Chemische Grundgesetze

Gesetz der Erhaltung der Masse
In allen chemischen Reaktionen bleibt die Gesamtmasse gleich!

Gesetz der konstanten Proportionen

V Simulation mit Lego
m (Kupferoxid) = 2
m (Kupferoxid) = 20, 3
Reaktion:
Kupferoxid + Wasserstoff → Kupfer + Wasser
Kupferoxid+WasserstoffKupferWasser
m(Kupfer) = ?
m (Kupfer) = 13, 4 g
⇒ m (Sauerstoff) = m (Kupferoxid) - m (Kupfer)
m (O) = 6, 9 g
Massenverhältnisse: m(Kupfer)/m(O)=1, 9
Wir wiederholen den Versuch mit einer anderen Masse:
m (CO) = 13, 5 g
m (C) = 8, 8 g
m (O) = 4, 7 g
m(C) / m(O) = 1, 9

Gesetz der konstanten Proportionen:
Das Massenverhältnis der Elemente in einer chemischen Verbindung ist konstant, d.h. Verbindungen besitzen konstante chemische Zusammensetzungen.

Gesetz der multiplen Proportionen:

Kupferoxid kann schwarz oder rot sein!
⇒ es gibt verschiedene Verbindungen von Kupfer und Sauerstoff (hier: 2)
Simulation mit Lego:
Rotes Kupferoxid (Cu2O)nach der Reaktion:
m (Rotes Kupferoxid) = 11, 2 gm (Kupfer 2)= 8, 8 g m(Cu)/m(O)=3, 7

Gesetz der multiplen Proportionen:
Bilden zwei Elemente verschiedene Verbindungen miteinander, so stehen die Massen eines Elements, die sich mit einer gegebenen Masse des anderen Elements verbinden, im Verhältnis kleiner ganzer Zahlen.
Dalton (1766 - 1844): Atomhypothese
  1. Materie besteht aus kleinsten kugelförmigen Teilchen oder Atomen.
  2. Diese Atome sind unteilbar und können weder geschaffen noch zerstört werden.
  3. Alle Atome eines chemischen Elements sind untereinander gleich. Atome unterscheiden sich nur in der Masse von Atomen anderer Elemente.
  4. Diese Atome können chemische Bindungen eingehen und aus diesen auch wieder gelöst werden.
  5. Das Teilchen einer Verbindung wird aus einer bestimmten, stets gleichen Anzahl von Atomen der Elemente gebildet, aus denen die Verbindung besteht.

Volumenverhältnisse bei chemischen Reaktionen mit Gasen

EudiometerEudiometerversuche
→ Zündung
z.B. Sauerstoff (g.) + Wasserstoff (g.) → Wasser (fl.)
Restgas?
→ Volumenverhältnisse der Gase reagieren miteinander
O2 + 4 H → 2H2O
Cl + H → ClH

Volumengesetz von Gay-Lussac:
Gase reagieren bei konstanter Temperatur und konstantem Druck stets miteinander in ganzzahligen Volumenverhältnissen.
Avogadro:
Gleiche Gasvolumina enthalten unter gleichen Bedingungen (Druck und Temperatur) die gleiche Anzahl von Gasteilchen.

Viele Gase bestehen aus Molekülen.
Ausnahmen: Edelgase bestehen aus Atomen.
z.B.:

g: gasförmig
l: flüssig
s: fest

Anwendung der Gasgesetze:
1)O2 (g) + 2H2 (g) → 2 H2O (g)

Volumen O + Volumen HVolumen HVolumen H20Volumen H20

2) Cl2 (g) + H2 (g) → 2 HCl (g)

Masse von Atomen
Welche Masse hat ein Wasserstoffatom?
⇒ Periodensystem
m (H) = 1, 0079 u

1u=(1/12) ⋅ m(12C) ≈ 1m(H)

1 u = 1 g/L = 1, 660565 ⋅ 10-24 g/u
m(H) = 1, 0079 ⋅ 1u = 1, 6736834g ⋅ 10-24 ≈ 1, 6737g ⋅ 10-24
3, 739 ⋅ 10-25 g in u

Masse von Molekülen:
z.B.: Wasserstoffgas: H2
m(H2) = 2 ⋅ m(H)=2, 0158u
m(H2O) = 2 ⋅ m(H) + m(O) =18, 0152u=2, 991541⋅ 10-23g
m(C6H12O6) = 180, 1572u = 2, 99163 ⋅ 10-22 g