Anfänglich gilt es sich einen Überblick über die Stoffmengenverhältnisse zu schaffen, welche vorliegen. Hierzu wird die Reaktionsgleichung aufgestellt.

Daraus geht hervor, dass ein Mol Wasserstoff mit einem halben Mol Sauerstoff zu einem Mol Wasser reagiert. Das heißt, die Stoffmenge an Wasserstoff ist doppelt so groß, wie die Stoffmenge des eingesetzten Sauerstoffs. Dieses Verhältnis der Stoffmengen n gilt es nun in einer Gleichung darzustellen.



Für die Aufgabenstellung ist dabei nur das Stoffmengenverhältnis von Wasserstoff und Sauerstoff notwendig. Zudem gilt es den Zusammenhand zwischen Stoffmenge, Masse und Molarer Masse herzustellen, wobei die Stoffmenge der Quotient aus der Masse m und der Molaren Masse m eines Stoffes ist.



Diesen Zusammenhang gilt es nun in das obere Stoffmengenverhältnis einzusetzen.







Da nach der Masse des eingesetzten Wasserstoffs gefragt ist, muss die Gleichung entsprechend umgestellt werden.



Die Molaren Massen M der einzelnen Stoffe kann man mithilfe des Periodensystems ermitteln, wobei sich M(O) = 16.00 g/mol und M(H)=1.01 g/mol ergibt. Für die Masse des Sauerstoff geben wir dabei die vorgegebenen 10g an.



Folglich benötigen wir etwa 1.26 g Wasserstoff, damit 10g Sauerstoff vollständig zu Wasser reagieren.

~Johannes

Guck dir dazu mal Abbildung 2 in Abschnitt 3.1 und den dazugehörigen Abschnitt des folgenden Papers an:

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2015/gc/c4gc02381a

Prinzipiell die fehlende aromatische Stabilisierung die bei der einen Grenzstruktur dargestellt ist.

~ Johannes

Ein paar Klassiker aus dem Labor:

• PE-Reagenzgläser (Plastik) über dem Brenner erhitzen
• Wasser in die (konzentrierte) Säure geben (Starke lokale Energieentwicklung und Verdampfung des Wassers -> Spritzer)

Dinge, auf die man achten sollte:

• Aceton und Wasserstoffperoxid reagieren säurekatalysiert zu Acetonperoxid, welches explosiv ist
• Iod und Ammoniak reagieren zu explosivem Stickstofftriiodid
• Ggf. nicht Brom und Aluminium unbeabsichtigt reagieren lassen, wobei sich in einer stark exothermen Reaktion AlBr3 bildet
• Aufpassen, wenn du Natrium zur Trocknung einsetzt. In Kombination mit organischen Verbindungen, wie Bromoform, kommt es zu heftigen explosionen

Für den Chemieunterricht das Standardzeug: https://www.sichere-schule.de/chemie/praktisches-arbeiten/unterweisung-und-verhaltensregeln

~Johannes

Wenn sich zwei Wasserstoffatome annähern, so wirken jeweils Coulomb-Kräfte. Dabei müssen wir zwischen zwei auftretenden Effekten unterscheiden:

• Die Anziehung zwischen den negativ geladenen Elektronen der Atomhülle und den positiv geladenen Protonen im Atomkern.
• Die Abstoßung zwischen gleich geladenen Teilchen, also die Abstoßung zwischen den verschiedenen Protonen oder den Elektronen.

Sollten sich zwei Wasserstoffatome annähern (wie bei 1, 2), so kommt es erst einmal zur Abstoßung. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Atomhüllen jeweils negativ geladene Elektronen beinhalten, die sich gegenseitig abstoßen.

Bei den folgenden Atomen (3 und 4) kommt es zusätzlich zur Anziehung der Elektronen durch die protonenhaltigen Atomkerne. Bei Bild 4 wurde die optimale Distanz zwischen den Atomkernen erreicht, wodurch die resultierende Anziehungskraft maximal ist.

Sollten sich die Atome jeweils weiter annähern, so kommt es (Bild 5 und 6) zur Abstoßung der Elektronenkerne. Das heißt, es wird viel mehr Energie benötigt, um diese Konstellation beizubehalten.

Die Konstellation 4 ist dabei am energetisch günstigsten.

~JackboyPlay

Unitestpapier ist zur Bestimmung des pH-Wertes benutzt, wobei jeder pH-Wert eine andere Farbe aufweist. Der pH-Wert ergibt sich dabei aus dem negative dekadischen Logarithmus der Konzentration der Oxonium-Kationen. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass die Konzentration der Oxonium-Kationen für den pH-Wert verantworlich ist.

Die Voraussetzung dafür, dass Oxonium-Kationen gebildet werden, ist, dass ein Säuremolekül mit einem Wassermolekül reagiert. Das Wassermolekül fungiert hierbei als Protonenakzeptor, also als Base, während das Säuremolekül als Protonendonator fungiert.

Wichtig dabei ist, dass ein Wasserstoffkation übertragen werden kann.

Bei der Salzsäure liegen die Chlorwasserstoffmolekül gelöst in Wasser vor, wobei die Abgabe der Wasserstoffkationen problemlos erfolgt.

Hierbei liegen also die für den pH-Wert ausschlaggebenden und vom Indikatorpapier indizierten Oxoniumkationen vor.

Sollten wir jedoch gasförmigen Chlorwasserstoff mit dem Indikatorpapier in Kontakt bringen, so liegen keine Oxoniumkationen vor, die nachgewiesen werden könnten, weswegen auch keine Änderungen des Indikatorpapiers zu beobachten sind.

~Johannes

Bevor wir mit der Rechnung anfangen, stellen wir anfänglich die Reaktionsgleichung auf, damit wir den Überblick über die Stoffmengenverhältnisse besitzen.

Daraus ergibt sich, dass für die Umsetzung von einem Mol Magensiumoxid zu einem Mol Magensiumhydroxid ein Mol Wasser aufgewendet werden muss. Folglich gilt folgender Zusammenhang:



Nun berechnen wir mithilfe der molaren Masse M des Magnesiumoxids, die mithilfe des Periodensystems der Elemente ermittelt werden kann und der gegebenen Masse von ebendiesem, die Stoffmenge des vorliegenden Magnesiumoxids.

 

Mithilfe des oben beschriebenen Zusammenhangs und den moalren Massen, können die Massen des verbrauchten Wassers und des entstandenen Magensiumhydroxids berechnet werden.











Nun können wir mithilfe der gegebenen Massen den Massenanteil des Magensiumhydroxids berechnen.



Das Magnesiumhydroxid hat letztendlich einen Massenanteil von ungefähr 3.537 Prozent.

~Johannes

Ich habe mich mal damit befasst und einen möglichen Reaktionsmechanismus für diese Reaktion aufgestellt.

1. Das Hydroxidanion greift das positiv polarisierte Kohlenstoffatom der Carbonylgruppe an. Die Polarisierung kommt durch die Elektronegativitätsdifferenz von dEN(C-O) = 1.4 zwischen dem Kohlenstoff- und dem Sauerstoffatom zu stande.
2. Nachdem das Hydroxidanion an das Kohlenstoffatom gebunden hat, besitzt das Kohlenstoffatom fünf Bindungen - anstatt der üblichen vier, weswegen es negativ geladen ist.
3. Die negative Ladung hat zur Folge, dass die Elektronen vom Kohlenstoffatom abgestoßen werden, da sich negative Ladungen gegenseitig abstoßen. Somit kommt es zum Einklappen einer der zwei Bindungen, die das Sauerstoffatom zum Kohlenstoffatom ausgebaut hat. Dadurch ist dasselbe Sauerstoffatom negativ geladen.
4. Nun gibt man einen Alkohol, also R-OH, hinzu. Da das Kohlenstoffatom durch die zwei Sauerstoffatome noch stärker positiv polarisiert ist, kommt es zum nukleophilen Angriff eines freien Elektronenpaars des Sauerstoffatoms der Hydroxygruppe des Alkohols an das positiv polarisierte Kohlenstoffatom.
5. Nachdem sich die Bindungen ausgebildet haben, ist das Kohlenstoffatom wieder negativ geladen und das Sauerstoffatom der Hydroxygruppe des Alkohols ist positiv geladen. Daher wird von ebendieser Hydroxygruppe ein Proton (H+) abgespalten, welches an das negativ geladene Sauerstoffatom, das zuvor zweifach an das Kohlenstoffatom gebunden war, bindet.
6. Da unser Kohlenstoffatom immer noch negativ geladen ist, kommt es zur Abspaltung einer Hydroxygruppe, da diese partiell negative sind als die Ether-Gruppe (R-O-R') und somit stärker abgestoßen werden. Eine Verbindung bei der ein Kohlenstoffatom an zwei Hydroxygruppen gebunden ist, ist (in der Regel) ohnehin instabil.
7. Nun erhalten wir unser Halbacetal und wieder ein Hydroxidanion.

~Johannes

Isomere sind Moleküle, welche dieselbe Summenformel besitzen. Jedoch sind die Atome untereinander unterschiedlich angeordnet. Als Beispiel können hierbei Butan und 2-Methylpropan genannt werden, welche zwar dieselbe Strukturformel besitzen, jedoch unterschiedlich aufgebaut sind. Um sich dies zu verdeutlichen, zeichnet man als erstes die dazugehörigen Strukturformeln und stellt anschließend die Summenformeln auf.

Dies wenden wir nun auf die Aufgaben auf dem Arbeitsblatt an und zeichnen als erstes die Strukturformeln. Danach stellen wir noch die dazugehörigen Summenformeln auf, indem wir die verwendeten Atome abzählen.

Die jeweils zueinander Isomeren Moleküle habe ich mit derselben Farbe markiert. Folglich sind...

...2,2-Dimethylhexan und 3-Ethyl-2-methylpentan...

...3-Ethyl-2-methylhexan und 2-Methyloctan...

...1,1-Dimethylcyclohexan und 1,2,3-Trimethylcyclopentan...

...isomer zueinander.

~Johannes

Zitronensaft ist ein Gemisch aus verschiedenen Stoffen. Dazu gehören beispielsweise Zitronensäure (2-Hydroxypropan-1,2,3-tricarbonsäure), Wasser, Vitamin C (Ascorbinsäure), Zucker, et cetera. Dabei kannst du lediglich die Strukturformeln der einzelnen komponenten, die gelöst sind, ermitteln. Falls du interesse hast, dann könntest du theoretisch auch untersuchen, wie die Moleküle untereinander interagieren und im Zitronensaft vorliegen. Damit könntest du dir theoretisch ein Molekülgeflecht erstellen, wie es wohl im Zitronensaft aussehen könnte. Damit kommst du jedoch nicht sehr nah an die Realität ran.

~Johannes

Es gibt verschiedenste Faktoren, welche die Reaktionsgeschwindigkeit einer Reaktion beeinflussen können.

Eine Temperaturerhöhung hat eine Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit zur Folge, aufgrund der höheren kinetischen Energie, welche die Teilchen besitzen. Dadurch kommt es zu mehr Zusammenstößen zwischen Teilchen pro Zeiteinheit und auch zu heftigeren Zusammenstößen, das heißt, dass bei viel mehr Zusammenstößen die erforderliche Mindestenergie für die Reaktion erreicht wird.

Eine Konzentrationserhöhung hat zur Folge, dass sich mehr Teilchen in der Lösung befinden, wobei es wieder vermehrt zu Zusammenstößen zwischen den einzelnen Teilchen kommt. Das Volumen der Lösung darf hierbei selbstverständlich nicht groß erhöht werden, da die Konzentration sonst konstant bleiben würde.

Die Verwendung eines Katalysators hat zur Folge, dass die Reaktionsgeschwindigkeit ebenfalls erhöht wird, da dieser die nötige Aktivierungsenergie, welche für die gewünschte Reaktion benötigt wird, herabsetzt. Dies geschieht durch einen Zwischenzustand für dessen Entstehung weniger Energie benötigt wird als für die Reaktion ohne diesen Zwischenzustand.

Die Erhöhung des Zerteilungsgrades hat ebenfalls eine Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit zur Folge, da mehr Teilchen miteinander in Berührung kommen, wobei es auch folglich zu mehr Zusammenstößen und möglichen Reaktionen kommt. Der Zerteilungsgrad ist der Quotient aus der Oberfläche und dem Volumen des Stoffes, der hinzugegeben wird. Der Zerteilungsgrad deiner Brausetablette ist dabei geringer als der Zerteilungsgrad des Brausepulvers.

Die Erklärungen, die auf den Zusammenstößen verschiedener Teilchen basieren, basieren auf der Stoßtheorie.

~Johannes

Unter negativen Katalysatoren werden Katalysatoren zusammengefasst, welche die Reaktionsgeschwindigkeit von Reaktionen erhöhen und diese Reaktion dadurch verlangsamen oder gänzlich verhindern. Inhibitoren sind Stoffe, welche auch als Hemmstoffe bezeichnet werden und beispielsweise Katalysatoren blockieren, da sie sich an die Bindungsstellen im reaktiven Zentrum binden und dadurch verhindern, dass der Katalysator katalytisch wirkt, wobei es zur temporären und permanenten Deaktivierung des Katalysators kommen kann.

~Johannes

Wenn wir die Teilchenzahl gegeben haben, sind wir in der Lage, die Stoffmenge des Stoffes zu berechnen, welche uns im spätrigen Verlauf ermöglicht, dass wir die Masse des Stoffes berechnen.

Hierzu nehmen wir die Avogadro-Konstante zur Hilfe, welche besagt, dass in der Stoffmenge n = 1 Mol 6,02214086 × 10²³ Teilchen enthalten sind.

Nun können wir das Ganze mithilfe der gegebenen Teilchenzahl umrechnen, damit wir die Stoffmenge erhalten.



Damit wir mithilfe der Stoffmenge nun die Masse in Gramm errechnen können, müssen wir zuerst die molare Masse M des Eisen mithilfe des Periodensystems der Elemente ermitteln.



Nun können wir mithilfe der Stoffmenge n und der molaren Masse M die Masse des Eisens.



Damit wir die Masse in u berechnen können, müssen wir die relative Atommasse des Eisens, welche aussagt, welche Masse ein Eisenatom besitzt, mit 5 000 000 000 Teilchen multiplizieren.

Die relative Atommasse kann hierbei auch wieder aus dem Periodensystem der Elemente bezogen werden.



Nun wissen wir, dass 5 000 000 000 Eisenatome 2,79*10^11 u wiegen.

Jetzt haben wir eine Stoffmenge n an Eisen gegeben, welche die Masse m = 0,093g aufweist.

Mithilfe der molaren Masse des Eisens und der Avogadro-Konstante, können wir nun die Anzahl der Atome berechnen, welche in dieser Stoffmenge enthalten sind.





Nun wissen wir, dass in 0,093 Gramm an Eisen ungefähr 1,058 Eisenatome enthalten sind.

Bei der nächsten Aufgabe haben wir 0,031 Gramm Silbersulfid gegeben und 0,027 Gramm Silber, welche bei der Analyse hervorgehen.

Mithilfe des Massenerhaltungssatzes, welcher besagt, dass die Masse der Edukte gleich der Masse der Produkte ist, können wir die Masse des Schwefels berechnen.



Nun können wir mithilfe der molaren Massen die Stoffmenge des Silbers und des Schwefels errechnen.









Da wir nun die Stoffmengen errechnet haben, sind wir in der Lage, die Teilchenzahl zu errechnen, in dem wir die Avogadro-Konstante benutzen.





Nun wissen wir, dass das Silbersulfid aus ungefähr 7,504225*10^19 Schwefelteilchen und aus ungefähr 1,506931*10^20 Silberteilchen besteht.

~Johannes

Wir wissen erst einmal, dass der Wasserstoff, welcher im Ballon enthalten ist mit dem Sauerstoff aus der Luft reagiert, wobei wir folgende Reaktionsgleichung aufstellen können:

Zudem können wir die Stoffmenge des Wasserstoffes berechnen, wobei in meinem Beispiel von einem idealen Gas, einer Raumtemperatur von 25°C (298,15K) und einem Druck von 101,325kPa ausgegangen wird.

Als erstes errechnen wir das molaren Volumen, welches uns angibt, wie viel Liter an Volumen ein Mol eines ideales Gases bei den zuvor gegebenen Bedingungen einnimt.







R ist hierbei die universelle Gaskonstante, welche ungefähr 8,314472 beträgt.

Diese sollte in jedem guten Taschenrechner enthalten sein.

Nun können wir mithilfe des ausgrechneten molaren Volumens die Stoffmenge von 100ml = 0,1l Wasserstoff berechnen.



Aus unserer Reaktionsgleichung geht zudem hervor, dass das Stoffmengenverhältnis von H2 zu H2O 1:1 ist.

Das heißt, dass n(H2) = n(H2O) ist, weswegen wir nun problemlos die Masse des Wassers berechnen können, wobei wir zuvor die molaren Masse des Wassers errechnen müssen.



Nun können wir hierraus die Masse des entstandenen Wassers berechnen, indem wir die Stoffmenge mit der molaren Masse multiplizieren.





Nun wissen wir, dass ungefähr 73,573 Milligramm an Wasser bei der Verbrennung von 100ml Wasserstoff entstehen.

~Johannes

Wir müssen bei der Aufgabe f einfach die Klammern auflösen, indem wir ausmultiplizieren.

Nachdem man ausmultipliziert hat, kann man anfangen die einzelnen Zahlen zusammenzufassen, um so den endgültigen vereinfachten Term zu erhalten.



Beim Ausmultiplizieren musst du jeden Bestandteil in der Klammer mit dem Faktor multiplizieren.

(Quelle: https://de.serlo.org/mathe/terme-gleichungen/terme-variablen/zusammenfassen-ausmultiplizieren-faktorisieren/klammern-ausmultiplizieren)

~Johannes.

Anfänglich müssen wir erst einmal klären was eine Lauge überhaupt ist:

"Wässrige Lösung einer Base, welche alkalisch reagiert."

Wenn man Alkalihydroxide in Wasser gibt, so wird das Ionengitter "abgebaut", da sich um die Ionen eine Hydrathülle bildet.

Basen sind zudem Protonenakzeptoren (H-Kation = Proton), die Protonen einer Säure aufnehmen können, wobei sich Wasser bildet.

Sollte man jetzt Natronlauge (NaOH) in Wasser lösen, so haben wir ein Natrium-Kation und ein OH-Anion, welches in der Lage ist, ein Proton aufzunehmen, wobei ein OH-Anion und ein H-Kation zu H2O wieder werden.

~Johannes.

Erst einmal stellen wir die Reaktionsgleichung auf:

Methanol hat eine Dichte von 792g/l, weswegen wir genau 792g Methanol haben.

Nun berechnen wir mithilfe der Formel die Stoffmenge des Methanols:







Nun berechnen wir, wie viel mol Kohlenstoffdioxid bei der Verbrennung entstehen.

Aus der Reaktionsgleichung geht hervor, dass aus einem Mol Methanol ein Mol Kohlenstoffdioxid hervorgeht.

Das heißt, dass auch 99/4 mol an Kohlenstoffdioxid enstehen muss.

Nun berechnen wir, wie viel l/mol ein ideales Gas bei 25°C (295,15K) einnimmt.

R ist die ideale Gaskonstante und p ist der Druck in kPa.



Die entstandene Einheit ist l/mol.

Jetzt müssen wir nur noch das Molare Volumen bei 25°C und die molare Masse des Kohlenstoffdioxids multiplizieren.



Hieraus ergibt sich dann, dass fast 600l CO2 entstanden sind.

~Johannes.