Grundgesetze der Chemie

Der Artikel Grundgesetze der Chemie listet - z. B. für den Chemieunterricht - die grundlegenden Gesetzmäßigkeiten in der Chemie auf. Zu den grundlegenden Definitionen und Naturgesetzen, nach denen sich Stoffumwandlungen (chemische Reaktionen) vollziehen, gehören:

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Stoffgemisch und Reinstoff, Element und Verbindung, Reaktion

1. Chemische Verbindungen sind Reinstoffe, die sich durch chemische Reaktionen zerlegen lassen (Elemente sind durch chemische Reaktionen nicht zerlegbar; Stoffgemische sind keine Reinstoffe mit einheitlichen Stoffeigenschaften)

2. Chemische Elemente reagieren miteinander immer in bestimmten, gleich bleibenden Masseverhältnissen (Gesetz der konstanten Masseverhältnisse, 2. Grundgesetz der Chemie; Grund: Elemente bestehen aus Atomen und Atome eines Elementes weisen immer gleiche, typische Atommassen auf.

3. Bilden zwei Elemente miteinander mehrere verschiedene Verbindungen, so stehen deren Massen zueinander im Verhältnis kleiner, ganzer Zahlen

Atome, Ionen, Moleküle und deren Formeln

4. Gleiche Volumina verschiedener Gase beinhalten bei gleichen Bedingungen die gleiche Anzahl von Teilchen (Moleküle, Gesetz von Avogadro)

5. Atome sind die kleinstmöglichen Stoffportionen eines chemischen Elementes. In einem Element weisen alle Atome die gleiche Anzahl von Protonen im Atomkern auf.

6. Chemische Verbindungen sind chemisch zerlegbare Reinstoffe. Ihre kleinstmöglichen Stoffportionen sind Atomverbände (Moleküle oder Ionenverbände).

  7. Chemische Formeln sind Symbole für chemische Verbindungen. Sie geben an, welche Sorten von Atomen miteinander verbunden sind (Elementsymbole: H, He, C, N, O, F, usw.) und in welchem Stoffmengen- bzw. Atomzahlenverhältnis sie zueinander stehen (z. B. H : O = 2 : 1 in H₂O oder H : S : O = 2 : 1 : 4 in Schwefelsäure, H₂SO₄).

8. Summenformeln geben nur Atomzahlenverhältnisse der Elemente in einer Verbindung wieder (Beispiel: C₂H₂), Strukturformeln zeigen auch, wie die Atome miteinander verbunden sind (z. B.: H₂C=CH₂).

9. Isotope sind Atome eines Elementes (also mit gleicher Protonenzahl) aber von unterschiedlicher Neutronenzahl (also ungleicher Neutronenzahl).

10. Neutrale Atome haben immer gleiche Protonen- und Elektronenzahlen. Ihre Neutronenzahl berechnet sich aus der Differenz der relativen Atommasse zur Protonenzahl (Ordnungszahl).

Chemische Bindung

12. Metalle sind Elemente. Sie sind allesamt Stoffe a) mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, b) verformbar, c) glänzend und d) sehr gute Wärmeleiter.

13. Metallatome reagieren mit Nichtmetallatomen, indem sie Elektronen an diese abgeben (Elektronenübertragung, Redoxreaktion), sie werden durch die Ladungstrennung elektrisch positiv geladen (Ionenbildung durch Oxidation = Elektronenabgabe):

14. Ionen sind elektrisch geladene Atome oder Atomverbände (Kationen positiv, Elektronenzahl ist kleiner als die Anzahl der Protonen im Atomkern; Anionen negativ, Elektronenzahl ist größer als die Anzahl der Protonen).

15. Salze sind allesamt ionische Verbindungen: Sie sind a) spröde (brüchig), b) weisen sehr hohe Schmelzpunkte auf und sind c) nur in Lösung oder Schmelze elektrisch leitfähig.   16. Nichtmetallatome reagieren, indem sie bei chemischen Reaktionen mit Metallen Elektronen aufnehmen (Bildung der Anionen durch Reduktion = Elektronenaufnahme) oder nutzen bei Reaktionen untereinander Außenelektronen gemeinsam als bindende Elektronenpaare (Elektronenpaarbindung, Atombindung). Nichtmetallatome streben dabei eine Edelgaskonfiguration an (maximal vier Elektronenpaare, d. h. volle Außenschale mit zwei bzw. acht Elektronen).

17. Moleküle sind elektrisch neutrale Atomverbände. Die Atome sind über bindende Elektronenpaare miteinander verbunden.

18. Molekulare Verbindungen sind allesamt elektrische Nichtleiter (Isolatoren). Verbindungen mit kleinen Molekülen sind flüchtig (niedriger Siedepunkt), Verbindungen mit sehr großen Molekülen kunststoff- oder diamantartig (zersetzlich oder hoher Schmelzpunkt).

Reaktionsablauf, chemisches Gleichgewicht

19. Die Geschwindigkeit, mit der eine Reaktion abläuft, nimmt mit steigender Temperatur zu (RGT-Regel).

20. Ändert man die Umgebungsbedingungen, unter denen eine Reaktion abläuft, verschiebt sich das zu erreichende Gleichgewicht so, dass der Änderung entgegengewirkt wird (Prinzip vom kleinsten Zwang).