂ 4A1³+ +60²- Schritt 7: Gegen-lonen zusammenfassen 4 A1³+ +60²Al₂O3 AEN EN (H) - EN (N) 2,20-0,93 = = 1,27 • Elektronendonator: e Spender Elektronenakzeptor: e Empfänger • Oxidationsmittel: Stoff, clessen Teilchen Elektronen aufnehmen • Reduktionsmittel: Stoff, dessen Teilchen Elektronen abgeben Reduktion: O₂ + 4e¯ 20² 1.3 30₂+12e60²- Ges. 4A1+30₂ Schritt 8: Endgleichung 4A1 302 Al₂O3 ...oder kurz: Ox. Al Al³+ + 3e²° 1.4 Red. O₂ + 4e20²- |-3 polare Elektronenpaarbindung →→2 Al₂O3

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Mg Mg²+ + 2e² 1.2 Red. O₂+ 4e →→→ 0₂² - Ges. 2Mg + O₂2Mg²+ + O₂° - 2Hg+02 2MgO R E D O X R E Oxidationsmittel. • unedle Metalle: geben Elektronen leicht ab, sind leicht oxidierbar • edle Hetalle: Tendenz Elettronen abzugeben eher schwach, lonen lassen sich leicht reduzieren Metalle zunehmend starke Reduktionsmittel Reduktionswirkung zunehmend Galvanische Daniell- Element Anode En Man muss also ein unecleres Metall mit der Lösung eines edleren Metalls kombinieren, damit eine Reaktion stattfindlet. ZnSO-Lösung Metall-Atome können nur die Metall-lonen (Kationen) eines edleren Metalls reduzieren und und werden im Gegenzug oxidiert. Einen Stoff, der einen anderen Stoff reduziert und dabei gleichzeitig oxidiert wird nennt man Reduktionsmittel. Umgekehrt oxidieren clie kationen eines edleren Metalls nur die Atome unedler Metalle. Einen Stoff, der einen anderen Stoff oxidiert und dabei gleichzeitig reduziert wird, nennt man metalle unedle Metalle Halbedel- Edelmetalle + Ag Hg Pt Au Li Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb Cu €. Zn²+ Zn²+→→→→→ Halbelement 1 Voltmeter porose Trennwand I H +50₂²- -SO²- E 41 Cu²+ Metall (fest) + Metall (fest) 2.B Aluminium reagiert mit Eisen (11) oxid (Die Zahl in der Klammer gibt die Oxidationszahl an.) ohne Sauerstoff: Ox. Al Al³+ + 3€¯ 1·2 Minuspol: Oxidation Donator-Halbzelle Pluspol: Reduktion, Akzeptor-Halbzelle mit Sauerstoff: Ox. 2A1+30²Al₂O3 + 6e² Red. Fe²+ + 2e Fe 1.3 Ges. 2A1+ 3FeO 2Al₂O3 + 3Fe Elektrolyt: Lösung mit lonen Elektrode: Hetallstäbe, die in der Lösung sind lonenleiter: Austausch von lonen, poröse wand Halbelement 2 Red. Fe²+ +2e-Fe 1.3 Ges. 2A1+3 Fe²+→ 2A1³+ + 3Fe cu kathode Cuso Lösung Halbzelle: Eine galvanische zelle besteht aus 2 Halbzellen, welche durch eine poröse wand miteinander verbunden sind. Metallionen zunehmend starke Metall + Metalllösung z.B Lithium reagiert mit Calciumsulfatlösung Ohne Sulfationen: Ox. LiLi* + e¯ 1·2 Red. Ca²+2eCa Ges. 2Li +Ca²+2Li++Ca Oxidationsmittel Oxidationswirkung zunehmend Gesamtgleichung mit Sulfat-lonen: 2Li + Ca²+ + SO →→24i ++ SO₂ + Ca • besteht aus zwei Kammern, welche durch eine porose Trennwand voneinander getrennt sind •Kammer Halbzelle • Kammer 1: Zinkelektrode in Zinksulfat-Lösung Kammer 2: Kupferelektrocke in Kupfersulfat - Lösung Welche chemischen Reaktionen sorgen für den Stromfluss? An der Zinkelektrode werden die Atome der unedleren Zinkelektrode oxidiert und gehen als Zink-lonen (Zn²+) in die Lösung über. Für jedes Zink-Ion bleiben zwei Elektronen an der Zinkelektrode zurück. Es entsteht ein Elektronen - überschuss an der Zinkelektrode. Die Zinkelektrode bildet den Minuspol (Anode). 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In geladenen lonen muss die Summe der Oxidationszahlen (unter Berücksichtigung der Indexzahlen der Ladung des Gesamtions entsprechen. 5. Einige Atome besitzen in Verbindungen (fast) immer die gleiche Oxidationszahl: +I +V -I • Die Elemente der ersten drei Hauptgruppen +1, +II und +II KNO3 (Ausnahme Wasserstoff in Verbindungen mit Elementen niedrigerer Elektronegativitāt) Sauerstoff - (Ausnahme Peroxide) Halogene -I (Ausnahme Halogensauerstoffverbindungen) Schritt 2: Aufstellen der Teilgleichungen für die Oxidation Al-A1³++ Be= Schritt 3: Welcher Partner nimmt Elektronen auf/ wird reduziert? Schritt 4: Aufstellen der Teilgleichungen für die Reduktion O+ 2e 0²- Sauerstoff kommt immer als Molekul vor: O₂ + 4e →20²- Schritt 5: Anzahl der Elektronen ausgleichen Oxidation: Al Al³+ + 3€¯ 1.4 ЧА - 4а13+ +125 Bsp.: NH3 Schritt 6¹ Zusammenfassen der Teilgleichungen 4A1+30₂ 4A1³+ +60²- Schritt 7: Gegen-lonen zusammenfassen 4 A1³+ +60²Al₂O3 AEN EN (H) - EN (N) 2,20-0,93 = = 1,27 • Elektronendonator: e Spender Elektronenakzeptor: e Empfänger • Oxidationsmittel: Stoff, clessen Teilchen Elektronen aufnehmen • Reduktionsmittel: Stoff, dessen Teilchen Elektronen abgeben Reduktion: O₂ + 4e¯ 20² 1.3 30₂+12e60²- Ges. 4A1+30₂ Schritt 8: Endgleichung 4A1 302 Al₂O3 ...oder kurz: Ox. Al Al³+ + 3e²° 1.4 Red. O₂ + 4e20²- |-3 polare Elektronenpaarbindung →→2 Al₂O3