Lernzettel Chemie-LK Abitur:Kohlenhydrate, Chemisches GG

Alternativer Bildtext:

derselben Menge an links-und rechtsdrehenden Moleküle = Racemat Schwingungsebene wird nicht gedreht Chemie-Abitur CK 2023 D-/L-Konfiguration ● ● Immer zwei Isomere, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten -> Enantiomere Enantiomere unterscheiden sich im Namen durch vorangestelltes D- oder L- Bezeichnung abgeleitet von der Position der unteren Hydroxygruppe in Fischerprojektion: ● > Untere Hydroxygruppe rechts = D-Form > Untere Hydroxygruppe links = L-Form Enantiomere H 0₁ H-C-OH I HO-C-H I H-C-OH H-C-OH 1 CH₂OH D-Glucose 10 H HO-C-H H-C-OH -C-H HO- HO-S-H CH₂OH L-Glucose Spiegelbild-Isomerie, verhalten sich wie Bild und Spiegelbild und können nicht durch Drehung zur Deckung gebracht werden Chemie-Abitur CK 2023 Stereoisomerie ● ● Isomere, die dieselbe Summenformel & Konstitution (Struktur) besitzen aber sich in ihrer Konfiguration (räumliche Anordnung der Atome) unterscheiden Ändert man räumliche Anordnung an allen Chiralitätszentren -> Enantiomere Ändert man räumliche Anordnung nur an einem Teil der Chiralitätszentren-> Diastomere Bei n Chiralitätszentren gibt es maximal 2 Isomere Anomere HO CH₂OH DH H H OH H 10₂ H HO-C-H H-C-OH I Соон COOH COOH I H-CIOH H-C-OH Anomere C-Atom-> C-Atom an dem sich der Ring unter Ausbildung der Aldehydgruppe öffnen kann OH-Gruppe am anomeren C-Atom oben bzw. unten H COOH CH₂OH OH Enantiomere Diastomere a H OH COOH H-C-OH I H OH HO-C-H I Соон COOH I HO-C-H I HO-C-H 1 COOH anomeres C-Atom یا۔ Ring bildung möglich → Rückbildung der CHO-Gruppe H Chemie-Abitur CK 2023 Fehlingprobe mit Aldose Durchführung: ➤ Kupfer(II)-sulfat-Lösung (,,Fehling I") und verdünnt Natronlauge, welche mit Kaliumnatriumtatrat versetzt ist (,,Fehling II") zusammengeben ➤ Von der Probe etwas hinzugeben & erhitzen Ist in der Probe Aldehyd enthalten -> ziegelrote Färbung HO OH Reduktion: +17 2 Cu CH₂OH ● Oxidation: OH 2+ CH₂OH OH + 2e + 2OH- H CH₂OH Redoxreaktion: -Ō-H OH H -0-H + OH H 20H +I Cu₂O CH₂OH HO OH H + H₂O CH₂OH O'H CH₂OH Exők ---- Evey. 24 OH +2C+ +2CU + 4OH → OH OH HO Q¹H OH CH₂OH CH₂OH OH -Ō-H OH + 2e + 2 H₂O + 3H₂O Chemie-Abitur CK 2023 Fischerprojektion 1) Längste Kohlenstoffkette zeigt von oben nach unten. Dabei steht das endständige Kohlenstoffatom mit der höchsten Oxidationszahl oben 2) Das Molekül wird so gedreht, dass sie Substituenten an den asymmetrischen Kohlenstoffatomen nach hinten zeigen 3) Die Bindungen, die nach hinten zeigen, werden durch senkrechte Linien dargestellt Haworth-Projektion (von Fischerprojektion ausgehend) 1) Das Molekül wird um 90° im Uhrzeigersinn gedreht, sodass C-Kette waagerecht steht. Substituenten, welche vorher links standen stehen nun oben und welche rechts standen stehen jetzt unten 2) Kette wird so gebogen dass gleichmäßiger Ring entsteht, Position von Substituenten oben und unten wird nicht verändert. Sauerstoffatom das Teil des Rings wird steht immer oben rechts 3) Ring wird in nukleophiler Addition geschlossen H OH H-C-OH Hō-C-H I H-C-OH 0₁ H-C-8H CHLOH CH₂OH CH₂OH OH -8-H OH C OH x-Glucose H он он он н он о -- OH CH₂OH H 3-4-3 C-4 1- - OH CH₂OH C OH -- ·0¹ C он OH ß-Glucose Chemie-Abitur PK 2023 ● Di-und Polysaccaride Maltose Disaccharid mit einer a-1,4-glycosidischen Verbindung zwischen zwei a- Glucosemolekülen → Hydroxygruppe am C1-Atom eines a-Glucosemoleküls reagiert mit Hydroxygruppe am C4-Atom des anderen a-Glucosemoleküls H . OH 6CH OH . H 6CH OH . H он 1 -о 13 H 1 OH H ܘܢ ܘ с . H OH OH Н CH OH . Н он Т H CH OH . Н Н он OH O' . OH H C OH ОН +2 Chemie-Abitur PK 2023 Saccharose ● Disaccharid mit einer 1,2 glycosidischen Verbindung zwischen a-Glucose & B- Fructose → Hydroxygruppe am C1-Atom des a-Glucosemoleküls reagiert mit Hydroxygruppe am C2-Atom des ß-Fructosemolekül Damit Hydroxygruppen reagieren können müssen wir Fructosemolekül so drehen, dass C2-Atom neben C1-Atom des Glucosemoleküls liegt H OH H CH он . . н H с он н Н 6 CH2OH . с OH 3 он 13 H . Н он о 13 н о z-u- 6 CH2 он . с OH H . OH H . H 4 ОН OH z-u- OH H СА 10, НОН, HOH C HOH,C с с I ОН H 13 . OH E-U с . OH Н с OH 10 애 с . н Н "I OH с 1 Н С ОН CH OH Н CS I CH OH 6 H CS I CH₂OH Chemie-Abitur PK 2023 Stärke & Cellulos ● ● ● Polysaccharid bestehend aus Amylose und Amylopektin Amylose: Polysaccarid das aus Glucosemolekülen mit a- 1,4-glykosidischen Bindungen besteht CH OH OH H H Н Н OH Н CH OH . H он CH OH OH H 19 6 OH H OH CH OH H он Amylopektin: Polysaccharid, welches zusätzlich zu a- 1,4-glykosidischen Bindungen noch a-1,6-glycosidische Bedinungen hat (dadurch Makromoleküle verzweigter) H -о 101 CH OH H с . OH ОН H H 10, H CH2OH Он H CH OH H OH он H CH OH OH . OH Cellulose: Makromolekül welches sich aus B-Glucosemolekülen mit B-1,4- glycosidischen Bindungen zusammensetzt (linear aufgebaut) Chemie-Abitur CK 2023 k o ● CHoH H H oH H CH,oH H H CH,oH c H Reduzierende und nicht reduzierende Disaccharide H ܘ. oH ''@' . o H CH,oH H H H H H CH,oH Reduzierende Disaccharide: > Ein Monosaccharid über das Anomere C-Atom mit dem anderen Monosaccharid verknüpft, wobei diese eine Hydroxygruppe von einem nicht anomeren C-Atom beisteuert ➤ Dadurch kann Monosaccharid in offene Kettenform übergehen > Anomere C-Atom= tragt Carbonylgruppe und ist damit Aldehyd ➤ Aldehyde können oxidiert werden wodurch sie gleichzeitig reduzierend wirken H .61 H H H . 6CH OR H H ܙܘ. ܐ ܕ ܐ ܐ Nicht reduzierende Disaccharide: CHoH oH H H H ܕ H C oH H H oH CH₂OH H o` oH 6H,oH . H CH,oH C H H H H . H ܐܚ CHoH . Ho-e - H ! 8 – c C -oH . Ho-C-H I CHoH H oH ܙ C 13 H C . oH Beide anomeren C-Atome sind miteinander verknüpft ➤ Keines der beiden Monosaccharide kann in die offene Kettenform übergehen um oxidiert zu werden und reduzierend zu wirken Chemie-Abitur CK 2023 lod Stärke-Probe ● Nachweis von Stärke lod-Kaliumiodid-Lösung wird auf feste Probe oder in Probelösung getan ● ● lodstärke entsteht ➜ Tiefblaue, blauviolette bis schwarze Färbung Verfärbung von 15 lonen in Amylosekanälen -> helixförmige Konformationnkann lod- lonen in ihrem wasserarmen Inneren aufnehmen → Polypeptidkettem bestehend aus 12-lonen lagern sich an in Lösung vorhandenes lod-lon an, alle 7 Außenelektronen sind delokalisiert (lod-lon). Anregungsenergie der AE wird herabgesetzt und in langwelligem Bereicb kann Licht absorbiert werden und es erscheint eine blau-schwarz Färbung Chemie-Abitur CK 2023 Aminosäuren Struktur Organische Verbindungen mit mindestens einer Carboxygruppe, einer Aminogruppe & einem organischen Rest Ist Aminogruppe an a-C-Atom (C-Atom mit beiden funktionellen Gruppen) gebunden heißt sie a-Aminosäure, ist sie am nächsten gebunden dann ß-Aminosäure und so weiter a-Aminosäuren haben Chiralitätszentrum am a-Kohlenstoffatom Eigenschaften: ● Schmelztemperatur: ▸ Zwitterionen starke Wechselwirkungen -> lonenbindungen (Anziehung zwischen positiver und negativer Ladung) → Zur Überwindung wird viel Energie benötigt, meistens ist diese so hoch, dass Atombindungen aufgebrochen werden und Aminosäuremolekül zerfällt Löslichkeit ➤ Wegen positiver und negativer Ladung im Zwitterionen, im Bereich des a-C- Atoms hohe Polarität → Deshalb meist gut in polaren Lösungsmittel lösbar (Wasser) ➤ Löslichkeit jedoch auch abhängig vom Rest -> je größer und unpolarer der Rest wird, desto schlechter ist die Aminosäure löslich Chemie-Abitur CK 2023 Zwitterionen ● ● Wegen Carboxygruppe sind Aminosäuren Protonendonatoren und wegen der Aminogruppe auch Protonenakzetoren Durch intramolekulare Protonenwanderungen kann Proton der Carboxygruppe abgegeben und durch freies EP der Aminogruppe aufgenommen werden -> Zwitterionen entsteht (deprotonierte Carboxygruppe und protonierte Aminogruppe) 101 H-2-H O-- d H₂ ➤ In saurer Lösung reagieren sie als Base und liegen als Kationen vor 101 Deprotonierte Carboxygruppe kann Protonen aufnehmen protonierte Aminogruppe kann Protonen abgeben -> Aminosäuren sind Ampholyte 10 с-н R H I = 0, H-N-C-H 1 I H* -- H H-N + I H 1 Um & <-CIH zö, 1 H Chemie-Abitur CK 2023 Peptide ŌI ● IN-C-C H CH3 Q-H Alanin H I + ➤ In basischen Lösungen reagieren sie als Säuren und liegen als Anionen vor To! H-N-C-H H Peptidbindung + H pH-Wert bei dem sie ausschließlich in Zwitterionen vorliegen heißt isoelektrischer Punkt 4 R ➜ hier gleich viele Carboxygruppen deprotoniert wie Aminogruppen portioniert werden H ō₁ Proteine sind Makromoleküle, die durch Verknüpfungen von Aminosäuren entstehen → Verknüpfung heißt Peptidbindung → Entsteht durch Kondensationsreaktion zwischen der Aminogruppe einer Aminosäure &Carboxygruppe einer anderen Aminosäure IN-C-C T H Glycin H ŌI 1 O-H H он` Kondensation H но H R =ō, * -H Peptidbindung ist planar -> liegt in einer Ebene Kann nicht frei gedreht werden, Grund: für Peptidbindung gibt es mesomere Grenzstrukturen: I IN-C-C-N-C-C N-terminales I I Ende Peptid- bindung H HO I 11 IN-C- C-N -C- C H I I CH3 H H Alanynglycin H [D=>] OH H HR ·] Die Doppelbindung der rechten Abbildung ist der Grund für die planere Struktur und das nicht vorliegen einer freien Drehbarkeit C-terminales Ende ŌI H 101 O-H R H I IN-C-C=N-C-C + H R OH H H Wasser Chemie-Abitur CK 2023 Keto-Enol-Tautomerie ● Obwohl Fructose kein Aldehyd ist, Fehling Probe positiv → Ketogruppe muss in Aldehydgruppe umgewandelt werden > Keto-Enol- Tautomerie: H A H-C-6-H HO-C-H H-C-OH I H-C-OH I CH₂OH HO-C - H H-C-OH H6-H G ç-ği I H-C-OH I CH₂OH HO-C - H I C- O-H H-C-OH I H-C-OH 1 CH₂OH H* C-8-H HO-C-H H-C-OH I H-C -OH I CH₂OH (-8-H HO-C - H I H-C-OH O-H I H-C -OH CH₂OH 1.Schritt: vom C1-Atom Proton abgespalten, Einfachbindung klappt ein und wird zu Doppelbindung. Doppelbindung zwischen C-Atom und O-Atom muss ausgeklappt Chemie-Abitur CK 2023 werden. Durch entstandene negative Ladung wird positiv geladene Proton angezogen und aufgenommen Von oberer Hydroxygruppe ein Proton abgespalten und am O-Atom der Hydroxygruppe entsteht eine negative Ladung. Proton wird von EP der Doppelbindung angegriffen, wodurch freie EP vom oberen O-Atom nach innen klappen kann & zu Doppelbindung wird Strukturen von Proteinen ● Primärstruktur: Stellt Reihenfolge dar, im der Aminosäuren im Protein gebunden sind (Aminosäuresequenzen) > Wichtig, da Proteine nur dann wirken können, wenn bestimmte Reihenfolge eingehalten wird-> wenn eine aus der Reihe tanzt, Funktion beeinträchtigt oder zerstört 000 Entsteht durch intermolekular Wasserstoffbrücken zwischen Peptidbindungen B-Faltblatt-Struktur: zwei Bereiche des Proteins liegen parallel zu einander Peptidbindung planar, zwischen ihnen liegen C-Atome, an denen Substituenten tetraedisch angeordnet sind-> dadurch entsteht faltblattartige Struktur Organische Reste sind abwechselt oben und unten angeordnet R ● Sekundärstruktur Chemie-Abitur CK 2023 R₁ ➤a-Helix-Struktur: R₁ (Rs R₁ intermolekulare H-Brücken R₁0 entsteht ebenfalls durch Wasserstoffbrücken zwischen Peptidbindungen-> jedoch zwischen einer Peptidbindung und der drittnächsten (intramolekular) Chemie-Abitur CK 2023 Organische Reste nach außen gerichtet Wasserstoffbrücken R₂ Seitenkette H H R intramolekulare H-Brücken H R₁ Ebene der Peptidbindung ● Tertiärstruktur > Zwischenmolekulare Wechselwirkungen zwischen organischen Resten der Aminosäuren -> Van-der Waals-Kräfte, lonenbindungen, Wasserstoffbrücken H Chemie-Abitur CK 2023 CH₂ (CH₂)2 und Disulfitbrücken (Atombindungen zwischen Schwefelatomen der Cystein- Reste) Räumliche Struktur einer ganzen Peptidkette (CH2)3 NH3 CH₂ CH₂ CH₂ Beispiele für Wechselwirkungen CH, CH₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH, CH₂ CH CH₂ CH₂ 0-H Chemie-Abitur CK 2023 ▸ Zusammenschluss mehrer Proteinmoleküle durch zwischenmolekulare Wechselwirkungen und Disulfidbrücken Nachweisreaktionen ● Biuret-Probe: ● B-Ketten 2-Ketten ➤ Durchführung: Testlösung wird mit einigen Tropfen Natronlauge versetzt.Anschließend wird Kupfer(II)-sulfat-Lösung zugegeben und geschüttelt ✓ Blauvioletter Farbstoff ->Komplexbildung mit Kupfer(II)-Ionen X Lösung bleibt hellblau Grundlagen der Kunststoffchemie Xanthoprotein-Reaktion: ➤ Durchführung: Testlösung wird mit konzentrierter Salpetersäure (HNO3) versetzt und erhitzt ✓ Lösung färbt sich gelb-> aromatische Reste der Aminosäuren nitriert, durch Nitrogruppe wird delokalisierte pi-Elektronensystem vergrößert & weniger Energie benötigt um Molekül anzuregen (Absorbation in Bereich sichtbaren Lichts verschieben & Molekül erscheint farbig Bezeichnung DURO- PLASTE Chemie-Abitur CK 2023 Klassifizierung von Kunststoffen und Zusammenhänge zwischen Struktur und Eigenschaften THERMO- -linear oder wenig verzweigte PLASTE Makromolekülketten bilden größte-hohe Molekülmasse Gruppe unter den Kunst- stoffen ELASTO- MERE Molekülstruktur dreidimensional vernetzt (engmaschig) - sehr hohe Molekülmasse -zweidimensional vernetzt (sehr weitmaschiges Netz aus Makromolekülen) - Struktur ähnelt den Duro- plasten, Verknüpfungsstellen sind aber viel weiter auseinander - hohe Molekülmasse Eigenschaften - bei 20°C meist zähelastisch - durch Erwärmung schmelz- bar - wenig löslich -in Lösungsmitteln quellbar - recyclebar Beispiele: Polyamide, PE, PP, PS, PVC -bei 20°C hart und spröde - formstabil (nicht verformbar) - nicht schmelzbar - unlöslich - nicht recyclebar Beispiele: viele Polyesterharze Polyurethane (PUR), Phenol- harze, Melaminharze, Epoxid- harze, Silikone - bei 20°C weichelastisch/ gummielastisch (durch Zug oder Druck leicht verform- bar, nehmen aber ihr alte Form schnell wieder ein) - elastisch, aber formstabil - nicht schmelzbar - unlöslich - in Lösungsmitteln meist quellbar - nicht recyclebar Beispiele: Kunstkautschuk wirksame Kräfte - H-Brücken -Van-der-Waals-Kräfte (temporäre Dipole) - viele Elektronenpaar- bindungen (viele Kohlenstoffatome sind als ,,Kohlenstoffknoten- punkte" verbunden) -Kohlenstoffknoten- punkte" (Elektronen- paarbindungen), aber weniger als bei den Duroplasten - Elastizität liegt in der Entropie (,,Unordnung") begründet → zusammengezogen: chaotische Struktur, auseinandergezogen: geordnete Struktur Verhalten bei Erhitzen - schmelzen, da zwischenmolekulare Kräfte überwunden werden und Makromolekül- ketten aneinander vorbeigleiten können - erweichen bei Termperaturerhöhung - diese Eigenschaft wird bei der Verarbeitung genutzt - verbrennen mit schwarzem Rauch und mit Rückständen - sind einschmelzbar (und dadurch recyclebar) - Struktur bleibt beim Erhitzen erhalten - bei hohen Temperaturen werden Elektronen- paarbindungen gespalten und das Netz der Molkülketten zerreißt - verkohlen - verbrennen schnell (durch Erweiterung der Oberfläche und Sauerstoffeintritt) -bei hohen Temperaturen wird das Netzwerk durch die starken Molekülschwingungen so stark gedehnt, dass die Elektronenpaarbin- dungen brechen - nicht schmelzbar -Zersetzung bei hohen Temperaturen, verbrennen rückstandslos Reaktionstypen zur Verknüpfung von Monomeren zu Makromolekülen: '0⁰ 11 '0' 11 Chemie-Abitur CK 2023 Bifunktionelle Monomere mit mindestens zwei funktionellen Gruppen (Carboxy-und Hydroxygruppe) Reagieren unter Abspaltung eines kleines Moleküls (meist Wasser) zu Polyestern Polykondensation ● RA ++~~ Bifunktionelle Monomere mit mindestens zwei funktionellen Gruppen (Carboxy-und Aminogruppe) reagieren unter Abspaltung eines kleinen Moleküls (meist Wasser) zu Polyamiden 6-4 ● 10 01 16 + + H-O-R₂-O-HH-6-C-R₁-C-Ō-R₂₂ H 16 S H Entstehung von Polyestern (nucleophile Substitution): 101 I 101 H HH NUCLEOPHILER ANGRIFF Joguir Jofflin + H H H →H-O+C-R₁- WASSERABSPALTUNG & DEPROTONIERUNG H -c-6-H 11 HH H-O-C-C-O-H HH -Souttex HH 01 H 10 H-01 Entstehung von Polyamiden (nucleophile Substitution) H I +H HH -8-H + H₂O + H₂O HH H -8-H Chemie-Abitur CK 2023 NUCLEOPHILER ANGRIFF I Joc HR Jojk WASSERABSPALTUNG & DEPROTONIERUNG + n Ollox lliex 10 H . Н Н Н H Radikalisische Polymerisation H H HH Chemie-Abitur CK 2023 Startradikal R - Q - Q- R Peroxid Kettenstart R-ğ. + Radikal H R-5-с-с. Н Н Polyethenradikal homolytische Spaltung H и сост H Kettenwachstum Н I Polyethenradikal Ethen → R-ğ· + ·ğ-R Radikale H Н H H Ethen H H . I — R-5-с-с. 1 . H H H HHH . . - R+C-C-C-c. ... КНИ Н Polyethenradikal. Polyethenradikal <-- HHHH R-B-C-C-C-C. КНИ Н Abbruchreaktion - - - - - H ННН H н I . R- -с-с-с. + ºğ-R →> R-Ö+c-c-B-R ... К HHH кн - 44 п Startradikal Polyethen Н НН Н . Polyethenradikal .c-ck-cLR ... нннн Polyethenradikal M Н . --- Кн Polyethen H R+C-C+c-c-c-c-c-c+R НН . н КН М Chemie-Abitur CK 2023 Polyaddition: Polyurethane H сак- ₁0 = C = N₁ -N=c=0 101 |= c = N-C-V = C н н + н- - н н б-с-с-б-н Н H н H н н ..-н 5 = c = N-C-N Н Н I Н Н о 11 = c = N-С-V-c-o-c-c-о-н 101 " -c-V=c-o-c-c-8-н . . . н н н н Н II н н н н . Chemie-Abitur CK 2023 Chemisches Gleichgewicht und seine Einstellung Nachweis des gleichzeitigen Vorliegens von Edukten und Produkten Bei einer Reaktion liegen nach einiger Zeit liegen alle Beteiligten Stoffe als Gemisch vor .ܐ ● ● Reaktionsverlauf erreicht ein Zustanf ab dem z.B pro Minute so viele Ester-Moleküle gebildet wie gespalten werden. Äußerlich keine Stoffmengenänderung Beteiligten Stoffes beobachtbar → Reaktion beendet obwohl noch Ausgangsstoffe vorhanden sind Definition des Chemisches Gleichgewichts als dynamisches Gleichgewicht H 1 H- ● H ● Hin-und Rückreaktion ● Wenn Temperatur konstant bleibt, ändert sich die Stoffmenge im Gemisch nicht mehr Hin-und Rückreaktion werden mit einem Gleichgewichtspfeil gekennzeichnet Zur Beginn der Reaktion liegen nur Säure-und Alkohol-Moleküle vor, wenn ein Säure und ein Alkohol Molekül aufeinander treffen können sie zu Ester und Wasser reagieren -> Gleichmäßige Verteilung in der Lösung durch Diffusion Mit Fortschreitung der Veresterung nimmt Anzahl Edukt-Moleküle ab und Produkte- Moleküle zu -> Veresterung verlangsamt sich (immer seltner trifft Säure auf Alkohol Gleichzeitig treffen häufiger Ester-Moleküle auf Wasser-Moleküle ● Alkanol + Alkansäure Geschwindigkeit der Hin-und der Rückreaktion sind gleich → Hinreaktion: Zahl der Zusammenstöße von Edukt-Molekülen pro Zeiteinheit = Geschwindigkeit der Hinreaktion (Vhin) ➜ Rückreaktion: Zahl der Zusammenstöße der Produkt-Moleküle pro Zeiteinheit = Geschwindigkeit der Rückreaktion (Vrück) Geschwindigkeit der Hinreaktion nimmt während der chemischen Reaktion immer mehr ab, während die Geschwindigkeit der Rückreaktion immer mehr zunimmt Wenn beide Geschwindigkeiten gleich sind, ist der Gleichgewichtszustand erreicht (dynamisches Gleichgewicht) → Im Gleichgewichtszustand ist die Anzahl de Zusammenstöße der Edukt- Moleküle gleich der Anzahlmder Zusammenstöße der Produkt-Moleküle Die vom links nach rechts geschriebene Reaktion = Hinreaktion Die umgekehrte Reaktion = Rückreaktion -C-0-H + Hin Rück ...- Ester+Wasser HHH I C-C-C-C-H ⇒ H-C-61 HHH H Chemische Gleichgewichte an Beispielen H H HH -C-H I HHH + 2 HH Chemie-Abitur CK 2023 Veresterung: Kondensation = Hinreaktion Zerfall des Esters: Hydrolyse= Rückreaktion CH,COOH + C₂H,OH CH,COOC;H, + HO Estergleichgewicht Ethanol-Molekül Essigsäure Molekül lod-Wasserstoff-Gleichgewicht ● ● ● ● Esterhydrolyse Wasser Molekü Stoffmenge verändert sich nicht mehr, wenn äußere Bedingungen sich nicht mehr ändern Beteiligten Stoffe liegen nach einiger Zeit in konstant bleibender Konzentration und Stoffmenge vor Essigsäureethylester Molek Erhöhte Temperatur für Teilchenbewegung: Wasserstoff/lodmoleküle zu lodwasserstoff Anzahl Edukt-Moleküle. Erringen sich damit auch Zahl Zusammenstöße in Zeiteinheit = Reaktionsgeschwindigkeit zur Bildung lodwasserstoff nimmt ab Ausgleich: Produkte werden gebildet Aber: Zusammenprall lodwasserstoffmoleküle -> Spaltung zu lod oder Wasserstoffmoleküle Rückreaktion erst sobald Produkte vorliegen = Geschwindkeot der Rückreaktionen steigt mit Produktbildung H₂ + 1₂ = 2 HI Ammoniak -Synthese nach Haber-Bosch Chemie-Abitur CK 2023 Liegt folgende Gleichgewichtsreaktion zu Grunde: 3H₂(g) + N₂ (g) = 2 NH3(g) AH = -92 kJ In geschlossenen System stellt sich chemisches Gleichgewicht ein, das stark Temperatur- und Druckabhängig ist Nach Le Chatelier müsste sich umso mehr Ammoniak bilden, je niedriger die Temperatur und je höher der Druck ist ● ● ● ● Bei Zimmertemperatur keine Umsetzung zwischen Wasserstoff & Stickstoff zu beobachten > Reaktionsgeschwindigkeit sehr gering und Einstellung für ein GG dauert sehr lange Massenwirkungsgesetz Temperaturerhöhung führt zu schnellerem Einstellen des GG jedoch verschiebt sich das GG auf die Seite der Ausgangsstoffe ● Reak geschv ndigkeit kann mit Katalys erhöht werden -> durch geringen Druck entsteht trotzdem wenig Ammoniak bei Steigerung jedoch mehr Ausbeute möglich Haber Bosch Ammoniak Synthese Allgemeine Reaktion: aA+bBdD+ eE → Kleine Buchstaben =Koeffizienten (Anzahl jeweiligen Teilchen) → Große Buchstaben = beliebiges Teilchen Gleichgewichtskonstante Kc Kc = CGG (Produkte) __c(D)ª.c(E)Ⓡ CGG (Edukte) c (A)^. c (B) Auch Massenwirkungsgesetz (MWG) genannt, Gleichgewichtskomstante gibt Aufschluss auf die Lage des GG: > Kc> 1, mehr Produkte als Edukte vor und GG liegt auf der rechten Seite (Produktseite) > Kc < 1, mehr Edukte als Produkte und GG liegt auf der linken Seite (Eduktseite) Mit MWG kann man Berechnungen durchführen; 1. Aufstellen der Reaktionsgleichung 2. Formulieren des MWG für die Reaktion 3. Gesucht und gegebene Größen ermitteln WICHTIG: Im MWG stehen nur Konzentrationen der während des Gleichgewichtszustands, keine Anfangskonzentrationen Feststoffe und reine Flüssigkeiten fallen beim MWG raus, da ihre Konzentrationen sich aus konstanten Werten ergeben (Dichte & Molmasse) 4. Einsetzen aller gegebenen Größen in das MWG 5. Auflösen nach gesuchter Größe Beispiele zur Berechnung Chemie-Abitur CK 2023 In einem Zylinder mit einem Liter Volumen werden 8 mol Wasserstoff & 5 mol Stickstoff zur Reaktion gebracht, wobei Ammoniak in einer Konzentration von 2,5 mol/L entsteht. Berechne die Gleichgewichtskonstante Kc 1. Aufstellen der Reaktionsgleichung ● N₂ + 3 H₂ 2 NH3 2. MWG für die Reaktion formulieren S < (NH,) c (M₂) c(H 3. Ermittlung bekannter Werte: V= 1L, no (H₂) = 8 mol, no(N₂) = 5mol, c(NH3)= 2,5 mol/L Ermitteln wie viel Wasserstoff & Stickstoff nach Einstellung des GG noch vorhanden sind benötigt man das Stoffmengenverhältnis zum entstehenden Ammoniak n (H₂) Kc =- 3 n = • (H₂) = n (NH,) 2 → Stoffmenge an Wasserstoff ist 1,5 mal so groß wie die Stoffmenge des entstehenden Ammoniaks n (N₂) n (NH3) 2 → Stoffmenge an Stickstoff ist 0,5 mal so groß wie die Stoffmenge des entstehenden Ammoniaks Zusammenhänge können wir auf Konzentration übertragen, da alles bei gleich Volumen vorliegt: Beispiel: 2 Kc = •n (NH3) 3 Cverbrauch (H₂) = 2.C (NH₂) & (verbrauch (N₂) = →n (N₂): 1. n (NH3) 2 Da uns nun bekannt ist wie viel Wasserstoff und Stickstoff verbraucht wird, können wir berechnen wie viel noch übrig bleibt: CG (H₂) = C₂ (H₂) - Cverbrauch (H₂) = 8mol/L . 1/2 C(NH3) 0,022 1. CGG (N₂) = Co (N₁₂) - Cverbrauch (N₂) = 5mol/L - 2·2,5 mol/L = 3,75 mol/L 3 2·2,5 mol IL 4. Jetzt setzen wir die Werte ins MWG ein: (2.5 mol/L)² (4,25mol/L) 3,75 mol/L ➜ Da Kc < 1 ist liegt das GG auf der linken Seite (also haben wir mehr Edukte als Produkte) = 4, 25 mol/L Chemie-Abitur CK 2023 Die Gleichgewichtskonstante der Reaktion von Wasserstoff und lod zu Wasserstoffiodid liegt bei T= 448°C bei Kc= 51. In einem Zylinder mit 2L Volumen werden 3 mol Wasserstoff und 2 mol lod zur Reaktion gebracht. Berechne die Konzentration der Produkte und Edukte, die vorliegen, wenn sich des chemische GG eingestellt hat. 1. Aufstellen der Reaktionsgleichung ● H₂ + 12 = 2HI 2. MWG formulieren Kc = (HU)² c (H₂). c (1₂) 3. Gesuchten Größen ermitteln Gegeben: K= 51, no(H₂) = 3 mol, no(l₂)= 2 mol, V= 2L ➜ Herausfinden wie viel der jeweiligen Stoffe nach Einstellung des chemischen GG vorliegen. Wasserstoffiodid nicht bekannt deswegen Variabel x. __n (H₂) 1 = n (HD) 2 Co __n (1₂) n(HI → Stoffmengenverhältnis ermitteln C = 5A = - 1 →n (1₂) = 2 Darstellung in einer Tabelle zur Übersicht: HI O X n (H₂) = 1/2 ·n (HI) ⇒ Cverbrauch CGG (HI) 4. Einsetzen ins MWG 슬.. 2 H₂ no 10 = 2/2 = 1,5 V Co-Cverbrauch 1,5--x •n (HI) ⇒ Cverbrauch (1,5--x)(1-2-x) CGG (HI) ne V . 12 2 == 1 Co-Cverbrauch = 1 -  ·x Chemie-Abitur CK 2023 5. Zusammenfassen und nach x auflösen Co C 54= 2 0,25x1,25x + 1,5 51. (0,25+² -1,25x + 1,5) = x² 12,75x² - 63,75x + 76,5 = x² 11,75x²-63,75x + 76,5= 0 P-q- Formel 11,75x² - 63,75x + 76,5= 0 | 11,75 *²-5,426x + 6,5M = 0 2,7137,360 -6,5^^ HI 3,63 1,79 ● |-ײ (0,25x²1,25x + 1,5) = 2,713 ± 0,921 -3,634 *₂= 1,792 x-Werte einsetzen um zu prüfen welcher Wert stimmt. H₂ 12 Co-Cverbrauch= 1,5-27 · 3,63= -0,345 Co - Cverbrauch:1-2-3,63=-0r| |Co-Cverbrauch = 1.5-7-1,79 = 0,605 |Co-cverbrouch = 1–¾ · 1,79:0,405 → Eine Konzentration kann niemals negativ sein, deshalb stimmt der zweite Wert → Wie kennen nun alle Konzentrationen: CGG(HI)=1,79 mol/L, CGG(H₂)= 0,605 mol/L, CGG(12)= 0,105 mol/L Ź Chemie-Abitur CK 2023 Lage vom Gleichgewicht unter Beeinflussung äußerer Faktoren Wenn auf eine chemische Reaktion, die sich im Gleichgewicht befindet, ein äußerer Zwang ausgeübt wird, weicht das Gleichgewicht diesem Zwang aus. ● Temperatur: Edukte ● ● Druck ● ● → Gesetz vom kleinstem Zwanges oder Prinzip von Le Chartelier Faktoren: Temperatur, Druck, Konzentration ● exotherm endotherm Produkte Wenn die Temperatur erhöht wird, verschiebt sich das GG hin zur endothermen Reaktion (nach links), da mehr Energie zu Verfügung steht, welche aufgebraucht werden muss Temperaturerhöhung Temperatursenkung Edukte N₂ + 3H₂ ⇒ 2NH3 4 Teilchen Wenn die Temperatur gesenkt wird, verschiebt sich das GG zur exothermen Reaktion (nach Rechts), da weniger Energie hinzugefügt wird, System möchte dies ausgleichen. Edukte exotherm endotherm 2 Teilchen Produkte exotherm endotherm Wenn Gase an der Reaktion beteiligt sind Je mehr Teilchen vorhanden sind desto mehr Platz benötigen diese, wenn sich Platz verringert (Druckerhöhung) wird das GG auf die Seite verschoben, wo weniger Gasteilchen vorliegen Liegt eine Drucksenkung vor steht den Teilchen mehr Platz zu Verfügung in dem Fall wird das GG auf die Seite verschoben, wo mehr Gasteilchen vorhanden sind. Beispiel: Produkte → Auf der linken Seite liegen 4 Gasteilchen vor auf der rechten nur 2 → Bei einer Druckerhöhung haben wir weniger Platz und das GG auf die rechte Seite (weniger Teilchen mehr Platz) Chemie-Abitur CK 2023 Konzentration ● N₂ + 3H₂2NH₂ GG liegt stark auf der linken Seite > Bei Herstellung von Ammoniak wäre GG auf rechter Seite besser (mehr Gewinn) ● Wenn man Ammoniak entfernt, würde GG auch nach rechts verschoben werden, da man Mangel ausgleichen möchte. Einfluss von Katalysatoren auf das Gleichgewicht Wenn wir Katalysator einsetzen bei einer Gleichgewichtsreaktion, wird die Lage des GG nicht verändert ● ● Erhöhen wir Konzentration eines Edukts beispielsweise Stickstoff, versucht System überschüssigem Stickstoff auszuweichen, indem Reaktion verstärkt abläuft, dass überschüssiger Stickstoff abgebaut wird Also wird Reaktion auf rechte Seite verschoben Einsatz von Katalysator kann nur Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen, sodass sich das Gleichgewicht schneller einstellt Enthalpie ● Reaktionswärme bei konstantem Druck Man verwendet beim Messen der Reaktionswärme ein geschlossenes System (Energieaustausch mit der Umgebung aber kein Materieaustausch) Bei konstantem Druck gemessene Reaktionswärme bezeichnet man als ARH Man kann herausfinden ob Reaktion endotherm oder exotherm abläuft ➜ ARH> 0-> endotherm ➜ARH<0-> exotherm Reaktionsenthalpie Reaktionswärme -> Wie viel Energie bekomme ich aus der Reaktion oder wie viel Energie wird durch die Reaktion verbraucht? Man benötigt eine vollständig ausgeglichen Reaktionsgleichung → ARH>0-> endotherm (Energie wird von Produkten an Umgebung gegeben) →ARH<0-> exotherm (Umgebung wird Energie entzogen & in Produkte gesteckt) Berechnung: ΣAH (Produkte) - Σ4cH (Edukte) Beispiel: 2 NaCl (s) + H₂SO4 (1) 2 HCL (g) Na₂ Sou (s) ARHO. Σn. in 'Of H (Produkte) - {n. 4° (Edoute) = [2 (-92k3 /mol-¹) + (-1387 k3 /mol-¹)]-[2-1-411 W)/mol) + (-81463 /mol-1)] = 65 k3 mol "1 Standardbildungsenthalpie Chemie-Abitur CK 2023 Enthalpie, die bei der Bildung von einem Mol Substanz frei oder erforderlich ist Wärme die für die Bildung benötigt wird ist due Standardbildungsenthalpie A₁H⁰ Stehen in großen Tabellen ● ● ● Satz von Hess ● Energie hängt von Edukten & Produkten ab nicht vom Reaktionsweg Die insgesamt zugeführte/freigesetzte Energie ist immer gleich egal über wie viele Zwischenschritte die Reaktion läuft Beispiel: Reaktion von Graphit (Kohlenstoff) und Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. weg A: с weg B: 0₂ (g) C + 0₂ (g) Co + 10₂91 - CO2 °g? CO(g) со268 4rH'm 393 mol ky 4₁H'm = M1 mol Artim = -282 mol -393 md Chemie-Abitur CK 2023 Entropie Entropie als Maß für Unordnung ● ● ● ● Bezeichnet eine Art Unordnungszustand im System Je höher die Unordnung desto höher die Entropie →Feststoffe: hohe Ordnung, niedrige Entropie ● → Flüssigkeiten: höhere Unordnung, höhere Entropie → Gase: große Unordnung, große Entropie Wird durch chemische Reaktion Unordnung erhöht handelt es sich um positive Entropieänderung AS wird mehr Ordnung erzeugt handelt es sich um eine negative Entropieänderung AS Wir wird Entropie erhöht? ➤ Sind auf der Seite der Produkte mehr Teilchen als bei Edukten nimmt Entropie zu Entsteht bei der Reaktion aus einem Feststoffen ➤ Flüssigkeiten oder Gase oder aus Flüssigkeiten Gase nimmt die Entropie zu Richtung spontaner Vorgänge ARS. [S(Produkte) - Σ SlEdukte) Reaktionen laufen spontan ab wenn Energie frei wird bei Enthalpie verbraucht endotherme Reaktion Energie wie kann diese spontan laufen? Mit freier Reaktionsenthalpie (freie Energie) AG schauen ob spontan oder nicht spontan Gleichung: AG= ARH-T• AS (T in Kelvin) → AG > 0: exergonisch -> Reaktion läuft freiwillig ab → AG < 0: endergonisch -> Reaktion läuft nicht freiwillig ab Vier verschiedene Fälle: ARH<0 & AS>0 → AG unabhängig von der Reaktionen IMMER freiwillig (exergonisch) ab ARH> 0 & AS <0 → AG unabhängig von der Temperatur immer positiv also laufen diese peratur immer negativ also laufen diese Reaktionen NIE freiwillig an (endergonisch) ARH <0 & AS < 0 → Anhängig von der Temperatur ob Reaktion freiwillig abläuft (bei niedrigen Temperaturen) ARH >0 & AS > 0 → Abhängig von der Temperatur on Reaktion freiwillig abläuft (nur bei sehr hoher Temperatur freiwillig) Chemie-Abitur CK 2023 Protolysegleichgewicht Aufgreifen von Grundlagen Säuren: Basen: Säure-Base-Reaktiom Chemische Reaktion, bei der ein Protonenübergang von der Säure zur Base stattfindet ● Protolyse Stoffe die Protonen (H*) abgeben -> Protonendonatoren Stoffe, die Protonen (H+) aufnehmen > Protonenakzeptoren Chemische Reaktion, bei der ein Proton von einer Säure auf eine Base übergeht Wichtig: Säure kann nur Proton abgeben wenn es jemand aufnimmt Bei einer Säure-Base-Reaktion wird aus jeder Säure eine korrespondierende Base und aus jeder Base eine korrespondierende Säure Säure 1 + Base 2 Base 1 + Säure 2 O ● ● Beispiel: Schwefelsäure & Ammoniak HaSO4 + NH3 = HSOy + Nh → Die zu Schwefelsäure korrespondierende Bass HSO4 hat noch ein Proton das sie angeben kann, kann deswegen weiterreagieren: + Hsou + NH3 – Soi Nhu + Wenn ein Stoff sowohl als Säure als auch als Base reagieren kann, also Protonen auf aber auch abgeben kann = Ampholyt. Wie er reagiert ist abhängig vom Reaktionspartner: HCL + H₂0 CL + H₂O* Säure Base 2 Base A Säure 2 NH3 Base A + + H2O = Nhĩ Soure 2 + OH Säure Based Ein Ampholyt kann mit sich selber reagieren > Autoprotolyse H₂O + H₂O H₂0* + OH¯ Chemie-Abitur CK 2023 manche Säuren stärker als andere, können ihre Protonen also leichter abgeben → Säurekonstante Ks der pKs-Wert Stärke von Säuren ● ● ● ● ● ● ● ● Säurekonstante leitet sich aus dem MWG ab und ist ein Maß dafür wie „gerne" eine Säure ein Proton an Wasser abgibt HA + H₂O = H₂0* + Aˆ Wenden wir MWG an erhalten wir folgende Gleichgewichtskonstante K= _c (H₂O*). c (A) c (HA) • c (H₂O) Konzentration des Wassers kann als annähernd konstant betrachtet werden und mit der Gleichgewichtskonstante verrechnet werden kann (da so viel vorhanden ist, dass sich bei der geringen Säuremenge die Konzentration des Wassers kaum ändert) K. (H₂O*)-(A²) ((HA). C(H₂O) K.c(H₂O) =_c(H₂O*) c(A) c (HA) • c (H₂O) setze Kc (H₂O) = Ks Ks = c(H₂O). (A) < (HA) Wenn man negativ dekadischen Logarithmus auf Säurekonstante Anwender, erhalten wir pKs-Wert. Auf dem selben Weg können wir pKB-Wert einer Base bestimmen -> Wert ist Maß dafür wie gerne eine Base ein Proton von Wasser aufnimmt. Säurekonstante Mithilfe von pKs- und pKB-Werten kann man verschiedene Säure/Basen bezüglich ihrer Stärke vergleichen ➤ Je kleiner der pKs-Wert, umso stärker ist die Säure ➤ Je kleiner der pKB-Wert, umso stärker ist die Base Einige Säuren geben ihre Protonen vollständig ab -> vollständige Protolyse (Säure dissoziiert vollständig) = Gleichgewicht auf der rechten Seite Korrespondierende Base schwächer, je stärker eine Säure ist ➤ Je stärker eine Base ist, desto schwächer ist die korrespondierende Säure Zwischen pKs-Wert einer Säure und dem pKB-Wert der korrespondierenden Base besteht ein Zusammenhang c (A). c (H₂O*) c (HA) c(OH) Ks. Ks - c(HA) c(A) - c(H₂0) + c(OH) = Kw = 10^" mol²/L¹ Wendet man negativ dekadischen Logarithmus an: pKs + PKB = 14 Ist also pKs-Wert einer Säure bekannt können wir mithilfe der Formel den pKB-Wert der espondierenden Base Berechnen Sehr starke Basen, nehmen Protonen vollständig auf. Chemie-Abitur CK 2023 ● lonenprodukt des Wassers Einschätzungen ob eine Lösung sauer, neutral oder alkalisch ist leitet man aus dem lonenprodukt ab ● Man kann Stärke von Base/Säure einordnen: pKs 1,5: starke Säure > 1,5 <pKs < 4,75: mittelstarke Säure ● pKs > 4,75: schwache Säure PKB < 1,5: starke Base 1,5 <pKB < 4,75: mittelstarke Base PKB > 4,75: schwache Base ➜ Chemisches Gleichgewicht wichtige Rolle Autoprotolyse= Gleichgewichtsreaktion, schnelle Einstellung und starke Lage des GG auf der linken Seite (bei Wasser) Gleichgewichtskonstante mithilfe MWG K₂_c(H₂O*) • c (OH-) 2 c (H₂0)² Da GG stark auf linker Seite liegt ändert sich Konzentration des Wassers fast nicht, deshalb kann man sagen, dass sie quasi konstant ist. Man kann diese Konstante mit der Gleichgewichtskonstante verrechnen und erhält eine neue Konstante -> lonenprodukt des Wassers K= c (H₂O*)-(OH- ) c(H₂O)² →→→→K.C(H₂O)² = c(H₂0¹) · C(OH) 1. • C(H₂O)² | setze Kc (H₂O)² = Kw Kw = c(H₂0+) c(OH) lonenprodukt des Wassers lonenprodukt des Wassers ist für alle verdünnten wässrigen Lösungen bei 25°C immer Kw=10-14 mol²/L² Daraus Bestimmung der Konzentration von Oxonium - und Hydroxyionen möglich: Kw= 10-14 mol²/L² = c(H3O+) c(OH) Chemie-Abitur CK 2023 Da Konzentration der Oxoniumionen bei Autoprotolyse gleich der Konzentration der Hydroxyidionen ist: ● -14 10 ← 10 <-> 107 c (H₂0) c(H₂0*) √√1014=√√ClH₂O)² = c(H₂0+)² < (H₂0+) C(OH-) Chemie-Abitur CK 2023 pH-und pOH-Wert Berechnung ● ● pH-Wert Einschätzung der Stärke einer Säure/Base ➜ pH <7: saure Lösung ➜ pH = 7: neutrale Lösung ➜ pH > 7: basische/alkalische Lösung Starke Säuren pKs-Wert kleiner als 1,5-> Protolyse verläuft nahezu vollständig → alle Säureteilchen geben ihre Protonen an das Wasser ab, wodurch Konzentration der Oxoniumionen annähernd die gleiche ist wie die anfängliche Säurekonzentration ◆ Formel: pH = -lglc (H₂O) = -1g (₁₂(HA)) Schwache Säuren * Nur wenige Säureteilchen geben ihr Proton an Wasser ab → Konzentration der Säure ändert sich durch Protolyse fast nicht. Konzentration der Oxoniumionen ist hier genauso groß wie die Konzentration der entstehenden korrespondierenden Base. Formel ܀ pH = 1. (pKs - Lg (c₂ (HA)) 슬. Starke Basen ❖ !!Wenn man negativ dekadischen Logarithmus an der Anfangskonzentration der Base anwenden erhalten wir den pOH-Wert -> da bei der Reaktion mit Wasser keine Oxoniumionen sondern Hydoxidionen entstehen ◆ Formel pH: 14 + Ig(co(A)) Schwache Basen Formel ܀ pH= 14 - - (pKs -₂ (HA) Co