Chemie Lexika |
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| Was Schüler im Chemieunterricht gerne verstehen würden, aber ihren Chemielehrer nicht (mehr) zu fragen wagen ... |
Archiv II
Fragen/Antworten 23.06.97-15.12.97
 Bitte
alles über alcotest! |
"Alles" ist ein großes Wort, das schaffe ich wahrscheinlich nicht - sagen wir
mal, "möglichst viel" über alcotest!! Du bist doch wohl hoffentlich nicht in
eine Alkohol-Kontrolle geraten?? Aber nein, die Polizei macht das ja heute anders,
physikalisch ....Also Scherz beiseite - hier ist "möglichst viel" über alcotest!
Das alcotest-Röhrchen enthält zwischen zwei Drahtnetzen Kieselgel mit einem Gemisch aus Kaliumdichromat (K2Cr2O7) und Schwefelsäure (H2SO4). Wenn Ethanol dazukommt, wird aus dem gelben Kaliumdichromat grünes Cr3+, und aus dem Alkohol wird Aldehyd. Aus der Stärke der Grünfärbung und daraus, wie weit sich die Grünfärbung in den Gelb-Bereich ausdehnt, kann man auf die Menge Alkohol in der Atemluft schließen. Das geht so: Reduktion:
(Hier sieht man auch, warum Schwefelsäure dabeisein muss: Man braucht die H+!) Oxidation:
Jetzt muss das kleinste gemeinsame Vielfache der verschobenen Elektronen gesucht werden (so daß gleich viele Elektronen vom C-Atom abgegeben und vom Cr-Atom aufgenommen werden); außerdem kürzen wir die links und rechts stehenden H+-Ionen weg: Gesamt-Redox-Gleichung (in Teilchenform):
Das ist - in Ionengleichung - der Vorgang im alcotest-Röhrchen, wenn Ethanol durchgepustet wird. Aber man kann die Gleichung auch noch um die Teilchen ergänzen, die gar nicht mitreagieren, aber in den Verbindungen enthalten sind: Gesamt-Redox-Gleichung (in Summenform):
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| Wie
läuft die Redoxreaktion ab, wenn Wasserstoffperoxid in schwefelsaurer Lösung mit
Kaliumpermanganatlösung unter Sauerstoffentwicklung reagiert und dabei Mangan-II-Ionen
entstehen? |
| Wenn
Permanganat zu Mn2+ wird, dann ist das eine Reduktion; Mn07+ muß 5
Elektronen aufnehmen. Wo können die herkommen? Einen Hinweis gibt die
Sauerstoffentwicklung: Die in H2O2 gebundenen Sauerstoff-Atome haben
die Oxidationszahl -1, im elementaren Sauerstoff die Oxidationszahl 0, d. h. sie geben ein
Elektron ab. Außerdem werden H+-Ionen gebraucht, um O2- zu Wasser
zu binden. In einem ersten Schritt schreibt man sich also mal nur die "Kernvorgänge" mit den oxidierten/reduzierten Teilchen hin:
Im zweiten Schritt ermittelt man das kleinste gemeinsame Vielfache der abgegebenen/aufgenommenen Elektronen und schreibt die so veränderten Teilvorgänge erneut hin:
Im dritten Schritt schließlich zählt man die beiden Gleichungen zusammen und kürzt weg, was links und rechts steht:
Und das wars dann - es sei denn, man will nun wirklich die komplette Summengleichung auch mit den unbeteiligten Atomen bzw. Ionen. Dann schreibt man es halt nochmal hin: 2 KMnO4 + 5 H2O2 + 3 H2SO4 ------> 2 MnSO4 + 5 O2 + 8 H2O + K2SO4 |
| Das
p-Orbital wird immer in Form von zwei "Keulen" gezeichnet. Wie kommt das
Elektron von einer "Keule" in die andere, wenn es im Knotenpunkt (Kern) gar
nicht sein darf? |
| Du
betrachtest bei dieser Frage das Elektron als Teilchen, wie es ja auch
normalerweise im Schulunterricht gesehen wird. Aber das Elektron kann man
auch als "Welle" betrachten. Und das p-Orbital
ist eine mögliche Form so einer Welle. Stelle dir
einmal ein Seil vor: Wenn du es an einem Ende anbindest und am anderen Ende kräftig
schwingst, bleibt es in der Mitte fast am selben Ort (der "Knoten"), während es
davor und dahinter auf- und abschwingt (die "Bäuche"). Das nennt man eine "stehende
Welle". So eine Form hat auch das p-Orbital: In der Mitte der Knoten, zu
beiden Seiten davon die Bäuche. So weit, so gut: Aber um diese Wellenform in eine
halbwegs verständliche Aussage zu übersetzen, sagt man jetzt: Da wo der Knoten ist, ist
keine Aufenthaltswahrscheinlichkeit ("da ist das Elektron nicht"), und da wo die
Bäuche sind, ist die Aufenthaltswahrscheinlichkeit hoch ("da ist das
Elektron"). Das heißt, man übersetzt ein Modell, das aus der
"Welleneigenschaft" des Elektrons entstanden ist, wieder in die
"Teilcheneigenschaft" des Elektrons! Und als Teilchen kann
das Elektron den Knoten natürlich nicht überwinden! Aber als Welle ist die Form des
p-Orbitals möglich: Diese Form wird in der Schrödinger-Gleichung, einer Art
Elektronen-Wellengleichung, berechnet (ist also das Ergebnis einer mathematischen
Berechnung und nicht etwa einer mikroskopischen Beobachtung). Kompliziert, nicht wahr?
Aber mit diesem sogenannten "Welle-Teilchen-Dualismus" muß man leben. Im
Mikrokosmos ist die Natur gar nicht so eindeutig, wie wir es gerne hätten. |
| Ich bin
in der 11.Klasse und habe dieses Jahr zum ersten Mal Chemie. Zur Einführung sollen wir
uns einige Vorteile und Nachteile der Chemie überlegen. Z. B. Medikamente als Vorteil -
Waffen als Nachteil. Ich habe schon überall rumgesucht und gefragt, aber niemandem fällt
etwas ein. Könntet ihr mir vielleicht noch ein paar Punkte sagen? |
| Eine sehr
interessante Frage! Dies ist ein Versuch, sie zu beantworten. Die Vor- und Nachteile sind eng verzahnt: Fast jedem Vorteil steht gleich ein Nachteil gegenüber. Vorteil: Geburtenkontrolle durch synthetische Verbindungen (Anti-Baby-Pille) Nachteil: Gefahr von Mißbildungen durch Medikamente (z. B. Contergan) Der Vorteil ergibt sich aus der chemischen Forschung, der Nachteil aus den Grenzen unseres Wissens. Vorteil: Bekämpfung des Welthungers durch Düngemittel, Schädlingsbekämpfungsmittel, Unkrautvernichtungsmittel Nachteil: Schädigung des Bodens, krankheitsanfällige Monokulturen (z. B. Soja), Anreicherung von Schadstoffen in Menschen und anderen Lebewesen. Der Nachteil ergibt sich aus der kommerziellen Nutzung des eigentlich segensreichen Wissens, das die Chemie bereitstellt. Vorteil: Bekämpfung des Welthungers durch gentechnisch erzeugte Nahrungsmittel Nachteil: Eingriff in die Schöpfung, Veränderung der Artenvielfalt, Gefahr unvorhersehbarer Folgewirkungen. Der Vorteil birgt den Nachteil in sich: Alles ist machbar - aber darf man alles machen? Vorteil: Erhöhung des Lebensstandards durch Produktion von Verbrauchsgütern (Textilfasern, Waschmittel usw.) und Werkstoffen (feuerfeste Kunststoffe, Autoteile usw.) Nachteil: Umweltverschmutzung durch die Produktion und durch schwierige Entsorgung von Altmaterial bzw. Umweltverschmutzung durch die Nutzung (Waschmittel - Gewässerschädigung!) Auch hier sieht man wieder, daß nicht das chemische Wissen (das durch Forschung entsteht) den Nachteil bringt, sondern die Umsetzung in die Anwendung dieses Wissens (wenn diese Umsetzung unverantwortlich erfolgt). Vorteil: Chemie als Naturwissenschaft erhöht unser Wissen über diese Welt und erzieht damit zur "Demut vor der Schöpfung" (schon Goethe schrieb, die Triebfeder des Forschers sei, zu erkennen, "was die Welt im Innersten zusammenhält". Daran hat sich für die Chemiker und Physiker bis heute nichts geändert). Nachteil kann aber sein, dass die Ethik der Menschen mit ihrem Wissen nicht Schritt hält und Erkenntnisse der Naturwissenschaft mißbraucht werden (Chemiewaffen, Atombombe). Das waren einige Überlegungen. Helfen sie dir weiter? |
| Geben Sie
mir bitte eine direkte Antwort bzw. Links im Internet zum Thema "Synthese von
Alkoholen" - allgemein oder speziell zur Synthese von Ethanol. |
(Chemie-Links: Siehe oben!) Das ist eine sehr "lexikalische" Frage, d. h.
hierüber findet man sehr viel in Chemie-Lexika. Alkohole können unter anderem
dargestellt werden
Alkohole können auch durch Gärung entstehen: C6H12O6 (Glucose=Traubenzucker) ----------> 2 C2H5OH
+ 2 CO2
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| Woran
erkennt man, wie C-Atome hybridisiert sind? Und vor allem: Woher "wissen" die
C-Atome, wie sie sich gerade zu hybridisieren haben? |
| Erkennen
kann man das am Bindungswinkel und an der Bindungslänge, meistens auch an der Zahl der
Bindungspartner.
Im Falle der sp3-Hybridisierung gibt es ja vier Hybrid-Orbitale. Die ordnen sich im Raum so an, daß sie möglichst weit voneinander weg sind (logo!), und das entspricht dann den vier Ecken einer Pyramide mit Dreiecksgrundfläche. Der Winkel zwischen den Orbitalen ist dann 109,5 °. Dieser Winkel kann allerdings auch etwas geringer ausfallen, dazu später.
Bei sp2-Hybridisierung gibt es drei Hybrid-Orbitale. Hier ergibt eine Anordnung im Raum mit möglichst großem gegenseitigem Abstand eine ebene Struktur mit gleichmäßig 120 ° Abstand. Bei dieser Hybridisierung ist noch ein p-Orbital vorhanden, das an der Hybridisierung nicht teilgenommen hat und für andere Zwecke (zusätzliche Bindung; Delokalisierung) verwendet werden kann.
Bei sp-Hybridisierung gibt es zwei Hybrid-Orbitale. Ganz klar: Die sind 180 ° voneinander weg, linear. Hier gibt es noch zwei p-Orbitale, die an der Hybridisierung nicht teilgenommen haben und - siehe oben - für andere Zwecke verwendet werden können.
Man kann es auch an der Bindungslänge erkennen: Die nimmt ab von der Einfach-(sp3)Bindung über die Doppel-(sp2-)Bindung zur Dreifach-(sp-)Bindung. Erkennung an der Zahl der Bindungspartner: Hier ist etwas Vorsicht geboten
- das kann in die Irre führen!
Und jetzt die Frage: Woher wissen die C-Atome, wie sich zu hybridisieren haben? Hilft dir das im Verständnis der Hybridisierung? Wenn Zusatzfragen anfallen, bitte nicht zögern und per email an mich schicken! |
| Warum
nennt man die Helix-Struktur der Proteine alpha-Helix? |
| Bei der
Strukturfeststellung ergibt sich das Problem, die experimentellen Daten der
Strukturanalyse, die man überwiegend mit Röntgenstrahlen durchführt, zu interpretieren.
Bei dieser Röntgenstrukturanalyse erhält man nämlich zunächst ein ziemlich wirres
Bild, ein sog. "inverses Gitter", wenn ich mich richtig erinnere - wir mussten
das nämlich mal im Studium machen; an Details erinnere ich mich nicht mehr, nur noch
daran, daß es eine vertrackte Geschichte war, die uns viel Mühe gekostet hat. Es ist nun
so, daß die alpha-Helix, bei der 3,6 Aminosäuren auf einen
Helix-Umgang kommen, die experimentellen Daten am besten erklärt. Die sogenannte
¶-Helix ("pi-Helix") mit 4,4 Aminosäuren pro Umgang zum Beispiel erklärt die
experimentellen Daten nicht so gut. |
| Brom
disproportioniert in alkalischer Lösung zu Bromid- und Bromat-Ionen. Warum werden bei der
Oxidation zum Ausgleich 10 Elektronen und nicht 5 Elektronen benötigt? |
| Zuerst
dachte ich ja, dein Lehrer hätte die Aufgabe nicht richtig gestellt: Nach meinem Wissen
disproportioniert Brom nämlich in alkalischer Lösung zu Bromid- und Hypobromit-Ionen: Br2 + 2 OH- ----------> Br- + BrO- + H2O Aber dann habe ich nochmal im schlauen Buch nachgesehen, und da stand, daß beim Erwärmen dieser alkalischen Lösung eine weitere Disproportionierung des Hypobromits zu Bromid und Bromat stattfindet: 3 BrO- -------------> 2 Br- + BrO3- Also nochmal die beiden Gleichungen - die erste mit angepassten Koeffizienten: 3 Br2 + 6 OH- ----------> 3 Br- + 3
BrO- + 3 H2O Die beiden Gleichungen zusammengezählt (und was links und rechts steht weggekürzt) ergibt als Gesamtgleichung 3 Br2 + 6 OH- ----------> 5 Br- + BrO3- + 3 H2O Und so wie das jetzt dasteht, haben tatsächlich nur fünf Elektronen die Plätze getauscht: Fünf Brom-Atome haben je ein Elektron dazugewonnen, ein Brom-Atom hat diese fünf Elektronen abgegeben. Versuchen wir jetzt, die Teilgleichungen für Oxidation und Reduktion zu schreiben: 5 Br + 5 e- ----------> 5 Br- (Reduktion) Hier liegt wohl das Problem (jedenfalls nach meiner Auffassung), weshalb dein Lehrer meint, zehn Elektronen wechselten die Plätze: Brom-Atome liegen als Edukt (Ausgangsstoff) ja nicht vor, sondern Brom-Moleküle. Dann müsste man entweder schreiben 2,5 Br2 + 5 e- ----------> 5 Br- - so würde es jetzt zwar wieder stimmen mit fünf Elektronen, aber die Schreibweise ist (mindestens) unschön - oder das Ganze doppelt! 5 Br2 + 10 e- ----------> 10 Br- Die Gesamtgleichung würde dann lauten 6 Br2 + 12 OH- ----------> 10 Br- + 2 BrO3- + 6 H2O Zehn Elektronen haben bei diesem so beschriebenen Vorgang
die Plätze gewechselt! |
Falls - bei "Seiteneinsteigern", die nicht über die Homepage gekommen sind - der Navigationsbalken mit dem Inhaltsverzeichnis nicht zu sehen ist:
Das
O-Atom hat nur zwei Bindungspartner - die H-Atome -, aber es ist dennoch
sp3-hybridisiert! Das O-Atom hat nämlich sechs
Außenelektronen, davon braucht es nur zwei für die Bindung
zu den H-Atomen, bleiben vier - zwei Paare - übrig! Und die besetzen
je ein Hybridorbital. Macht zusammen vier Orbitale
- sp3-Hybridisierung! Der Winkel zwischen den sp3-Hybridorbitalen
ist jetzt allerdings nicht mehr exakt 109,5°. Denn die beiden doppelt
besetzten sp3-Hybridorbitale üben aufgrund ihrer höheren
Elektronendichte einen Abstoßungseffekt auf die beiden anderen ("bindenden")
sp3-Hybridorbitale aus. Der Winkel zwischen diesen - und
damit zwischen den H-Atomen - ist also etwas kleiner als 109,5º, der
Winkel zwischen den beiden doppelt besetzten sp3-Hybridorbitalen
etwas größer.