Kemi

Flera bindningar


Etan: enkelbindning

I etanmolekylen använder varje kolatom sp3-Hybrider för att bilda σ-bindningar med varandra C.-Atom och den HAtomer.

Mus

Figur 1
Orbital modell
Fig 2
3D-modell

Eftersom σ-bindningen är rotationssymmetrisk med avseende på kärnanslutningsaxeln, är en rotation av de två halvorna av molekylen mot varandra runt denna bindning möjlig.

Fig 3
Etan

Men två atomer i en förening kan dela mer än ett elektronpar tillsammans. I det här fallet talar vi om en multipelbindning (dubbelbindning eller trippelbindning, såsom C = C eller e C = O dubbelbindning).

Dubbelbindningar är möjliga med många element som kombineras för att bilda & # 8220molekyler & # 8221. Stabila trippelbindningar är endast möjliga med kol och kväve (inom ramen för skolkemin). Därför är detta kapitel begränsat till enbart enkelbindningar och dubbelbindningar. Eftersom & # 8220 enkel- och dubbelbindningar & # 8221 fördjupas i samband med organisk kemi, är de viktigaste aspekterna av dubbel- och trippelbindningar här i samband med oorganisk kemi.


Heterogen katalytisk hydrering

På grund av den höga stabiliteten hos vätemolekylen (dissociationsentalpin ΔH 0 för reaktionen H2→ 2H * är 434 kJ mol -1) en katalysator krävs vanligtvis för hydreringen. Vätemolekylen binder till katalysatormetallatomen som en mellanprodukt och bindningen mellan de två väteatomerna försvagas, dvs den upplever en elektronbrist och kan nu interagera med en elektronrik multipelbindning. Själva hydreringen sker när två väteatomer formellt överförs från katalysator-vätekomplexet till motsvarande multipelbindning. Oxidationstalen för de berörda grundämnena minskas med ett varje gång.


Innehållsförteckning

Utbildningsredigering

Ett konkret fysiskt begrepp om materia befästes inom det extremt komplexa filosofiska begreppet materia när de experimentella naturvetenskaperna växte fram omkring 1600. [1] [2] I sin mest generella, ontologiska innebörd betecknar det filosofiska begreppet "materia" allt som kan formas i vid bemärkelse och i yttersta fall behöver formas så att något specifikt som vi kan känna igen kan stiga upp. I en snävare mening syftade det på den materiella materia som kroppen är gjord av. Fysikens utveckling som började med Galileo koncentrerade sig på denna fråga. Materialets primära egenskaper, det vill säga de mest allmänna egenskaperna hos materiella kroppar, inkluderade expansion, delbarhet, förmågan att vila eller röra sig och motstånd mot rörelse. En bevarandelag har redan antagits för den totala mängden ämne, vilket bland annat väckte frågan om hur mängden skulle bestämmas. En kropps vikt uteslöts till en början som ett mått på mängden materia den innehöll, för enligt läran, som fortfarande var starkt influerad av Aristoteles på Galileos tid, ansågs vikten inte vara en egenskap hos alla materiella kroppar.

Johannes Kepler närmade sig det önskade måttet genom kroppens tröghet i förhållande till rörelse, medan René Descartes ansåg att den rent geometriska egenskapen att fylla rymden var själva måttet. Isaac Newton var en atomist och såg följaktligen materiella kroppar sammansatta av odelbara partiklar och ett tomt utrymme däremellan. Han bestämde mängden partiklar (latin quantitas materiae) matematiskt genom produkten av kroppens volym och densitet, varvid densiteten uppenbarligen förstås som mängden partiklar per volymenhet. [3] I sin mekanik gav han mängden materia en central roll under namnet "kropp" eller "massa": massan av ett materiellt föremål innebär både dess tröghet och dess vikt. Först då blev massan eller mängden materia en vetenskapligt definierad storhet. För förklaringen av de mekaniska processerna på jorden såväl som himlakropparnas rörelser hade den på detta sätt grundade newtonska mekaniken en överväldigande framgång, vilket också bidrog väsentligt till spridningen av den vetenskapliga världsbilden.

I enlighet med den vardagliga hanteringen av materiella kroppar, och med den experimentella konstens möjligheter på den tiden, ansågs deras massa- och utrymmesbehov i stort sett oföränderliga, åtminstone med hänsyn till mekaniska processer med en given bit fast substans. Först när det upptäcktes av Robert Boyle, Edme Mariotte, Blaise Pascal och andra att luft också har väldefinierade mekaniska egenskaper, inklusive vikt, blev gaserna fysiska kroppar, som dock, till skillnad från fasta och flytande kroppar, inte längre är de kriterium för ett visst utrymmeskrav, eftersom de strävar efter att ockupera varje tillgängligt utrymme.

På 1600-talet flyttade alltså "kemiska" processer som förångning, kondensering och sublimering också in på fysikens område. Boyle kunde tolka dessa transformationer med antagandet om en atomistisk struktur av materien (efter Pierre Gassendi, Lucretius, Demokritus) i bilden som fortfarande gäller idag som rent mekaniska processer: [4] Atomer, som antogs vara ogenomträngliga igen som fasta ämnen. kroppar, kan arrangera olika och ha ett stort avstånd från varandra i gaser. Boyle förberedde också begreppen om det kemiska elementet och molekylen och därmed övervinnandet av alkemin. Han antog att varje homogent ämne består av små, identiska partiklar – enligt dagens namn, molekylerna – och att själva molekylerna är uppbyggda av atomer. Olika ämnens molekyler är olika, men arrangemanget av atomerna i molekylerna är exakt definierat beroende på ämnet. Då skulle några olika typer av atomer räcka för att förklara den stora variationen av olika ämnen, nämligen genom mångfalden av möjliga kombinationer och rumsliga arrangemang av atomerna i molekylerna. Efter att Antoine de Lavoisier hade visat bevarandet av massa i kemiska omvandlingar - särskilt i reaktioner med skapandet eller konsumtionen av gaser - mot slutet av 1700-talet, gjorde John Dalton slutligen antagandet om oföränderliga och odödliga atomer till grunden för en ny kemi från 1803. Detta kunde förklara mångfalden av ämnen och deras beteende i detalj med utomordentlig framgång och fördrev därför alkemin från vetenskapen under loppet av 1800-talet.

Klassiskt och vardagligt koncept av materia redigera

Begreppet materia i klassisk fysik överensstämmer i stort sett med den vardagliga betydelsen av materia eller material i den mån det är avsett att indikera skillnaden mellan fysiska och icke-fysiska saker. En materia har två allmänna och grundläggande egenskaper: I varje ögonblick har den en viss massa och en viss form som den fyller en viss volym med. För att ange mängder materia används mängderna massa (i vardagsspråket vanligtvis uttryckt som "vikt") och volym.

I klassisk fysik bildar materia motsatsen till tomrum eller absolut vakuum och de möjligen existerande masslösa kraftfälten. Det finns många speciella fysikaliska och kemiska parametrar och materialegenskaper för en mer detaljerad karakterisering av makroskopiskt material. Sådan materia kan för våra sinnen framstå som ett perfekt homogent kontinuum, och det behandlas på det sättet i delar av fysiken idag. Ändå består materia alltid av diskreta partiklar av materia som bildar materiens mikroskopiska struktur. Dessa partiklar är många storleksordningar för små för direkt uppfattning med våra sinnen eller med ljusmikroskopet och förblev därför hypotetiska under lång tid. Att specificera antalet partiklar är det mest exakta sättet att bestämma en mängd materia. Vid en makroskopisk mängd väljs en speciellt definierad fysikalisk mängd, mängden ämne. Uppgiften om antalet partiklar ska alltid kopplas till informationen om typen (eller typerna) av partiklar.

Inom klassisk fysik och kemi är partiklarna som utgör materia atomerna eller molekylerna som består av vissa typer av atomer på ett fast sätt. Atomerna antogs vara odelbara kroppar av en viss massa och volym. De bör - i enlighet med bevarandet av massan som observerades vid den tiden i alla kemiska och fysikaliska omvandlingar - också vara absolut stabila och i synnerhet varken kunna skapas eller förstöras. Tillsammans med de vetenskapliga bevisen på att atomer verkligen existerar upptäcktes det i början av 1900-talet att dessa antaganden om deras natur inte är helt korrekta.

Gränser för det klassiska begreppet materia redigering

I modern fysik erkändes atomer också som sammansatta fysiska system. De består av ännu mindre partiklar av materia, elektroner (som tillhör de ovan nämnda leptonerna) och kvarkar. Även om dessa har massa, har de ingen detekterbar inneboende volym. Utöver dessa byggstenar av atomer finns det många andra typer av elementarpartiklar, några med och några utan egen massa. Utan undantag kan alla elementarpartiklar skapas och förstöras under vissa förhållanden, och det gäller alltså även atomer. Detta innebär att byggstenarna som materia är uppbyggd av inte själva uppvisar alla de grundläggande egenskaper som var förknippade med materia i klassisk fysik.

Vidare, i modern fysik har motsättningen mellan masspåverkad materia och masslöst fält lösts upp, nämligen från båda sidor: Å ena sidan följer det av ekvivalensen mellan massa och energi att dessa fält, när de är inneslutna i ett föremål, bildar en Bidra till föremålets massa. Å andra sidan, i kvantfältteorin är varje elementarpartikel inget annat än en diskret excitation av ett visst fält som existerar i ett vakuum.

Det är därför det finns olika åsikter om vissa kvantfysiska objekt om huruvida de ska räknas som materia eller inte. Om man definierar gränsen z. B. med kriteriet en icke-försvinnande massa, då räknas även partiklar som W- och Z-bosonerna som materia. Men de tar inte upp något specifikt utrymme och står också klart i motsats till tanken att materia är något bestående. I samband med den svaga växelverkan ses dessa partiklar som deras utbytespartiklar, vilket därför låter denna växelverkan överhuvudtaget komma till stånd genom deras kontinuerliga virtuella generering och förstörelse i valfritt antal. Å andra sidan, om man tar utgångspunkt i materiens stabilitet, så väljer man vilka typer av partiklar som ska räknas som materia enligt det faktum att en bevarandelag gäller för antalet partiklar. Då kan bara kvarkar och leptoner räknas som materiens elementarpartiklar, liksom deras antipartiklar också, men båda bara i den utsträckning som deras ömsesidiga förintelse eller parvisa skapelse ignoreras. Dessutom, med alla kroppar som räknas som materia i vardagen och i vardagslivet, skulle majoriteten av deras massa inte ha något med materia att göra. Eftersom över 99% av massan av dessa materiella kroppar bidrar med protoner och neutroner, som i sin tur inte får sin massa från massorna av kvarkarna de innehåller, utan nästan 99% endast från bindningsenergin mellan kvarkarna, som kommer från de masslösa utbytespartiklarna av den starka interaktionen, gluonerna.

Frågan om enhetlighet i saken redigera

Idén om ett urmaterial, som det hade hämtats från försokratikernas texter, utvecklades vidare under intrycket av den kristna skapelsetron till att detta urmaterial skulle motsvara en enhetlig substans. [5] Under medeltiden förblev dock frågan om himmelkropparna också består av samma slags substans som de jordiska kropparna kontroversiell. [6] Denna fråga löstes inte förrän 1860 med hjälp av spektralanalys, med vilken de kemiska grundämnena som finns i en självlysande kropp kan identifieras. Det visade sig – efter att ha klarlagt några tveksamma fall som t.ex B. när det gäller helium - att de grundämnen som utgör solen och de andra stjärnorna alla också finns på jorden.

Frågan om en enhetlig ursubstans av all materia berördes knappast, eftersom det har varit en av grunderna för kemin sedan Dalton att elementen inte kan omvandlas till varandra och att deras atomer inte är uppbyggda av mindre byggstenar. Vid den tiden var omkring 30 kemiska grundämnen kända och fler upptäcktes hela tiden. Det har upplevts som en brist på teori att man ska acceptera ett så stort antal olika grundtyper av materia. Det var därför William Prout gjorde det första försöket med standardisering redan 1815. Han tolkade Daltons resultat för atommassornas förhållanden på så sätt att alla atomer är sammansatta av väteatomer och följaktligen har man hittat det eftertraktade primärämnet i väte. Baserat på detta antagande gjordes försök under decennier att tolka grundämnenas relativa atommassa i termer av heltalsförhållanden till väte, även om de allt mer exakta mätningarna motsade detta allt tydligare. Ett sekel efter Prout visade upptäckter av Frederick Soddy och Joseph John Thomson att grundämnena inte nödvändigtvis består av en enda typ av atom, utan av olika isotoper, och att atommassorna för de individuella isotoperna faktiskt är (nästan) heltal. multiplar av vätemassan. Efter att Ernest Rutherford omkring 1920 upptäckte att större atomkärnor innehåller väteatomens kärnor som byggstenar, ansågs det bevisat under de kommande 10 åren att all materia består av endast två byggstenar, protonerna (vätekärnorna) och elektronerna . (Neutronerna, som också krävs, tolkades som proton-elektronpar med en särskilt nära bindning.)

Sedan tog Paul Dirac det sista steget 1930. Han märkte att i samband med hans teori om partiklar som elektroner måste det också finnas antipartiklar, och föreslog att protonen skulle förstås som elektronens antipartikel. [7] Med detta uppnås det gamla målet att hitta ett enhetligt begrepp om materia. Denna bild höll dock varken den teoretiska utvecklingen eller de nyare experimentella rönen. Dels protonen och elektronen – t.ex. B. en hel väteatom - måste förintas med varandra på kortast möjliga tid, i skarp kontrast till materiens stabilitet. Å andra sidan har man upptäckt många andra typer av partiklar som också skulle kunna fungera som materiepartiklar om de inte var så kortlivade att de praktiskt taget inte förekommer i normal materia. Alla dessa typer av partiklar, vars antal redan har stigit till flera hundra och som ironiskt nog kallades partikelzoo, fördes in i ett system i standardmodellen från omkring 1970 och framåt, där, så vitt vi vet idag , alla egenskaper hos materien - både dess struktur och alla fysiska processer som äger rum - kan tolkas (med undantag för gravitationen). Följaktligen, i den mån man i ursprunglig mening menar substansen i alla kroppar som kan kännas med sinnena, består materia av tre typer av partiklar: elektron, upp-kvark, ned-kvark. Tillsammans med de andra leptonerna och kvarkarna i standardmodellen, som också kallas "materiepartiklar" i snävare mening på grund av spin 1 2 < displaystyle < tfrac <1> <2> >>, finns det redan 48 (inklusive antipartiklarna) Arter. Slutligen, om du lägger till "kraftpartiklarna" för skapandet av alla typer av processer och Higgs-bosonen för skapandet av partikelmassorna, finns det 61. [8]

Jakten på ett enhetligt grundämne pågår för närvarande. Tillvägagångssätt här tillhandahålls av strängteorin eller -modellerna, enligt vilka elementarpartiklarna faktiskt består av fundamentala partiklar, "prons". Dessa tillvägagångssätt kan dock ännu inte verifieras experimentellt och är därför helt hypotetiska.

En "slags" av materia, som kännetecknas av sin sammansättning och sina egenskaper, blir material kallad. Kemiska grundämnen består bara av atomer med samma atomnummer. Dessa är atomer vars kärnor innehåller samma antal protoner. Kemiska föreningar innehåller atomer av olika grundämnen som kombineras i vissa numeriska proportioner, vare sig det är som enhetligt strukturerade molekyler eller som regelbundet strukturerade kristaller. En förenings egenskaper skiljer sig helt från egenskaperna hos de grundämnen som den är uppbyggd av. Till exempel är det kemiska elementet syre en färglös gas och kisel är en halvmetall, medan kombinationen av de två, SiO2 är ett transparent, kristallint mineral, nämligen kvarts. Ämnen som består av endast ett grundämne eller en förening kallas rena ämnen. Om ett ämne består av flera grundämnen eller föreningar är det en blandning av ämnen. Här skiljer man på homogena blandningar av ämnen (t.ex. lösningar) och heterogena blandningar av ämnen (t.ex. emulsioner, dispersioner eller aerosoler). Granit är till exempel ett konglomerat - en heterogen blandning - av de rena ämnena kvarts, glimmer och fältspat.

De makroskopiska egenskaperna hos ett ämne beskrivs av talrika speciella materialegenskaper, t.ex. B. densitet, elasticitet, färg, brotthållfasthet, värmeledningsförmåga, magnetiska egenskaper, elektrisk ledningsförmåga och många andra. Dessa värden beror också på parametrar som temperatur, tryck, etc. Dessa är alla intensiva kvantiteter, det vill säga egenskaper som inte beror på storleken på det aktuella systemet.

En sammanhängande struktur av materia kallas kropp utsedda. Utöver de tidigare nämnda intensiva materialegenskaperna hos materialen som den är gjord av, bestäms dess beteende också till stor del av omfattande parametrar, till exempel dess massa, rumsliga utsträckning eller yttre form.

Materia som finns som ett rent ämne i makroskopiska mängder har ett av de tre fysikaliska tillstånden fast, flytande och gasformig, eller är ett plasma, d.v.s. H. en blandning av joniserade atomer och fria elektroner. Fasta och flytande ämnen kallas gemensamt för kondenserad materia utsedda. Till skillnad från gaser är kondenserad materia endast mycket lite komprimerbar. Vätskor och gaser kallas gemensamt för vätskor. I motsats till fast materia har vätskor inte en permanent rumslig form. B. behållarens väggar.

I partikelmodellen har skillnaden i aggregerade tillstånd en enkel förklaring. Man behöver bara tänka på olika typer av rumslig uppställning och bindning mellan partiklarna: I gasen flyger molekylerna (när det gäller ädelgaser: atomerna) runt individuellt och på ett oordnat sätt. De attraktions- eller frånstötande krafterna dem emellan spelar bara en roll i deras oavsiktliga kollisioner och är i övrigt svaga och i stort sett försumbara på grund av medelavståndet mellan partiklarna. En gas blir ett plasma när partiklarnas kinetiska energi ökas så mycket att enskilda elektroner slits av när de kolliderar. I fast tillstånd, å andra sidan, har atomerna eller molekylerna mycket lägre energi, är mycket närmare varandra och upprätthåller ett i stort sett fixerat arrangemang. Avstånden till sina närmaste grannar bestäms av balansen mellan krafter av stark attraktion och repulsion och kan endast ändras lite av yttre tryck eller spänning. I en vätska befinner sig partiklarna på liknande avstånd som i ett fast ämne, varför vätskan endast är lätt komprimerbar. Partiklarna har dock en högre kinetisk energi, i genomsnitt inte tillräckligt för att flyga iväg individuellt och bilda en gas, utan tillräckligt för att enkelt byta till en annan grannpartikel. Därför har mängden vätska som helhet inte en fast form.

Mellan makroskopisk och mikroskopisk materia har forskningsområdet för kluster och nanopartiklar, som kallas mesoskopisk materia, vuxit fram under de senaste decennierna. De är materiakorn som består av upp till tiotusentals atomer eller molekyler och är därför redan beskrivna med de termer som är typiska för makroskopiska kroppar. De är mindre än cirka 100 nm i storlek och förblir därför individuellt osynliga för ögat. Både individuellt och i större mängder beter sig dessa partiklar ibland helt annorlunda än samma ämne i homogena makroskopiska mängder på grund av sin ringa storlek.

Inom kärnfysik och elementarpartikelfysik skiljer man mellan materia utifrån vilka typer av partiklar som förekommer, t.ex. B. Nukleär materia, Strange Matter, Quark-Gluon-Plasma, Antimateria. Antimateria är en form av materia som består av antipartiklarna från de elementära partiklar som utgör "normal" materia. Enligt elementarpartikelfysikens lagar visar antimateria och normal materia exakt samma beteende. Men de förintar varandra så fort de träffas, vilket producerar förintelsestrålning.

Inom astronomi och kosmologi mörk materia anses vara. Den mörka materian dokumenteras genom sin gravitationseffekt, men har hittills förblivit osynlig i alla andra försök till observation. Förutom deras massa är ingenting känt om deras natur. För att skilja det från mörk materia sammanfattas "normal" materia som baryonisk materia utsedda.

Partikelstrålning består av snabbrörliga partiklar av materia. Denna form av materia tillhör inte något speciellt fysiskt tillstånd och är långt utanför termisk jämvikt. Partikelstrålning kan vara elektriskt laddad (t.ex. katodstrålning, jonstrålning, alfastrålning, betastrålning) eller elektriskt neutral (t.ex. neutronstrålning, molekylstrålning).

Under förhållanden som ligger långt från det vardagliga kan materien bete sig så ovant att den får ett eget namn. Ett tillstånd av makroskopiskt material kallas varm, tät materia, vilket motsvarar lika mycket en extremt komprimerad plasma som en extremt varm fast substans. Man talar om degenererad materia när speciella kvantmekaniska effekter gör att egenskaperna hos en materia kvantitet avviker avsevärt från det "normala" beteendet enligt klassisk fysik. Exempel kan hittas vid mycket låga temperaturer i Bose-Einstein-kondensatet och i superfluiditet, och under normala förhållanden även i fermigasen hos de metalliska ledningselektronerna.

Den totala massan av baryonisk materia i det observerbara universum, som är fördelad i en sfärisk volym med en radie på ca 46 miljarder ljusår, uppskattas till 1,5 · 10 53 kg (inklusive mörk materia skulle det vara nästan exakt 10 54 kg) . [9]

Enligt lambda CDM-modellen, den nuvarande standardmodellen för kosmologi, är cirka 17 % [10] av den totala massan i form av baryonmateria, det vill säga materia där protoner och neutroner utgör den största delen av massan.

En del av baryonmaterien finns i totalt omkring 10 22 till 10 23 stjärnor, som i form av galaxer, galaxhopar och superhopar bildar kosmos struktur. Efter gravitationskollapsen av den redan existerande stjärnan finns en liten del av materien i ett av de många svarta hålen och märks endast genom gravitationen.

Resten av baryonmateria kallas interstellär materia eller intergalaktisk materia, beroende på om den finns i en galax eller mellan galaxerna. Det är gas, damm och större klumpar, som t.ex B. Planeter. Gasen, mestadels väte, är atomär eller joniserad.

Majoriteten av universums massa består av icke-baryonisk mörk materia, som inte lyser och hittills bara har härletts från dess gravitationseffekter. Deras storskaliga fördelning verkar vara mycket lik fördelningen av lysande materia. Enligt den kosmologiska standardmodellen förstås detta så att mörk materia först kunde ackumuleras och bilda glorier, i vars gravitationsfält baryonmaterian sedan kunde koncentrera sig och stjärnor. Än så länge finns det ingen tillförlitlig kunskap om mörk materias natur. I de tolkningar som föreslås för detta ändamål spelar de fortfarande spekulativa supersymmetriska partnerna för de kända partiklarna en roll.

Big bang föreställs i den kosmologiska standardmodellen som den heta, högenergetiska början av rum-tid och, på grund av energiinnehållet, även som början av materia. Eftersom de tidigare fysikaliska teorierna är beroende av existensen av rum-tid, kan universums tillstånd endast beskrivas från slutet av Planck-eran efter Big Bang. Temperaturen uppskattas till cirka 10 30 K och universum har expanderat och svalnat sedan dess. I successiva symmetriavbrott fryser elementarpartiklarna gradvis ut, reagerar och rekombinerar tills, efter baryogenes och den omfattande ömsesidiga förintelsen av partiklar med antipartiklar, dominerar materia över antimateria idag. Kärnorna i de tunga väteisotoperna deuterium och tritium samt isotoper av helium och litium bildas då. Efter ytterligare kylning kan de resulterande kärnorna kombineras med elektroner för att bilda neutrala atomer. Materien är sedan i form av gas eller stoft tills de första stjärnorna bildas av gravitationen. Med tillräckliga värden för tryck och densitet inuti antänds kärnfusionen och leder till bildning av grundämnen upp till järn. Tyngre grundämnen genereras av neutronfångst och efterföljande beta-sönderfall, dels i AGB-stjärnor, dels i supernovor.


Organisk kemi / struktur av organiska föreningar

Det är fullt möjligt, i likhet med oorganisk kemi, att beskriva molekylerna med enkla formler. Så skulle C2H2 indikerar att varannan kolatom har bundits med två väteatomer. Dessa summaformler säger ingenting om föreningens faktiska struktur och används därför mycket sällan.
Exempel på kända empiriska formler:

Strukturformler används ofta inom organisk kemi för att tydligt illustrera strukturen, antalet och arrangemanget av atomer i molekyler. Enligt de olika representationsformerna finns det väldigt olika typer av formler. Den vanligaste är Lewis- eller elektronnotationen.

I den är de yttre elektronerna markerade som punkter på symbolen enligt deras antal.

Elektronpar ritas vanligtvis som en linje.
(6) uppgift
Symbolerna för kväve, klor och fosfor måste representeras i elektronnotation!

Elektronpar kan bildas vid de fria yttre elektronerna mellan två kolatomer, vilket leder till en atombindning. Beroende på om ett, två eller tre elektronpar ansluts skapas en enkel-, dubbel- eller trippelbindning.

(7) uppgift
Följande formler ska fastställas:
a) Tre kolatomer är sammanlänkade med en enkelbindning och åtta väteatomer är bundna.
b) Fyra kolatomer är kopplade till varandra med en dubbelbindning mellan två av dem. De fria valenserna är mättade med väteatomer.

Om nya kolatomer dyker upp bredvid en kolatoms fria valenser kan kedjor av valfri längd uppstå. De återstående elektronerna bildar vanligtvis par med väteatomer. Det är därför sådana molekyler också kallas kolväten.
Eftersom fetter ( grekiska aliphar ) har denna kedjestruktur, kedjekolväten kallas också för alifatiska föreningar. En annan, mindre vanlig uppgift är acykliska (inte ringformade) molekyler.

Ovanstående figur är en mycket förenklad modell, eftersom den tetraedriska strukturen gör att de enskilda kolatomerna är ordnade i olika vinklar. Av denna anledning används modeller ofta för att öka klarheten i den molekylära strukturen. En av dem är kupolmodellen.

Det är förstås möjligt att olika typer av bindningar uppstår mellan kolatomerna, eller att en kolatom även kan binda med flera kolatomer, så att det bildas grenade kedjor.

Om de fria valenserna nu separeras med väteatomer uppstår följande modell, som kan representeras på ett förenklat sätt i Lewis-notation.

Strukturformeln kan förenklas ytterligare om väteatomerna inte längre skrivs individuellt utan som en grupp.
Den första kolatomen har bundits med tre väteatomer, CH 3 - < displaystyle , mathrm ->>, den andra endast med två - CH 2 - < displaystyle , mathrm <-CH_ <2> ->>
Den förenklade formeln i strukturnotation är:

Utöver denna notation är det också möjligt att identifiera molekylen med vinklade linjer. Väteatomerna är helt utelämnade, kolatomen indikeras endast med en kink i linjen.

Kedjekopplingar kan också delas in i två olika kopplingstyper. Einmal in die gesättigte Verbindung, das bedeutet, dass nur Einfachbindungen (= Atombindung, die durch ein gemeinsam bindendes Elektronenpaar zwischen zwei Atomen bewirkt wird) zwischen den C-Atomen bestehen (wie z. B. bei Hexan). Und in die ungesättigte Verbindung, bei der mindestens eine Mehrfachbindung zwischen den C-Atomen besteht.

Ringförmige Verbindungen von Atomen werden in carbocyklische Verbindungen und heterozyklische Verbindungen unterteilt. Eine carbocyklische Verbindung bedeutet, dass nur C-Atome im Ringsystem vorhanden sind. Heterozyklische Verbindungen dagegen, sind Verbindungen, wo außer den C-Atomen noch andere Atome im Ringsystem vorhanden sind.

Statt eines Wasserstoffatoms können auch andere Atome oder Atomgruppen die freien Wertigkeiten absättigen. Sie verändern den Charakter der chemischen Bindung und damit die Struktur des Moleküls. Strukturelle Änderungen bedingen aber immer auch Veränderungen der Eigenschaften (der Funktion). Deshalb bezeichnet man in der organischen Chemie diese Atome oder Atomgruppen als funktionelle Gruppen.


‎ Modell eines Ethanmoleküls‎ ‎ ‎ ‎ Modell eines Ethanolmoleküls

Eigenschaft Ethan (veraltet Äthan) Ethanol (veraltet Äthylalkohol)
Strukturformel CH3-CH3 CH3-CH2-OH
Schmelzpunkt -182,76 °C -114,4°C
Siedepunkt -88,6 °C 78,37 °C
Aggregatzustand gasförmig flüssig
Löslichkeit in Wasser mittelmäßig unbegrenzt

Durch das Ersetzen eines Wasserstoffatoms durch eine -OH Gruppe haben sich Eigenschaften stark verändert.

Wichtige funktionelle Gruppen:

Die Hydroxylgruppe besteht aus einem Wasserstoff- und einem Sauerstoffatom, die über eine Einfachbindung mit der Kohlenstoffkette und untereinander verbunden sind. Die Hydroxylgruppe ist typisch für Alkanole/Alkohole.

Die Aldehydgruppe besteht aus einem Alkylrest und einem C-Atom das mit einer Einfachbindung mit einem Wasserstoffatom und mit einer Doppelbindung mit einem Sauerstoffatom verbunden ist. Aldehydgruppen kennzeichnen die Klasse der Alkanale.

Diese Gruppe besteht aus einem C-Atom, das mit zwei Alkylresten über eine Doppelbindung mit einem Sauerstoffatom verbunden ist. Die Carbonylgruppe ist typisch für Ketone.

Die Carboxylgruppe ist typisch für die Carbonsäuren und besteht aus einem C-Atom, das mit einem Alkylrest über eine Einfachbindung verbunden ist, sowie mit einer Einfachbindung mit einer Hydroxylgruppe und einer Doppelbindung mit einem einzelnen Sauerstoffatom.

Diese funktionelle Gruppe besteht aus einem Stickstoffatom, das durch drei Einfachbindungen mit einem Alkylrest und zwei Wasserstoffatomen verbunden ist. Dabei besitzt das Stickstoffatom ein freies Elektronenpaar.

Als Alkylrest bezeichnet man eine Kohlenwasserstoffkette, die an ihrem Ende statt eines Wasserstoffatoms eine weitere Kohlenwasserstoffkette besitzt. Alkylreste sind typisch für Verzweigungen in Kohlenwasserstoffen und besitzen die gleichen Gesetzmäßigkeiten in Aufbau und Nomenklatur wie die homologe Reihe der Alkane.

Werden Wasserstoffatome durch ein oder mehrerer Atome der Gruppe der Halogene (Fluor, Chlor, Brom, Iod) ersetzt entstehen die Halogenkohlenwasserstoffe.

Daneben, gibt es noch funktionelle Gruppen mit Schwefelatomen und mit Stickstoff- und Sauerstoff-Atomen.

Streng genommen zählen auch Kohlenstoffgruppen mit einer doppelten oder dreifachen Atombindung zu den funktionellen Gruppen. In der Praxis wird dies aber selten so differenziert betrachtet.

Zählt man die Atome verschiedener organischer Verbindungen, so ergibt es sich, dass die Anzahl der Atome völlig gleich sein kann, d.h. dass sie die gleiche Summenformel haben, sich aber in ihren Eigenschaften unterscheiden.Dies lässt auf eine unterschiedliche Struktur schließen.

Summenformel C4H10O C4H10O C4H10O C4H10O
Schmelzpunkt -108°C -89,3°C -114,7 °C 25,3 °C
Siedepunkt 108°C 117,7°C 99,5 °C 82–83 °C
Geruch süßlich stechend süßlich, durchdringend kampherartig
Aggregatzustand flüssig flüssig flüssig flüssig-fest
Struktur

Solche Verbindungen bezeichnet man als isomere (griechisch- gleiche Teile) Verbindungen.

  • Isomere sind organische Verbindungen mit der gleichen Summenformel aber einer unterschiedlichen Struktur

Dabei sind die unterschiedlichsten Möglichkeiten denkbar.

  • Moleküle mit verschiedenen funktionellen Gruppen
  • Moleküle mit Verzweigungen
  • Moleküle, bei denen sich die Verzweigung oder die funktionelle Gruppe an verschiedenen Stellen des Moleküls befindet.

Weitere Informationen:
Darüberhinaus gibt es eine Sonderform der Isomerie, bei der gleiche Summenformel und gleiche Struktur vorhanden sind, die Moleküle aber wie Spiegelbilder aussehen. Viele dieser Verbindungen sind optisch aktiv, das bedeutet, bestrahlt man sie mit polarisiertem Licht, das nur in einer bestimmten Richtung schwingt, so wird dieses entsprechend der Struktur nach rechts oder links abgelenkt

Mesomerie Bearbeiten

Formeln sind nur grobe Modelle der Wirklichkeit. So wie alle Modelle können sie nicht jede Seiten gleichzeitig umfassend widerspiegeln.

Im Benzolmolekül gehen wir davon aus, dass entsprechend der Summenformel C6H6 Doppelbindungen vorhanden sein müssen.

Damit ergibt sich die folgende Strukturformel:
denkbar wäre aber auch: Dazwischen liegen viele Zustände
die sich in einer Formel nicht darstellen lassen. Dies bezeichnet man als Mesomerie

  • Unter Mesomerie versteht man die Tatsache, dass sich die wahre Elektronenverteilung in einem Molekül nur durch mehrere Grenzzustände beschreiben lässt. Dieser Zustand wird durch einen Pfeil mit zwei Spitzen symbolisiert, der zwischen den, die Grenzustände beschreibenden Formeln, steht.

Nomenklatur (Namensbildung) in der organischen Chemie Bearbeiten

Die Namen für organische Verbindungen, ja für Verbindungen und Elemente überhaupt haben im Laufe der Zeit häufig gewechselt und waren mitunter schwer verständlich und nur Eingeweihten zugänglich.

In den Anfängen der Chemie, als sie noch als Alchemie betrieben wurde waren es ganz phantastische Bezeichnungen wie "grüner Löwe" oder Merkur. Ein und dieselbe Substanz, wenn es überhaupt möglich war sie zu identifizieren, hatte meist mehrere Namen.
Kupfersalze, meist der Essigsäure, aber auch der Schwefelsäure(Sulfate) wurden als Spangrün, Grünspan, Spanisch Grün, Kupfergrün, Kupferrost, oder mit lateinischen Namen bedacht.

Mitunter trugen Verbindungen später auch den Namen ihrer Entdecker, wie das Natriumsulfat, das nach Glauber als Glaubersalz teilweise noch heute bezeichnet wird.

Ebenfalls üblich war es, die Stoffe nach ihrem Vorkommen zu benennen: Essigsäure, Ameisensäure, Vanillin, Sumpfgas.

Noch heute gibt es in der organischen Chemie trotz bestehender Regelwerke keine einheitliche Namensbildung. Viele Chemiker verwenden sogenannte Trivialnamen, die einfacher zu handhaben sind. Beispiele:
Acetylen, Aceton, Äthylalkohol, Tetrachlorkohlenstoff, Glukose, Hämoglobin, Chlorophyll, Glycerin, Benzol, Desoxyribonukleinsäure( DNA)

Besonders dann, wenn es sich um komplizierte, langkettige Verbindungen handelt ist dies gestattet.

In den anderen Fällen sollte der Name nach den international festgelegtem Regelwerk der Internationale Union für reine und angewandte Chemie (IUPAC) verwendet werden. Nicht nur, das es die modernere Namensgebung ist, sie ist eindeutig und ermöglicht es, direkt die Struktur aus dem Namen abzuleiten. Dies ist ein unschätzbarer Vorteil. Jeder, der die Regeln der Nomenklatur beherrscht kann die Formel der Verbindung aufstellen, auch wenn sie ihm unbekannt ist.

Vorgehensweise bei der Bildung von Namen in der organischen Chemie:

Dazu werden von griechischen Zahlwörtern abgeleitete Wörter verwendet:

1 Meth 11 Undec 21 Heneicos
2 Eth 12 Dodec 22 Doeicos
3 Prop 13 Tridec 23 Trieicos
4 But 14 Tetradec 24 Tetraeicos
5 Pent 15 Pentadecan 25 Pentaeicos
6 Hex 16 Hexadec 26 Hexaeicos
7 Hept 17 Heptaeidec 27 Heptaeicos
8 Oct 18 Octadec 28 Octaeicos
9 Non 19 Nonadec 29 Nonaeicos
10 Dec 20 Eicos 30 Triaconta

Benötigt werden in der Praxis meist nur die ersten zehn Zahlwörter.
Mehr dazu unter:
Nomenklatur der organischen Chemie-Organische Chemie

Für das oben dargestellte Molekül gilt nun:

Für das dargestellte Molekül gilt:

Folglich ist der Name der Verbindung:

Wenden wir uns einer anderen Verbindung zu:

An dieser Stelle ist wichtig zu merken, auch nur eine Mehrfachbindung (hier die Doppelbindung) führt schon dazu, dass die Endung sich nach ihr richtet.

Aber die Verbindung hat noch eine andere Besonderheit, auch die folgende Formel ist Hexen:

Um beide Verbindungen zu unterscheiden muß die Stelle, an der sich die Doppelbindung im Molekül befindet genauer angegeben werden. Dazu werden die Kohlenstoffatome der längsten Kette nummeriert. Es ist belanglos, ob von rechts, oder links angefangen wird, da dies nur Modelle sind. Man hat sich so geeinigt, dass man die Seite wählt, die zu der kleineren Zahl führt, an der sich die Doppelbindung befindet.

Im ersten Fall geht sie vom 2. Kohlenstoffatom aus:

Befinden sich mehrere Doppelbindungen im Molekül:

Zwei-Doppelbindungen Verwendung der griechischen Zahlwörter "di" (2), "tri" (3), "tetra" (4)

Für jede Bindung wird wie oben beschrieben die Stelle angegeben, durch ein Komma getrennt:
Die Verbindung bekommt den Namen:

Nun ist auch vorstellbar, dass an Kohlenstoffketten Waserstoffatome durch andere Atome oder Molekülreste ersetzt sind. Eine anschauliche Beschreibung dazu ist im Abschnitt funktionelle Gruppen zu finden. Wie werden die Namen solcher Verbindungen gebildet? Die Vorgehensweise ist immer wieder gleich: Datei:Kette mit Methylrest.JPG


Hier eine Übersicht der Namensbildung von Molekülen mit funktionellen Gruppen.


Weitere Informationen zu den einzelnen Fächern

Mathematik

Kosten: 30 Euro

Das MINT-Kolleg Baden-Württemberg der Universität Stuttgart bietet für all diejenigen einen Mathematik-Vorkurs an, die im Wintersemester 2021/22 ein Studium in einem MINT-Fach beginnen wollen. Ziel des Vorkurses ist es, den Mathematikstoff der Schule zu wiederholen und alle Teilnehmenden auf einen einheitlichen Stand zu bringen, aber auch einen ersten Einblick in die mathematischen Inhalte des Studiums zu geben. Darüber hinaus wird es eine Heranführung an die akademische Arbeitsweise geben, die sich stark von der schulischen unterscheidet und erfahrungsgemäß zu Studienbeginn problematisch sein kann (große Vorlesungen, mehr Freiheiten, aber auch Eigenverantwortung, Problemlösung in selbstorganisierten Lerngruppen, etc.).

Der Vorkurs findet digital statt, d. h. es wird täglich voraussichtlich von 9:00 Uhr bis 10:30 Uhr eine Vorlesung als Live-Stream geben, während der eine interaktive Teilnahme möglich und erwünscht ist. Anschließend von 10:45 Uhr bis 11:45 Uhr bzw. 12:00 Uhr bis 13:00 Uhr gibt es Tutorien als Videokonferenz, in denen in kleineren Gruppen die Themen der Vorlesung nochmals besprochen und anhand von Beispielen geübt werden können. Diese Tutorien werden von Studierenden höherer Fachsemester geleitet, die bei inhaltlichen Problemen helfen und von ihren Erfahrungen berichten können. Zusätzliches, online bereitgestelltes Übungsmaterial für das Selbststudium rundet das Programm ab.

Zur Teilnahme wird ein internetfähiges Gerät benötigt (Laptop, Tablet oder Smartphone). Eine Webcam und ein Mikrofon sind nicht zwingend erforderlich, werden aber für die Teilnahme an den Tutorien empfohlen (insbesondere ein Mikrofon).

Inhalte und Themen

Mathematische Darstellungsweisen
Rechenmethoden und Beweistechniken
Elementare Funktionen
Differential- und Integralrechnung
Vektorrechnung, Gleichungssysteme und analytische Geometrie

Links

Studierendenvertretung stuvus Die Studierendenvertretung stuvus präsentiert den Studierenden aller Fachrichtungen jedes Jahr am ersten Tag der Vorlesungszeit wichtige Informationen.
Verständlicher Überblick über die neusten Entwickungen in den einzelnen Gebieten (Volltextzugriff aus Uni-Netz) Naturwissenschaften: Nature, Science, Proceedings of the National Academy of Sciences (USA)
Mathematik: Notices of the AMS
Informatik: IEEE Magazines
Freizeitangebote an der Uni Hochschulsport
Studentische Initiativen

Häufige Fragen

Welchen Taschenrechner brauche ich für den Vorkurs und mein Studium?

Für den Vorkurs und die Mathematikvorlesungen (soweit vom Fachbereich Mathematik verantwortet) brauchen Sie keinen Taschenrechner. Es kann natürlich trotzdem sein, dass Sie für angewandte Vorlesungen (wie z.B. Experimentalphysik) einen Taschenrechner brauchen. Dies erfragen Sie am besten zu Vorlesungsbeginn bei Ihrer Fachschaft.

Ich kann wegen höherer Gewalt (oder anderen Gründen) erst später in den Vorkurs einsteigen. Ist das ein Problem?

Der Vorkurs ist völlig freiwillig, daher ist es prinzipiell kein Problem, wenn Sie ein paar Tage verpassen. Es kann (und wird) natürlich vorkommen, dass sich die Lücken negativ auf Ihr Verständnis des aktuellen Stoffs auswirken. Wenn Sie also später einsteigen, wäre es von Vorteil, wenn Sie sich mit dem bis dahin behandelten Stoff vorher etwas beschäftigen.

Informatik

Kosten: 30 Euro

In nahezu allen ingenieur- und naturwissenschaftlichen Studiengängen ist heutzutage das Programmieren mit einer oder mehreren Programmiersprachen ein wesentlicher Bestandteil des Studiums. In diesem Kurs lernen Sie bereits vorab alle erforderlichen Grundlagen für ein erfolgreiches Programmieren.

Die Vorteile unserer Kurse

  • Die Kurse richten sich an Teilnehmerinnen und Teilnehmer ohne und mit Vorkenntnissen. Programmieranfänger werden so langsam und gezielt an die für Sie neuen Konzepte herangeführt und Fortgeschrittene können Ihre Kenntnisse erweitern und vertiefen.
  • In Online-Konferenzen mit WebEx werden Sie in Ihrem Lernen sowie beim Bearbeiten von Aufgaben unterstützt und Sie können individuell Fragen stellen.
  • Die Vorlesungsmaterialien werden durch viele kurze Videos ergänzt, in denen Ihnen die Herangehensweisen an typische Problemstellungen vermittelt werden und insbesondere auch die Schwierigkeiten und Fehlerquellen aufgezeigt werden, die sich beim Programmieren ergeben.
  • Nutzen Sie diesen und weitere Vorkurse, um bereits vorab mit Ihren zukünftigen Kommilitonen in Kontakt zu treten und Lerngruppen zu bilden.
  • Wir programmieren mit Java, das in den meisten Ingenieurstudiengängen Verwendung findet und als eine der populärsten Programmiersprachen aus der heutigen Wirtschaft nicht mehr wegzudenken ist. Die mit Java gelernten Konzepte lassen sich ohne große Schwierigkeiten auch auf andere objektorientierte ,Programmiersprachen, wie z.B. C++ oder Python, übertragen.

Inhalte und Themen
Im Vorkurs Informatik werden Programmierprinzipien (Variablen, Verzweigungen, Arrays, Schleifen, Methoden, Objektorientierung) am Beispiel der Programmiersprache Java eingeführt und in praktischen Übungen am Computer trainiert. Für den Kurs benötigen Sie einen Laptop mit Java und Eclipse. Die Installationsanleitungen hierfür erhalten Sie zu Beginn des Kurses.

  • Die Anmeldung wird am Mittwoch vor Kursbeginn geschlossen.
  • Um differenzierter auf unterschiedliches Vorwissen und Auffassungsgaben eingehen zu können, wird eine Einteilung in Parallelkurse vorgenommen. Vor Kursbeginn muss hierzu ein Einstufungstest abgelegt werden. Über weitere Details informieren wir Sie per E-Mail.
  • Für angehende Studierende der Fachrichtung Elektrotechnik und Informationstechnik wird es einen eigenen Vorkurs in C geben, zu dem Sie sich im Anmeldeystem anmelden können. Die Programmierübungen werden in diesem Kurs direkt im Browser durchgeführt, daher ist während des Kurses KEINE Installation der Entwicklungsumgebung Eclipse und Java notwendig. Sie benötigen nur eine Internetverbindung um auf ILIAS zugreifen zu können.
  • Für angehende Informatiker und Wirtschaftsinformatiker gibt es einen eigenen Vorkurs der Fachschaft Informatik.
  • Nach der Anmeldung bekommen Sie eine E-Mail mit den Details zur Überweisung der Gebühren. Aus Kapazitätsgründen ist die Teilnehmerzahl beschränkt. Wenn Sie eine Anmeldebestätigung erhalten haben und den Betrag rechtzeitig überweisen, sind sie verbindlich angemeldet. Wegen des damit verbundenen Verwaltungsaufwands können bereits entrichtete Gebühren leider nicht zurückerstattet werden.
  • Bei Rückfragen wenden Sie sich bitte an [email protected]

Physik

Kosten: 15 Euro

Der Vorkurs wendet sich an angehende Studierende der Ingenieurwissenschaften oder Naturwissenschaften. Dort werden die wichtigsten Themen des Schulstoffs, die Ihnen in den ersten zwei Fachsemestern wieder begegnen werden, wiederholt.

Der Vorkurs Physik findet in diesem Jahr Online statt und basiert auf ausgewähltem Material des Online-Brückenkurs Physik (www.brückenkurs-physik.de). Er wird aus Online-Phasen und Selbstlernphasen bestehen.

Die konkreten Online-Zeiten stehen noch nicht fest. Dieser Zeitraum gliedert sich in eine 90-minütige Online-Vorlesung, eine 60-minütige Selbstlernphase und ein 60-minütiges Online-Tutorium. Planen Sie darüber hinaus bitte eine weitere Stunde zur Vorbereitung auf die Online-Phase ein.

Wir werden Ihnen rechtzeitig vor Beginn des Vorkurses alles Material, das Sie für eine erfolgreiche Vorkursteilnahme benötigen, zur Verfügung stellen.

Die Anmeldung wird am Donnerstag vor Kursbeginn geschlossen. Nach der Anmeldung bekommen Sie eine E-Mail mit den Details zur Überweisung der Gebühren. Aus Kapazitätsgründen ist die Teilnehmerzahl beschränkt. Wenn Sie eine Anmeldebestätigung erhalten haben und den Betrag rechtzeitig überweisen, sind sie verbindlich angemeldet. Wegen des damit verbundenen Verwaltungsaufwands können bereits entrichtete Gebühren leider nicht zurückerstattet werden.

Bei Rückfragen wenden Sie sich bitte an [email protected]

Chemie

Kosten: 15 Euro

Der Vorkurs Chemie ist konzipiert für angehende Studierende, die über keine oder nur sehr geringe Chemie-Kenntnisse verfügen, diese aber für ihr Studium brauchen.

Jeder Vorkurstag hat folgende Phasen:

  1. Vortrag zu dem Thema bzw. den Themen des Tages (per Videokonferenz)
  2. Einzelarbeit an vorbereiteten Übungsaufgaben
  3. Diskussion der Lösungen und Lösungswege in Gruppen unter den am Kurs Teilnehmenden (falls online realisierbar)
  4. Rückfragen an den Vortragenden (per Videokonferenz)

Folgende Inhalte werden behandelt:

  • Chemische Reaktion, Daltonsches Atommodell und Stöchiometrie
  • Kern/Hülle-Modell des Atoms, Schalenmodell der Atomhülle, chemische Bindung und zwischenmolekulare Wechselwirkungen
  • Reaktionsgeschwindigkeit und chemisches Gleichgewicht
  • Säuren und Basen
  • Redoxreaktionen und Elektrochemie

Bitte melden Sie sich möglichst bis Donnerstag vor Kursbeginn an. Nach der Anmeldung bekommen Sie eine E-Mail mit den Details zur Überweisung der Gebühren. Aus Kapazitätsgründen ist die Teilnehmerzahl beschränkt. Wenn Sie eine Anmeldebestätigung erhalten haben und den Betrag rechtzeitig überweisen, sind sie verbindlich angemeldet. Wegen des damit verbundenen Verwaltungsaufwands können bereits entrichtete Gebühren leider nicht zurückerstattet werden.


Dichte und Volumen

Den Raum, den ein Objekt einnimmt, nennt man Volumen.

Die Basiseinheit des Volumens ist der Kubikmeter (m 3 ). Allerdings ist 1 Kubikmeter für die alltägliche Arbeit der Physiker ein ziemlich großes Volumen, so dass oft kleinere und bequemere Einheiten verwendet werden, wie in den folgenden Abbildungen dargestellt:

Kubikmeter (m 3 ) Liter (l) Kubikzentimeter oder Milliliter
(cm 3 oder ml)
1 Kubikmeter (m 3 ) ist das Volumen eines Würfels mit 1 m Kantenlänge 1 Liter entspricht dem Volumen von 1 Kubikdezimeter (dm 3 ) 1 Kubikzentimeter entspricht dem Volumen eines Würfels mit 1 cm Kantenlänge
1 Kubikmeter (m 3 ) = 1000 Liter (l) 1 Liter (l) = 1000 Kubikzentimeter (cm 3 ) = 1000 Milliliter (ml) 1 Kubikzentimeter = 1 Milliliter

Dichte

Ist Blei schwerer als Wasser? Nicht unbedingt! Es hängt davon ab, wie die Blei- und Wassermengen miteinander verglichen werden. Denn Blei hat eine höhere Dichte als Wasser und so sind In jedem Kubikmeter Blei mehr Kilogramm als in einem Kubikmeter Wasser "verpackt".

Das leuchtende Gas im Schweif eines Kometen erstreckt sich über Millionen von Kilometern hinter dem Kern des Kometen. Die Dichte des Gases ist kleiner als ein Kilogramm pro Kubikkilometer

Die Dichte eines Materials wird so berechnet:

Im Falle des Wassers bedeutet dies folgendes:

  • 1000 kg Wasser nimmt ein Volumen von 1 m 3 ein,
  • 2000 kg Wasser haben ein Volumen von 2 m 3 ,
  • 3000 kg Wasser haben ein Volumen von 3 m 3 usw.

Wenn man sich diese Werte anschaut, kann man leicht erkennen, dass die Dichte von Wasser 1000 kg / m 3 beträgt.

Wenn die Masse in Gramm (g) und das Volumnen in Kubikzentimeter (cm 3 ) gemessen werden, ist es einfacher, die Dichte in g / cm³ zu anzugeben. Die Umrechnung in kg / m3 ist einfach:

Die Dichte des Wassers beträgt 1 g/cm 3 . Dieser so einfach erscheinende Wert ist kein Zufall. Das Kilogramm (1000 g) wurde ursprünglich als die Masse von 1000 cm 3 Wasser (rein und bei 4 °C) definiert. Allerdings haben sich bei den frühen Messungen kleine Fehler eingeschlichen, so dass dies nicht mehr als Definition des Kilogramms verwendet wird.

Stoff Dichte
kg / m 3
Dichte
g / cm 3
Stoff Dichte
kg / m 3
Dichte
g / cm 3
Luft 1,3 0,0013 Granit 2700 2,7
Expandiertes Polystyrol 14 0,014 Aluminium 2700 2,7
Holz der Buche 750 0,75 rostfreier Stahl 7800 7,8
Benzin 800 0,80 Kupfer 8900 8,9
Eis (0 °C) 920 0,92 Blei 11.400 11,4
Polyethylen 950 0,95 Quecksilber 13.600 13,6
Wasser (4 °C) 1000 1,0 Gold 19.300 19,3
Beton 2400 2,4 Platin 21.500 21,5
Glas (variiert) 2500 2,5 Osmium 22.600 22,6

Die Dichte berechnen

Die Gleichung, welche Dichte, Masse und Volumen verbindet, kann mit Symbolen dargestellt werden:

$ ho = frac $
$ ho$ = Dichte, m = Masse und V = Volumen

Diese Formel kann man umstellen:

Bedecke V im Dreieck und du siehst, dass V gleich m geteilt durch $ ho$ ist. Dies funktioniert für m und $ ho$ genauso

Dies ist nützlich, wenn zwar die Dichte bekannt ist, aber das Volumen oder die Masse berechnet werden soll. Auf der rechten Seite ist eine Methode, wie man alle drei Gleichungen findet. Beispiel:

Nimm die Tabelle oben zu Hilfe und berechne die Masse von Stahl, wenn er das gleiche Volumen einnimmt wie 5400 kg Aluminium.

Zuerst berechnet man das Volumen 5400 kg Aluminium. Dichte von Aluminium laut Tabelle: 2700 kg/m 3 , die Masse ist bekannt: 5400 kg, und das Volumen soll berechnet werden. Damit:

Wir wollen also wissen, wieviel Masse haben 2 m 3 Stahl? Dichte von Stahl laut Tabelle: 7800 kg/m 3 , das Volumen ist bekannt: 2 m 3 , und die Masse soll berechnet werden. Damit:


Wasser:

Wasser kommt in allen 3 Aggregatzuständen "natürlich" auf unserer Erde vor.

Wasser ist der einzige Stoff, der sich ausdehnt und weniger dicht wird, wenn er in den festen Zustand übergeht (Eis).

Dies ist darin begründet, dass die Teilchen beim Eis weiter auseinander liegen.

Was zur Folge hat, das Eis auch eine geringere Dichte als Wasser hat und deshalb auf dem Wasser schwimmt.

Wasser siedet bei normalem Luftdruck bei 100° C und gefriert bei 0° C. Es hat bei 4° C seine höchste Dichte.


Die Biologie ist die Wissenschaft des Lebendigen. Sie beschreibt nicht nur unsere belebte Umwelt, sondern verschafft uns auch einen faszinierenden Einblick in uns selbst. Wer sich mit der Biologie auskennt, versteht also nicht nur viel von Pflanzen, Tieren, Pilzen und Mikroorganismen sowie ihren Beziehungen untereinander und mit ihrer Umwelt, sondern weiß auch viel über sich selbst und seine Mitmenschen. Gute Biologie-Kenntnisse sind also nicht nur für zahlreiche Berufe wichtig, sondern lassen dich auch wissen, was gesund und was schädlich für dich ist. Zudem tragen sie erheblich zu einem guten Allgemeinwissen bei, welches dir die Möglichkeit gibt, bei vielen aktuellen Themen wie Umweltschutz oder Gentechnik mitzureden.

Was genau lernst du in Biologie in der Schule und bei sofatutor?

In den Jahrgangsstufen 5 und 6 werden die wichtigen Grundlagen der Naturwissenschaft Biologie gelegt. Du wirst die Kennzeichen des Lebens kennenlernen. Zudem wirst du viel Spannendes über den Aufbau und die Funktionsweise des menschlichen Körpers erfahren. Natürlich wirst du auch viel über Tiere und Pflanzen lernen. Dabei wird es insbesondere um die Anpassungen an ihren Lebensraum gehen.

In den Jahrgangsstufen 7 und 8 wirst du viel über Zellen, die Grundbausteine des Lebens, lernen. Zudem werden wichtige Stoffwechselprozesse wie die Fotosynthese thematisiert. Du erfährst, wie lebenswichtige Vorgänge in deinem Körper ablaufen. Im Rahmen der Ökologie wird es um Wechselbeziehungen zwischen den Lebewesen und ihrer nicht lebendigen Umwelt gehen. Für einen verantwortungsvollen Umgang mit Sexualität ist es wichtig, dass du dich damit auskennst. Daher wird auch dieses Thema im Biologieunterricht behandelt.

In den Jahrgangsstufen 9 und 10 geht es mit den Informationssystemen des Körpers, dem Nervensystem und dem Hormonsystem, weiter. Weitere Schwerpunkte werden die Immunbiologie, Genetik und Evolutionsbiologie sein.

In den Jahrgangsstufen 11, 12 und 13 geht es ins Detail. Themen aus der Ökologie, Evolution, Genetik und Neurobiologie werden vertieft. So werden beispielsweise die Entwicklung des Menschen und die Suche nach seinen Vorfahren sowie die Vor- und Nachteile der Gentechnik thematisiert.


Biologie

Die Biologie ist ebenfalls ein wichtiges Fach im Unterricht der Schule. Meistens beginnt der Unterricht in der 5. Klasse. Auf dem Lehrplan stehen zahlreiche Teilgebiete der Biologie wie zum Beispiel die Genetik, die Ökologie oder auch die Evolution. Ziel ist es, dass das Schüler und Schülerinnen einen Einblick in die Welt des Lebens bekommen. Dies und vieles mehr findet ihr in der Biologie-Übersicht.

Die Inhalte der Biologie werden Klasse für Klasse ausgebaut. Folgende Klassenstufen sind dabei derzeit verfügbar:


Video: Kemiska bindningar (December 2021).