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Multiple-Choice-Test zum Thema „Chemie – Chemische Kinetik“.

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Multiple-Choice-Test zum Thema „Chemie – Chemische Thermodynamik“.

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Größen kann man danach unterscheiden, ob sie den Zustand eines Körpers oder Systems bzw. ob sie einen Vorgang oder Prozess kennzeichnen. Solche Größen, die den Zustand eines Körpers oder eines Systems kennzeichnen, bezeichnet man als Zustandsgrößen. Beispiele für Zustandsgrößen sind die Energie E eines Körpers, die Temperatur T in einem Raum oder der Druck p im Zylinder eines Verbrennungsmotors.

Solche Größen, die einen Vorgang oder einen Prozess kennzeichnen, nennt man Prozessgrößen. Beispiele für solche Prozessgrößen sind die Wärme Q oder die Arbeit W. Die Wärme beschreibt den Vorgang der Energieübertragung zwischen Körpern.

Ammoniak ist eine der wichtigsten Chemikalien in der chemischen Industrie und dient als Ausgangsstoff für viele Synthesen.

Das technische Verfahren zur Ammoniaksynthese wird nach seinen Entwicklern Haber-Bosch-Verfahren genannt. Hierbei werden Wasserstoff und Stickstoff mithilfe eines Katalysators bei hoher Temperatur und hohem Druck zu Ammoniak umgesetzt. Die ablaufende Reaktion stellt ein Musterbeispiel für eine Gleichgewichtsreaktion dar.

Eine grundlegende Eigenschaft chemischer Reaktionen ist ihre Umkehrbarkeit. Wird ein stöchiometrisches Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff gezündet, so setzen sich die Ausgangsstoffe vollständig zu Wasser um.
Es ist aber auch möglich, durch Zufuhr elektrischer Arbeit Wasser wieder in die Elemente zu zerlegen. Chemisch lässt sich Wasser nur bei extrem hohen Temperaturen und niedrigen Drücken in die Elemente zerlegen. Viele andere Reaktionen sind jedoch auch unter normalen Bedingungen reversibel, d. h. die Hin- und die Rückreaktion laufen gleichzeitig und ungehemmt ab.

Ein wichtiges technisches Verfahrensprinzip nicht nur in der chemischen Industrie ist das Gegenstromprinzip. Dadurch, dass Stoffe im Gegenstrom aneinander vorbeigeführt werden, kann ein Energie- und gegebenenfalls auch ein Stoffaustausch erfolgen. Dieser Austausch ist im Gegenstrom wesentlich effektiver und damit kostengünstiger sowie umweltfreundlicher (Energieeinsparung) als im Gleichstrom.

Im chemischen Gleichgewicht laufen Hin- und Rückreaktion in einem geschlossenen System gleichzeitig mit derselben Geschwindigkeit ab. Obwohl die Konzentrationen der Edukte und der Produkte konstant sind, findet auf Teilchenebene ein Stoffumsatz statt, sodass man von einem dynamischen Gleichgewicht spricht.

Ein chemisches Gleichgewicht kann sich nur bei einer umkehrbaren chemischen Reaktion im geschlossenen thermodynamischen System einstellen. Es kann durch Änderungen der Reaktionsbedingungen Temperatur, Druck oder Konzentration der Reaktanten auf unterschiedliche Weise beeinflusst werden.

* 11.08.1836 in Christiania
† 14.01.1902 in Christiania (dem heutigen Oslo, Norwegen)

CATO MAXIMILIAN GULDBERG war ein norwegischer Mathematiker. Er entwickelte zusammen mit dem Chemiker PETER WAAGE zwischen 1864 und 1867 auf der Grundlage physikochemischer Untersuchungen von Gasen und Lösungen das Massenwirkungsgesetz. Dieses fundamentale chemische Gesetz blieb lange Zeit unbeachtet, bis es 1877 von OSTWALD bestätigt wurde. Der geniale, sehr zurückgezogen lebende Theoretiker leitete ebenfalls weitgehend unbeachtet bereits 1867 die ideale Gasgleichung ab.

Kalkstein (Calciumcarbonat) ist eine Ionenverbindung, die in verschiedenen Formen in der Natur vorkommt. Gebirgszüge, Korallenriffe und Tropfsteinhöhlen bestehen hauptsächlich aus Kalkstein, der durch eine Folge chemischer Reaktionen und erdgeschichtlicher Prozesse entstanden ist. Marmor und Kreide sind spezielle Formen des Calciumcarbonats.
Die Verwendung von Kalkstein ist sehr vielseitig. Es wird in der Bauindustrie, zur Rauchgasentschwefelung in Kraftwerken und als Düngemittel eingesetzt. Umgangssprachlich bezeichnet man Calciumcarbonat auch als Kalk, obwohl in der Bauindustrie auch andere chemische Verbindungen (Calciumoxid und Calciumhydroxid) ähnliche Namen tragen.

* 08.10.1850 in Paris
† 17.09.1936 in Miribelle-Echelles

HENRY LE CHATELIER war ein französischer Chemiker und Ingenieur. Berühmt wurde er durch seine Untersuchungen zum chemischen Gleichgewicht. Er formulierte die Bedingungen zur Einstellung eines chemischen Gleichgewichts und das Prinzip des kleinsten Zwangs. Dieses besagt, dass sich das chemische Gleichgewicht einem äußeren Zwang immer so entzieht, dass die Wirkungen des äußeren Zwangs verkleinert werden.
Obwohl das Prinzip von LE CHATELIER nur qualitative Schlussfolgerungen zur Lage des chemischen Gleichgewichts zulässt, ist es speziell für Gleichgewichtsreaktionen in der chemischen Industrie von herausragender wirtschaftlicher Bedeutung.

Die Löslichkeit von Stoffen ist eine wichtige Größe in der analytischen und in der technischen Chemie. Sie entspricht der Konzentration eines Stoffes in einer gesättigten Lösung, die keine weiteren Teilchen des Feststoffes mehr aufnehmen kann. Die Löslichkeit hängt von verschiedenen Faktoren ab, der Art des gelösten Stoffs, dem Lösungsmittel, der Temperatur und dem pH-Wert der Lösung und eventuellen Zusätzen. So kann die Löslichkeit durch Zugabe von Säuren oder Komplexbildnern beeinflusst werden. In beiden Fällen liegt neben dem Löslichkeitsgleichgewicht ein weiteres chemisches Gleichgewicht vor und man spricht von gekoppelten Gleichgewichten.

Bei reversiblen chemischen Reaktionssystemen stellt sich ein Gleichgewicht zwischen Hin- und Rückreaktion ein. Solche Reaktionen verlaufen nicht vollständig, d. h. die Konzentration der Ausgangsstoffe sinkt nicht auf null. In Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen (Druck, Temperatur) werden konstante Gleichgewichtskonzentrationen der an der Reaktion beteiligten Stoffe erreicht. Mit Hilfe des Massenwirkungsgesetzes können diese in Form der Gleichgewichtskonstanten berechnet werden.

Die Gleichgewichtskonstante ist eine thermodynamische Größe, die sich aus den energetischen Unterschieden zwischen Ausgangsstoffen und Reaktionsprodukten ergibt. Aus der thermodynamischen Ableitung der Gleichgewichtskonstanten K erhält man folgenden quantitativen Zusammenhang:

${\Delta }_R{G}^0=–R·T·\ln K\text{bzw}\text{.}K=e^{–\frac{{\Delta }_R{G}^0}{R·T}}$

Die Berechnung der Gleichgewichtskonstanten aus der freien Standardreaktionsenthalpie ist viel einfacher als die experimentelle Bestimmung aller Konzentrationen im chemischen Gleichgewicht.

Chemische Gleichgewichte lassen sich nicht nur durch Änderung der Konzentrationen, der Ausgangsstoffe oder Produkte beeinflussen, sondern auch durch äußere Einflüsse, wie z. B. Temperatur- und Druckveränderungen. Hier gilt stets das von LE CHATELIER und K. F. BRAUN formulierte Prinzip des kleinsten Zwangs. Dieses besagt, dass sich das chemische Gleichgewicht einem äußeren Zwang immer so entzieht, dass die Wirkungen der äußeren Veränderung verkleinert werden.

Chemische Reaktionen werden nach verschiedenen Gesichtspunkten unterteilt. Bei organischen Reaktionen werden fast immer Atombindungen gespalten und wieder neu geknüpft, sodass sich die Unterteilung von der Unterteilung anorganischer Reaktionen unterscheidet. In der Organik betrachtet man hauptsächlich die Änderung des Bindungszustandes der Kohlenstoffatome und unterscheidet danach zwischen Substitution, Addition und Eliminierung. Aber auch organische Redoxreaktionen spielen eine wichtige Rolle als Nachweisreaktionen und in der Synthesechemie.

* 29.06.1833 in Flekkefjord
† 13.01.1900 in Christiania

PETER WAAGE war ein norwegischer Chemiker. Er entwickelte zusammen mit dem Mathematiker CATO MAXIMILIAN GULDBERG zwischen 1864 und 1867 auf der Grundlage physikochemischer Untersuchungen von Gasen und Lösungen das Massenwirkungsgesetz. Dieses fundamentale chemische Gesetz blieb lange Zeit unbeachtet, bis es 1877 von OSTWALD bestätigt wurde.
WAAGE hat nichts mit dem gleichnamigen seit dem Altertum bekannten Messgerät zur Bestimmung der Masse zu tun.

Die Härte des Wassers entsteht durch gelöste Salze. In natürlichen Wässern sind das vor allem Magnesium- und Calciumhydrogencarbonat und -sulfat die aus dem Boden gelöst wurden. Je mehr Salze im Wasser gelöst sind desto härter ist das Wasser. Die Wasserhärte ist je nach Beschaffenheit des Bodens von Region zu Region verschieden.

Man unterscheidet dabei zwischen permanenter Härte und temporärer Härte. Die temporäre Härte wird durch den Gehalt an Hydrogencarbonaten verursacht und kann durch Erhitzen entfernt werden. Die permanente Härte wird durch die Sulfate verursacht und bleibt beim Erhitzen unverändert.

Als Maß für die Wasserhärte galt früher in Deutschland das „Grad deutscher Härte“– °dH. Inzwischen gibt man die Wasserhärte allerdings durch die Konzentration der Erdalkaliionen in mmol/l an.

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Als Amphoterie bezeichnet man die Erscheinung, bei der ein Stoff in Abhängigkeit vom Reaktionspartner als Säure oder als Base reagieren kann.

Stoffe, die sowohl Protonen abgeben, als auch Protonen aufnehmen können, nennt man Ampholyte. Ob sie als Säure oder als Base reagieren, hängt vom jeweiligen Reaktionspartner ab.

Basen sind Verbindungen, die bei chemischen Reaktionen Protonen aufnehmen. In wässrigen Lösungen bilden sie Hydroxid-Ionen und wirken demzufolge stark ätzend.
Die wichtigsten anorganischen Basen sind Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Ammoniak. Diese Basen und ihre wässrigen Lösungen, die Laugen, finden nicht nur Einsatz in der Industrie und Technik, sondern sind auch Bestandteile vieler Gebrauchsgüter des alltäglichen Lebens. So sind z. B. viele Reinigungsmittel alkalisch, da sich Fette und andere Verschmutzungen durch Basen leicht lösen lassen. Industriell sind Basen wichtige Ausgangsstoffe für die Herstellung von Gläsern, Zellstoff, Düngemitteln oder Baustoffen.
Anorganische Basen schädigen die Umwelt, wenn Abwässer zu stark mit alkalischen Reinigungsmitteln oder Chemieabfällen belastet sind und dadurch das pH-Gleichgewicht in Gewässern gestört wird.

* 25.01.1627 Lismore (Irland)
† 30.12.1691 London

Er war ein britischer Naturforscher, der sich mit chemischen und physikalischen Problemen beschäftigte. Boyle ist einer der Mitbegründer der wissenschaftlichen Chemie, untersuchte das Verhalten von Gasen und den Luftdruck, befasste sich mit Farbenlehre und Thermometern. Er leistete einen wesentlichen Beitrag zu einer neuen Definition des Begriffes „chemisches Element“.