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Allgemeine Chemie

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Grundlagen der Chemie

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Die Chemie ist die Wissenschaft, die sich mit der Materie, ihrer Struktur, Zusammensetzung, Eigenschaften und den physikalischen und chemischen Prozessen befasst, die sie durchläuft, sowie mit dem Energieaustausch, der diese Prozesse begleitet.
 
Materie bezeichnet jeden Körper, der Masse und Volumen hat. Dies umfasst alles von den kleinsten Objekten bis zu den großen Sternen des Universums.
 
Die Chemie stützt sich auf Mathematik und Physik, um die Prozesse zu beschreiben, und bildet gleichzeitig die Grundlage für viele Wissenschaften wie Biologie, Geologie, Medizin...

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reaccion termitaDie Materie ist alles, was Masse hat und Raum einnimmt. Die Masse ist das Maß für die Menge an Materie, die ein Körper besitzt. Die Kraft, die benötigt wird, um einen Körper zu beschleunigen, nimmt mit seiner Masse zu (zweites Newtonsches Gesetz).
 
Die Energie ist die Fähigkeit eines Systems, Arbeit zu verrichten oder Wärme zu übertragen. So hat ein heißer Körper mehr Energie als ein kalter, und wenn sie in Kontakt gebracht werden, fließt die Wärme vom kalten zum heißen Körper. Ein Gas in einem Zylinder bei hohem Druck drückt den Kolben nach außen und verrichtet dabei Arbeit.
 
In chemischen Prozessen erfolgt häufig ein Wärmeaustausch. Viele chemische Reaktionen geben Wärme ab (jede Verbrennung) und sind exotherm. Andererseits absorbieren andere Prozesse Wärme aus der Umgebung und sind endothermisch. Der Verdampfungsprozess von flüssigem Wasser ist endotherm, da er eine Wärmezufuhr erfordert.

Weiterlesen: Materie und Energie

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MagnesiumverbrennungIn jedem physikalischen oder chemischen Prozess ändert sich die Menge der Materie nicht. Für eine chemische Reaktion müssen die Summen der Massen der Reaktanten gleich der Summe der Massen der Produkte sein.
 
Betrachten wir die Verbrennung von metallischem Magnesium. Magnesium verbrennt mit dem Sauerstoff aus der Luft, um Magnesiumoxid zu bilden. Das gebildete Magnesiumoxid hat eine höhere Masse als das metallische Magnesium. Die Massendifferenz entspricht der Masse des für die Verbrennung verwendeten Sauerstoffs.
 
Beachten Sie, dass eine nukleare Reaktion nicht dem Gesetz der Erhaltung der Materie entspricht, da eine signifikante Umwandlung von Materie in Energie stattfindet.

Weiterlesen: Gesetz der Erhaltung der Materie

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EnergieerhaltungAussage des Energieerhaltungsprinzips: “Energie kann in einer chemischen Reaktion oder einem physikalischen Prozess weder erschaffen noch zerstört werden. Sie kann nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden.”
 
Bei chemischen Reaktionen wird Energie freigesetzt, wenn sie exotherm sind, und absorbiert, wenn sie endotherm sind. Die Reaktanten einer endothermen Reaktion plus eine bestimmte Menge an Wärme (Energie) ergeben die Produkte. Es kann gezeigt werden, dass die Energie der Produkte gleich der Summe der Energie der Reaktanten plus der zugeführten Wärme ist.
 
Die Erfahrung zeigt, dass in jedem physikalischen oder chemischen Prozess die Energie erhalten bleibt, obwohl sie von einer Form in eine andere übergehen kann. Chemische Energie kann in thermische, leuchtende, elektrische Energie usw. umgewandelt werden.
 

Das Prinzip der Energieerhaltung, auch bekannt als der erste Hauptsatz der Thermodynamik, besagt, dass die Gesamtenergie eines isolierten Systems konstant bleibt, wenn keine Energieübertragung in Form von Arbeit oder Wärme in das oder aus dem System erfolgt. Mit anderen Worten, Energie kann nicht erschaffen oder zerstört, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden.

Mathematisch wird das Prinzip der Energieerhaltung ausgedrückt als:

Gesamtenergie des Systems = kinetische Energie + potenzielle Energie + innere Energie

Diese Gleichung berücksichtigt verschiedene Energieformen, wie die kinetische Energie, die mit Bewegung verbunden ist, die potenzielle Energie, die mit der Position in einem Kraftfeld (wie der Schwerkraft) zusammenhängt, und die innere Energie, die die Energie darstellt, die mit der Bewegung von Teilchen auf molekularer Ebene verbunden ist.

Weiterlesen: Gesetz der Energieerhaltung