ALLGEMEINE und ANORGANISCHE CHEMIE

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ALLGEMEINE und
ANORGANISCHE CHEMIE
(770.100; 2 Std)
8. Einheit
Elektrolyte, Präzipitationsreaktionen,
pH-Wert, Säuren und Basen
Wässrige Lösungen und Präzipitation
Löslichkeit
Elektrolyte
Präzipitations-Reaktionen
Ionen-Gleichungen
Löslichkeitsprodukt
Säuren und Basen
Arrhenius- und Bronstedt- Säuren und -Basen
Neutralisation
Autoprotolyse des Wassers
pH-Wert und pOH-Wert
Starke und schwache Säuren bzw. Basen
pH-Wert von Salzlösungen
Saure, amphotere und basische Oxide
Typen von anorganischen chemischen Reaktionen:
Redox-Reaktionen (Einheit 7):
In Redox-Reaktionen werden zwischen den Reaktanten Elektronen
ausgetauscht
Austauschreaktionen (Metathesereaktionen):
Reaktionen, in denen die positiven und negativen Ionen ihre jeweiligen
Partner tauschen, verhalten sich gemäß der allgemeinen Gleichung
AX + BY  AY + BX
Diese Reaktionen werden Metathesereaktionen (griech. austauschen)
oder Austauschreaktionen genannt. Dazu gehören
Fällungsreaktionen
AgNO (aq) + KCl(aq)  AgCl(s) + KNO (aq)
3 3
Säure-Base-Reaktionen
Ca(OH) (aq) + 2 HCl(aq)  CaCl (aq) + 2 H O(l)
2 2 2
Wässrige Lösungen und Präzipitation
Löslichkeit
Unter einer Lösung versteht man ein homogenes Gemisch von
mindestens zwei Substanzen: Lösungsmittel und gelöste
Substanz. Manche Substanzen bilden miteinander Lösungen in
jedem beliebigen Mischungsverhältnis (vollständige Mischbarbeit).
Gase sind immer miteinander mischbar und auch für manche
Komponenten von flüssigen (z.B. Wasser und Ethanol) und festen
Lösungen (z.B. Legierungen) gilt dies in großen Ausmaß.
Meistens ist die Menge, die sich in einem Lösungsmittel lösen
lässt, aber begrenzt. Die Löslichkeit eines Stoffes entspricht der
maximalen Stoffmenge, die sich bei einer gegebenen Temperatur in
einer bestimmten Menge eines Lösungsmittel lösen lässt.
Drei Beispiele von Lösungen (homogene Mischungen):
(a) Luft ist eine homogene Mischung aus vielen Gasen, z.B.
N , O , CO , Ar usw.
2 2 2
(b) Kochsalz gelöst in Wasser besteht aus Na+-, Cl--Ionen
und H O-Molekülen.
2
(c ) Viele Legierungen sind feste homogene Mischungen aus
zwei oder mehreren Metallen.
Ist nur eine kleine Menge gelösten Stoffes enthalten, spricht man von
verdünnten Lösungen. Eine konzentrierte Lösung hat eine relativ
hohe Konzentration an gelöstem Stoff.
Wenn man einem flüssigen Lösungsmittel eine größere Menge eines
Stoffes zufügt, als sich darin lösen kann, so stellt sich ein
Gleichgewicht zwischen der Lösung und dem ungelösten Rest des
Stoffes ein. Der ungelöste Rest kann fest, flüssig oder gasförmig sein.
Einen festen ungelösten Stoff nennt man Bodenkörper (Präzipitat).
Im Gleichgewicht geht ständig ungelöster Stoff in Lösung, während
gelöster Stoff gleich schnell aus der Lösung ausgeschieden
(“ausgefällt”) wird. Die Konzentration in der Lösung bleibt dabei
konstant. Eine Lösung dieser Art heißt gesättigte Lösung.
Pb(NO ) (aq) + 2 KI(aq) 
3 2
PbI (s) + 2 KNO (aq).
2 3
Pb2+(aq) NO -(aq)
3
K+(aq) I-(aq) I-(aq)
NO -(aq)
3
Bodenkörper
PbI (s)
2 PbI (s) (Präzipitat)
2
Schematische Darstellung des Fällungsgleichgewichts einer gesättigten
Lösung.
Eine ungesättigte Lösung hat eine geringere Konzentration als eine
gesättigte Lösung. In einer übersättigten Lösung ist die Konzentration
höher als in der gesättigten Lösung. Übersättigte Lösungen sind
metastabil. Der Überschuss scheidet sich durch Zugabe von
Impfkristallen leicht aus.
Unpolare und polare Substanzen bilden im allgemeinen keine
Lösungen miteinander. Tetrachlorkohlenstoff (Tetrachlormethan),
CCl (l), ist eine unpolare flüssige Substanz. Sie ist nicht mit Wasser,
4
H O(l), einem polaren Lösungsmittel mischbar (sie ist in Wasser
2
unlöslich). Die Anziehungskräfte der polaren Wassermoleküle
untereinander sind erheblich stärker als die Anziehungskräfte
zwischen Wasser- und Tetrachlorkohlenstoff-Molekülen. Die
Tendenz der Wasser-Moleküle, sich aneinander zu lagern, bewirkt
eine Verdrängung der Tetrachlormethan-Moleküle. Die beiden
Substanzen bleiben getrennt. Sie bilden 2 Phasen.
H O H O H O
H H H
Iod, das aus unpolaren I (s)-Molekülen besteht, ist in
2
Tetrachlorkohlenstoff löslich. Die Anziehungskräfte zwischen I -
2
Molekülen im festen Iod entsprechen etwa jenen im reinen
Tetrachlorkohlenstoff, CCl (aq).
4
Methanol, CH OH(l), der einfachste Alkohol, besteht wie Wasser
3
aus polaren, miteinander assoziierten Molekülen. In beiden Fällen
lagern sich die Moleküle über sog. Wasserstoff-Brücken
zusammen. Methanol und Wasser lassen sich in jedem Verhältnis
miteinander mischen.
H O H O H O
H H C H H
H
Ob eine Substanz polar oder unpolar ist hängt von den
Elektronegativitätsunterschieden der Bindungspartner und
von der Molekülstruktur ab. Siehe 5. Einheit.
Allgemein lösen sich polare Substanzen nur in polaren
Lösungsmitteln und unpolare nur in unpolaren Lösungsmitteln
(“Ähnliches löst Ähnliches”).
Polare Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, vermögen viele Ionen-
Verbindungen zu lösen. Während des Auflösungsprozesses eines
Ionenkristalls, z.B. NaCl(s), in Wasser gehen Kation, Na+(aq), und
Anion, Cl-(aq), auseinander und ziehen Wassermoleküle an. Ionen
liegen in wässriger Lösung immer hydratisiert vor, d.h. sie sind
von einer Hülle aus Wasser-Molekülen umgeben.