Enthülle die Geheimnisse chemischer Reaktionen und finde heraus, wie Kinetik, Gleichgewichtslehre und Protolysen die Welt um uns herum bestimmen. Dieses Buch nimmt dich mit auf eine faszinierende Reise durch die Prinzipien der Reaktionsgeschwindigkeit, von der Stoßtheorie bis zu den Faktoren, die sie beeinflussen: Druck, Temperatur, Zerteilungsgrad, Konzentration und die Rolle von Katalysatoren. Entdecke, wie das Le Chateliersche Prinzip genutzt werden kann, um chemische Gleichgewichte zu steuern und die Ausbeute zu maximieren, ein entscheidender Vorteil für Chemiker, Studenten und alle, die sich für die Optimierung chemischer Prozesse interessieren. Tauche ein in die Welt der Säure-Basen-Reaktionen nach Brönstedt und entdecke die Bedeutung von Protonendonatoren und -akzeptoren sowie die faszinierende Rolle von Ampholyten. Erforsche die Funktion chemischer Puffer und ihre Fähigkeit, den pH-Wert konstant zu halten, ein unverzichtbares Konzept für das Verständnis biologischer Systeme und industrieller Anwendungen. Lerne die Geheimnisse der Aminosäuren, Peptide und Proteine kennen, von ihren amphoteren Eigenschaften und ihrer Wasserlöslichkeit bis hin zur Bedeutung der Denaturierung für ihre biologische Funktion. Dieses Buch bietet einen umfassenden und leicht zugänglichen Einblick in die Welt der physikalischen Chemie, ideal für Studenten, Wissenschaftler und alle, die ihr Verständnis für die grundlegenden Prinzipien chemischer Reaktionen vertiefen möchten. Von Reaktionskinetik über chemisches Gleichgewicht bis hin zu den Eigenschaften von Aminosäuren bietet dieses Buch einen umfassenden Überblick über die Schlüsselkonzepte der Chemie. Entdecke, wie du Reaktionsgeschwindigkeiten beeinflussen, chemische Gleichgewichte verschieben und die Stabilität von Proteinen verstehen kannst. Ob für Studium, Forschung oder einfach nur aus Interesse – dieses Buch ist dein Schlüssel zum Verständnis der chemischen Welt. Es behandelt Themen wie Reaktionsbereitschaft, Aktivierungsenergie, Säure-Base-Konzepte und die Struktur von Proteinen, um ein tiefes Verständnis für chemische Prozesse zu ermöglichen.
Kinetik, Gleichgewichtslehre, Protolysen
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1.1. Interprétation des Diagrammes:
Anhand der Tabelle ist zu erkennen, dass bei steigender Temperatur die Ausbeute an SO3 sinkt.
Hierbei ist die Stoß- und Kollisionstheorie zu beachten: Grundvorrausetzungen:
Bei einer chemischen Reaktion müssen die Teilchen zusammenprallen. Vorraussetzungen für einen wirksamen Zusammenstoß (Reaktionsfreudigkeit)
a) Reaktionsbereitschaft der Stoffe, also:
- sie dürfen keinen Oktettzustand aufweisen,
- kein Carbenium-Ion
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
b) Die Teilchen müssen eine ausreichende Bewegungsenergie
aufweisen Mindestkinetische
(Mindestkinetische Energie) Energie
c) Die Teilchen müssen in einer günstigen, räumlichen Orientierung aufeinander prallen ( [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] sterischer Faktor)
1.2. Welche Möglichkeiten gibt es die Geschwindigkeit einer Reaktion zu erhöhen? (Kinetik)
Mögliche Reaktionen liegen den Kausalketten zugrunde:
a) Druck (p)
Je höher der Druck, desto höher ist die Anzahl der pro Volumen zur Verfügung stehenden Teilchen, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines wirksamen zusammen stoßen steigt [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] v
b) Temperatur (T)
Je höher die Temperatur, desto größer ist die kinetische Energie aller Teilchen, desto mehr Teilchen weißen die Mindestkinetische Energie auf, desto höher ist die Anzahl der wirksamen Zusammenstöße, desto höher ist der Stoffumsatz pro Zeiteinheit, desto höher ist v.
Hierzu gibt es eine „Faustformel“, die RGT- Regel.
Sie besagt, wenn die Temperatur um 10° erhöht wird, dann verdoppelt oder vervierfacht sich die Reaktionsgeschwindigkeit.
c) Zerteilungsgrad (z)
Je höher der Zerteilungsgrades eines Stoffes, desto größer ist die wirksame Oberfläche, das heißt es befinden sich mehr Teilchen an der Oberfläche des Stoffes, desto mehr wirksame Zusammenstoße gelingen [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] v[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]
d) Konzentration (c)
Je höher die Konzentration ist, desto größer ist die Anzahl der vorhandenen Teilchen, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit eines wirksamen Zusammen Stoßes, desto höher ist der Stoffumsatz pro Zeiteinheit, desto schneller ist die Reaktion.
e) Katalysator (KAT)
- Ein Katalysator beschleunigt eine chemische Reaktion. Er liegt an der Reaktion unverändert vor.
- Er erniedrigt die Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion, indem er energetisch günstige Zwischenprodukte ermöglich.
- Er ist reaktionsspezifisch und wirkt nur auf eine Reaktion.
1.3. Wie wird das Gleichgewicht beeinflusst?
Das Gleichgewicht ist hoch empfindlich und kann durch das
„Le Chateliersches Prinzip“ ( Prinzip des kleinsten Zwanges) beeinflusst werden.
Wird auf ein System, welches sich im Gleichgewicht befindet ein Zwang ausgeübt, durch Änderung von Druck, Temperatur oder Konzentration, so verschiebt sich das Gleichgewicht in dem Sinne, dass es dem äußeren Zwang ausweicht.
- bei Druckerhöhung zur Seite der geringeren Volumen;
- bei Temperaturerhöhung wird diejenige begünstigt, welche endotherm abläuft;
- bei Konzentrationsänderungen erfolgt eine kurzzeitige Störung des Gleichgewichtes mit nachfolgender Neueinstellung auf erhöhtem oder erniedrigtem Niveau..
1.4. Ausbeute:
- Störung des Gleichgewichtes durch Entnahme der Produkte
Entzug durch:
- Filtration des Feststoffes
- Auflösung in einem Lebensmittel
- Kondensation des Produktes
b) Aufgabe:
J.N. Brönstedt schlug im Jahre 1923 eine allgemeine und umfassende Definition für Säure- und Basenverhältnisse vor. Er erkannte, dass sowohl Säuren als auch Basen an der Wanderung der Protonen beteiligt waren.
Danach werden alle Stoffe als Säuren bezeichnet, die in der Lage sind, Protonen an eine andere chemische Verbindung abzugeben (Protonendonator). Diese jeweilige Verbindung muss jedoch in der Lage sein, dieses Proton aufzunehmen.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten Derartige Protonenempfänger bezeichnet man als Basen (Protonenakzeptator). Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Wissenswert ist jedoch auch, dass die Säure- oder Baseneigenschaft nicht immer auf einen Stoff zutreffend sein muss. Manche Stoffe können sowohl Protonen aufnehmen als auch abgeben. Solche Stoffe bezeichnet man als Ampholyte.
c) Aufgabe:
a) Der chemische Puffer ist mit dem pH-Wert engverbunden. Ein Puffer hält den pH-Wert , bei Zugabe von starken Säuren (H3O+) bzw. starken Basen (OH-) weitgehend konstand, indem er über protolytische Reaktionen die pH-Wert ändernden Teilchen (H3O+/ OH-) abfängt.
Ein Puffer besteht aus einer schwachen Säure und der jeweiligen konjugierten Base.
b)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
d) Aufgabe:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Erklärung:
Das Lackmuspapier färbt sich mit Wasser rot oder blau, da bei den verschiedenen chemischen Reaktionen starke Säure bzw. starke Basen entstehen (siehe Reaktionsgleichungen).
Das Gleichgewicht liegt bei beiden Reaktionsgleichungen zugunsten der Produkte, da die Edukte wesentlich stärkere Säuren als auch Basen aufweisen.
Aminosäuren, Peptide und Proteine
1. Aufgabe:
a) Ampholyte sind Aminosäuren in der Zwitterionenform. Hier sind sie extrem Wasserunlöslich, da sie sowohl polar als auch unpolar ausgerichtet sind. Sie bilden eine einheitliche Hydrathülle um die Aminosäure.
b) (siehe Zettel)
c) Mit Base: Hier kommen 2 Gruppen in Frage, die Carboxyl- und die Amioniumgruppe. Die Carboxylgruppe reagiert jedoch als 1., da sie eine wesentlich stärkere Säure ist. Außerdem ist die Polarisierung der Carboxylgruppe um einiges stärker. Als Carboxylat-Ion erreicht sie einen mesomeriestabieleren Zustand.
c) Die Wasserlöslichkeit hängt stark von ihrem polaren Charakter ab, der wiederum durch die Art und Anzahl der Ladungen bestimmt wird. Grundsätzlich weisen alle Aminosäuren einen Iseoelktrischen Punkt die geringste Wasserlöslichkeit auf, da hier die Ausbildung einer einheitlichen Hydrathülle erschwert wird. Bei den anionischen und kationischen Strukturen ist dies mehr der Fall, so dass in Abhängigkeit von der Ladungsstärke die Wasserlöslichkeit zunimmt.
2. Aufgabe:
(siehe Zettel)
3. Aufgabe:
Dies geschieht durch einen chemischen Prozess, welchen man als Denaturierung bezeichnet. Die Denaturierung ist eine meist irreversible Zerstörung der Sekundär- und Tertiärstruktur. Dabei verliert sie die biologische Funktion, wird also zerstört.
Die Sekundärstruktur eines Proteins ist folgender Maßen aufgebaut: sie ist die räumliche Anordnung der Primärstruktur (fadenförmiges Makromolekül). Die Sekundärstruktur ist in sich mit Intramolekularen Wasserstoffbrücken
[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]verbunden (z.B. Wolle).
Einsträngig
Die Tertiärstruktur ist wiederum die räumliche Anordnung der Sekundärstruktur. Hier entstehen Wechselwirkungen zwischen den nachaußenstehenden
AS-Resten.
- Van-der-Waals-Kräfte
- H-Brücken
Häufig gestellte Fragen
Was besagt die Stoß- und Kollisionstheorie?
Die Stoß- und Kollisionstheorie besagt, dass Teilchen zusammenprallen müssen, um eine chemische Reaktion auszulösen. Die Reaktionsbereitschaft der Stoffe, ausreichende Bewegungsenergie (Mindestkinetische Energie) und eine günstige räumliche Orientierung sind Vorraussetzungen für einen wirksamen Zusammenstoß.
Wie kann man die Geschwindigkeit einer Reaktion erhöhen?
Die Reaktionsgeschwindigkeit kann durch Erhöhung des Drucks, der Temperatur, des Zerteilungsgrades, der Konzentration oder durch den Einsatz eines Katalysators erhöht werden.
Was ist die RGT-Regel?
Die RGT-Regel (Reaktionsgeschwindigkeits-Temperatur-Regel) besagt, dass sich die Reaktionsgeschwindigkeit bei einer Temperaturerhöhung um 10°C verdoppelt oder vervierfacht.
Wie wird das Gleichgewicht beeinflusst?
Das Gleichgewicht wird durch das "Le Chateliersches Prinzip" (Prinzip des kleinsten Zwanges) beeinflusst. Änderungen von Druck, Temperatur oder Konzentration verschieben das Gleichgewicht, sodass es dem äußeren Zwang ausweicht.
Wie kann man die Ausbeute beeinflussen?
Die Ausbeute kann durch Entnahme der Produkte aus dem System verbessert werden, z.B. durch Filtration von Feststoffen oder Kondensation des Produkts.
Was sind Säuren und Basen nach Brönstedt?
Nach Brönstedt sind Säuren Protonendonatoren und Basen Protonenakzeptoren.
Was sind Ampholyte?
Ampholyte sind Stoffe, die sowohl Protonen aufnehmen als auch abgeben können.
Was ist ein chemischer Puffer?
Ein chemischer Puffer hält den pH-Wert bei Zugabe von starken Säuren oder Basen weitgehend konstant, indem er die pH-Wert ändernden Teilchen abfängt. Er besteht aus einer schwachen Säure und der jeweiligen konjugierten Base.
Was sind Aminosäuren in der Zwitterionenform?
Ampholyte sind Aminosäuren in der Zwitterionenform. Sie sind dann extrem wasserunlöslich, da sie sowohl polar als auch unpolar ausgerichtet sind.
Was ist Denaturierung von Proteinen?
Denaturierung ist eine meist irreversible Zerstörung der Sekundär- und Tertiärstruktur eines Proteins, wodurch es seine biologische Funktion verliert.
Was ist die Sekundärstruktur eines Proteins?
Die Sekundärstruktur eines Proteins ist die räumliche Anordnung der Primärstruktur, stabilisiert durch intramolekulare Wasserstoffbrücken.
Was ist die Tertiärstruktur eines Proteins?
Die Tertiärstruktur ist die räumliche Anordnung der Sekundärstruktur, stabilisiert durch Wechselwirkungen zwischen den nach außen stehenden AS-Resten wie Van-der-Waals-Kräfte, H-Brücken und ionische Kräfte.
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- Catrin Dreysel (Author), 2001, Abi-Klausur 3.Prüfungsfach, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/103637