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Elemente - Universität Rostock

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Herzlich willkommen zur
Ausbildung in Chemie
den Studierenden der Humanmedizin,
der Zahnheilkunde,
der Medizinischen Biotechnologie, des
Maschinenbaus und der Biomedizintechnik!
Termine
Vorlesung:
Zeitraum: 14. Oktober 2014 – 16. Januar 2015
Regulär:
Dienstag
8.00 - 9.45
HS Schillingallee (ohne Pause)
Freitag
7.45 - 9.45
HS Schillingallee (Pause etwa 8.45 –
9.00)
*********************************************************************************
Zusätzlich, um den früheren Schluss zu gewährleisten:
Freitag, 24.10.2014
14.00-16.00
HS Schillingallee
Sonnabend, 22.11.2014
10.00-12.00
HS Schillingallee
www.boeck.chemie.uni-rostock.de
Termine
Freiwillige Konsultationen:
Vor dem ersten Testat:
Montag, 03.11.2014, 19.00-21.00 Uhr, HS 001, Chemie
Vor der Klausur:
Samstag, 10.01.2015, 10.00-12.00 Uhr, HS 001, Chemie
Bitte melden Sie sich per E-Mail für diese Veranstaltung an und nennen
Sie Ihre Fragen, um die Konsultationen effektiv zu gestalten.
Anmeldeschluss: 02.11.14 bzw. 09.01.15
www.boeck.chemie.uni-rostock.de
Termine
Praktikum:
Zeitraum:
04. November 2014 – 09. Januar 2015 (ohne 51. KW)
Di
14.00 Uhr
Gruppen 1, 2 und MBT
Mi
15.00 Uhr
Gruppen 4,5, 9, BMT und MB
Do 14.00 Uhr
Gruppen 3,7 und 8
Fr
Gruppen 6, 10 und ZM
14.00 Uhr
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Praktikum und Übungen
Ablauf des Praktikums:
Schriftliches Testat (15 min.)
Demonstrationsexperimente (1,5 h)
Übungen (1,5 h)
Die Teilnahme an Testat und Praktikumsvorlesung ist Pflicht.
Die Teilnahme an den Übungen wird dringend empfohlen. Gründe für
Fernbleiben teilen Sie dem Seminarleiter mit.
Die Gestaltung der Pausen vor den Übungen kann individuell besprochen
werden.
Und eine Bitte:
Pro Seminargruppe eine Kontaktperson benennen (Name und
Mailadresse am Freitag mir persönlich oder per E-Mail mitteilen).
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Wichtige Daten
Lehrbeauftragte:
Dr. rer. nat. Gisela Boeck
Institut für Chemie der Universität Rostock
Albert-Einstein-Str. 3a
Tel.: 0381-498-6354
Mail: gisela.boeck@uni-rostock.de
Sprechzeit: nur nach Vereinbarung per E-Mail
Bitte nutzen Sie regelmäßig die Homepage!
www.boeck.chemie.uni-rostock.de
Wo ist das Institut für Chemie?
Es befindet sich in der Albert-Einstein-Str. 3a (Postanschrift!).
Geografisch ist es zwischen A.-Einstein-Str., M. Planck-Str. und J. Jungius-Str. zu finden.
Koordinaten: 54,07675°N; 12,11300°E (gpso.de/maps).
www.boeck.chemie.uni-rostock.de
Stadtplan
Leistungsüberprüfung
Testate werden an jedem Praktikumstag geschrieben;
Dauer: 15min.
Rückgabe am darauf folgenden Dienstag an den Seminargruppensprecher;
Nichtbestandene Testate können zu folgenden Terminen um 7.30 Uhr im HS
Schillingallee wiederholt werden:
Testat 1
Testat 2
Testat 3
Testat 4
Testat 5
Testat 6
Testat 7
18.11.
25.11.
02.12.
09.12.
16.12.
06.01.
13.01. (Uhrzeit wird noch bekannt gegeben)
www.boeck.chemie.uni-rostock.de
Leistungsüberprüfung
Testatinhalt:
Schwerpunkte des in der Woche davor absolvierten Seminars
Achtung:
Für das 1. Testat sind Vorlesungsinhalte Schwerpunkt!
Dazu gibt es auf der Homepage vorbereitende Aufgaben.
Zur Vorbereitung des ersten Testates findet am 03.11.2014 (Montag) im
.
HS 001 des Instituts
für Chemie zwischen 19 und 21 Uhr eine freiwillige
Konsultation statt.
Bitte melden Sie sich dafür per E-Mail bis zum 02.11.2014 bei mir
an.
www.boeck.chemie.uni-rostock.de
Leistungsüberprüfung
Klausur:
17. Januar 2015
Nach bestandener Klausur erhalten die Studierenden der HM einen
Praktikumsschein, damit erfolgt die Zulassung zur Biochemie und zum
1. Abschnitt der ärztlichen Prüfung. (Wiederholung 30. März 2015 und
voraussichtlich September 2015).
Nach bestandener Klausur erhalten der Studierenden der ZM ein
Zeugnis und damit die Zulassung zur Naturwissenschaftlichen
Vorprüfung (Sommer 2014).
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Leistungsüberprüfung
Klausur für MBT, BMT und MB:
Wahrscheinlich 13. Februar 2015
Die Biotechnologen setzen im SS die Chemieausbildung mit Analytik
fort. Auch dort wird zum Abschluss eine Klausur geschrieben.
Für jedes Modul gibt es eine eigenständige Note.
Für die Studiengänge MB und BMT ist die Ausbildung in Chemie zu
Ende.
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Regularien
Bedingungen für den Praktikumsschein/Zeugnis:
• regelmäßiger Besuch der Vorlesungen
• erfolgreiche Teilnahme an sieben Praktikumsveranstaltungen
• erfolgreiche Teilnahme an der Klausur
Keine Klausurzulassung oder die Klausur nicht bestanden:
• Teilnahme an Wiederholungsklausuren vor dem SS oder im September
nach Abschluss der Lehrveranstaltungen
• Wenn auch diese erfolglos blieben, kann an der nächsten regulären
Klausur teilgenommen werden (dazu müssen nochmals alle Testate
bestanden werden).
• Wenn auch im 2. Jahr keine Klausur bestanden wurde, besteht die
Möglichkeit einer mündlichen Prüfung. Wird diese nicht bestanden, gibt
es in Rostock keine weitere Möglichkeit, den Chemieschein zu erwerben.
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Unterstützung jederzeit!
Die Chemieausbildung fordert von Ihnen regelmäßiges Lernen und
Verstehen!
Neben dem regelmäßigen Besuch der Lehrveranstaltungen stehen Ihnen
umfangreiche Lehrmaterialien zur Verfügung. Diese finden Sie im
Internet. Die Lehrmaterialien erreichen Sie nur mit Passwort und
Benutzername des IT- und Medienzentrums der UR.
Konsultationen mit der Lehrbeauftragten und allen an der Ausbildung
beteiligten AssistentInnen und TutorInnen sind möglich (Kontaktaufnahme
per E-Mail)!
Die Bildung von Lerngruppen ist sehr hilfreich!
www.boeck.chemie.uni-rostock.de
Einige praktische Hinweise
Denken Sie in der Vorlesung mit!
Das funktioniert ohne jegliche technische Hilfsmittel!
Es ist nicht erforderlich, im Internet zu surfen oder schnell einen
Eintrag bei Facebook zu hinterlassen!
Die Benutzung sämtlicher elektronischer Geräte ist weder
notwendig noch erwünscht.
Lehrbücher
Gliederung der Vorlesung
1. Grundlagen der Allgemeinen Chemie
a.
b.
c.
d.
e.
f.
Elemente, Verbindungen, Stoffe, Lösungen
Stöchiometrie
Atombau
Elektronenhülle
Ordnung der Elemente
Entstehen von chemischen Verbindungen
2. Chemische Reaktionen
a.
b.
c.
d.
e.
f.
Thermodynamik
Kinetik
Heterogene Gleichgewichte
Säuren und Basen
Redoxreaktionen
Komplexbildung
Gliederung der Vorlesung
3. Grundlagen der OC
a.
b.
c.
d.
Bindungsverhältnisse
Einteilung und Nomenklatur
Stereochemie
Reaktionstypen
4. Stoffklassen der OC
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
Kohlenwasserstoffe
Halogenkohlenwasserstoffe
Alkohole, Phenole, Ether
Thiole, Thioether
Amine
Aldehyde und Ketone
Carbonsäuren
Gliederung der Vorlesung
4. Naturstoffe
a.
b.
c.
d.
Kohlenhydrate
Aminosäuren/Peptide
Lipide
Nukleinsäuren
5. Analytische Methoden
a. Photometrie
b. IR-Spektroskopie
c. NMR-Spektroskopie
d. Massenspektrometrie
e. Diffraktometrie
Woraus ist die Materie aufgebaut?
Antike Naturphilosophen suchten nach
einem Urgrund, nach den Wurzeln oder den
Elementen (rein spekulativ).
FEUER
warm, trocken
Thales:
Wasser
ERDE
LUFT
Anaximander:
apeiron
kalt,
trocken
warm,
feucht
Anaximenes:
Luft
Empedokles:
Feuer, Wasser, Erde, Luft
Aristoteles:
die vier Elemente haben je
eine Erscheinungsform
WASSER
kalt, feucht
Elemente
Demokrit um 400 v. Chr.
Die Materie enthält
kleinste unteilbare
Teilchen.
J. Jungius 16./17.Jhdt.
R. Boyle 17. Jhdt.
Das atomistische Gedankengut wird wieder
aufgegriffen, die Vier-Elementen-Lehre angezweifelt.
Boyle: Elemente sind Bestandteile gemischter Stoffe,
die weder auseinander noch aus anderen Substanzen
entstanden sind.
Elemente
Ein Element kann durch chemische
Mittel nicht weiter zerlegt werden.
(etwa 30 Elemente wurden tabelliert)
A. L. Lavoisier 18. Jhdt.
Chemische Elemente bestehen
aus kleinsten, nicht weiter
zerlegbaren Teilchen = Atome.
Die Atome eines Elementes
sind untereinander gleich.
J. Dalton 18./19. Jhdt.
Elemente
Heute kennt man 117 Elemente, davon sind 81 stabil, für Lebewesen
sind etwa 20 bedeutsam.
Elemente
in Luft, Meeren,
zugängliche Teile der
festen Erdrinde
(Masseproz.)
im menschlichen
Körper
(Masseproz.)
Sauerstoff
Silicium
49.4
25.8
65.0
0.002
Aluminium
Eisen
Calcium
Natrium
7.5
4.7
3.4
2.6
0.001
0.010
2.010
0.109
Wasserstoff
Phosphor
Kohlenstoff
Stickstoff
0.90
0.12
0.08
0.03
10.0
1.16
18.0
3.0
Element – Verbindung ?
Edelgase liegen atomar vor.
Alle anderen Stoffe der makroskopischen
Welt sind Verbindungen.
Elementverbindungen (Elemente):
N2, H2 , Fe
Ionenverbindungen:
NaCl, MgSO4
Molekülverbindungen:
H2O, NH3.
Verknüpfung der Bausteine durch:
Metallbindung,
Atombindung (koordinative Bindung),
Ionenbindung
Aggregatzustände
si
den
kon
n
ere
n
pfe
dam
ver
sub
lim
ier
en
kon
res dens
ubl ier
imi en o
ere de
r
n
gasförmig (g)
Erscheinungsformen von
Materie unter durch Druck
und Temperatur
definierten Bedingungen
Bei Änderung der Bedingungen:
Übergang in einen anderen
Aggregatzustand
schmelzen
flüssig (l)
fest (s)
erstarren
Schmelz- und Siedepunkte sind
konstante Stoffcharakteristika.
Zustandsdiagramm des Wassers
Darstellung des
Zusammenhangs zwischen
Aggregatzustand, Druck
und Temperatur eines
Stoffes (hier Wasser)
Tripelpunkt: feste, flüssige und
gasförmige Phase liegen im
Gleichgewicht nebeneinander
vor, ist wichtiger Fixpunkt, für
Wasser bei 273,16 K bei 611 Pa
Auch unterhalb des Siedepunktes tritt ein Teil der Flüssigkeitsteilchen in die
Gasphase über = Dampfdruck.
Siedepunkt: Dampfdruck und äußerer Druck sind gleich. (Siedepunkt steigt
bei höherem äußeren Druck und sinkt mit Erniedrigung des Druckes.)
ϑ
Feststoffe
- starke Anziehungskräfte zwischen den Teilchen, die Teilchen haben eine geringe
Beweglichkeit (kleine kinetische Energie)
- es entstehen geordnete Verbände (Kristalle = Festkörper, dessen durch
Gitterenergie zusammengehaltene Bausteine (Atome, Ionen, Moleküle) sich zu
einem dreidimensionalen Gitter periodisch angeordnet haben)
- Form und Volumen sind fest definiert.
Amorphe Feststoffe
- (erstarrte Flüssigkeiten oder unterkühlte Schmelzen):
- Teilchen sind nicht geometrisch, sondern zufällig strukturiert
- Beispiele: Gläser, Kunststoffe
Ionische Flüssigkeiten
- Salzschmelzen mit niedrigen Schmelzpunkten
Modifikationen
- unterschiedliche Kristallformen von Elementen und Verbindungen,
- physikalische Eigenschaften unterscheiden sich, chemische nicht
- Beispiele: Kohlenstoff, Schwefel, Zinn
13.10.2014
27
Diamant - Graphit - Graphen
Die räumliche Anordnung der Teilchen bestimmt die
physikalischen Eigenschaften.
Diamantgitter
13.10.2014
28
Diamant - Graphit - Graphen
Die räumliche Anordnung der Teilchen bestimmt die
physikalischen Eigenschaften.
Graphitgitter
13.10.2014
29
Diamant - Graphit - Graphen
13.10.2014
30
Flüssigkeiten
deutlich geringere Anziehungskräfte zwischen den Teilchen, die kinetische
Energie ist größer.
Flüssigkeiten nehmen ein festes Volumen ein,
haben jedoch keine feste Form.
Bei welcher Temperatur ein Stoff flüssig ist, hängt
nicht nur von den Anziehungskräften, sondern
auch von der Masse der Teilchen ab.
Oberflächenspannung: an Grenzfläche
Flüssigkeit - Luft wirken Anziehungskräfte nur in
die Flüssigkeit hinein, in der Flüssigkeit sind
Anziehungskräfte in alle Richtungen gleich
Folge: Tendenz zu kleiner Oberfläche, also
kugelförmiger Gestalt
13.10.2014
31
Begegnung zweier Wassertropfen
13.10.2014
32
Gase
Gas: cháos = Leere des Weltraumes, gestaltlose Masse
Im Gegensatz zu Flüssigkeiten und Festkörpern sind Gase komprimierbar
und expandierbar.
Die Teilchen haben eine hohe kinetische Energie, sie bewegen sich frei
(regellos) im Raum.
Man unterscheidet reale und ideale Gase.
Annahme für ideale Gase:
Teilchen haben kein Eigenvolumen und gehen keine Wechselwirkungen
untereinander ein.
13.10.2014
33
Gase
Alle Gase dehnen sich gleichmäßig aus. Die Volumenausdehnung bei
einer Temperaturerhöhung um 1 K beträgt für alle Gase 1/273 ihres
Volumens bei 0 °C.
V1 T1

V2 T2
Ein abgeschlossenes Gasvolumen kann sich bei Erwärmung nicht
ausdehnen, dafür erhöht das Gas seinen Druck.
p1 T1

p2 T2
13.10.2014
34
Gase
Die Gasgleichung spielt eine Rolle für die Definition der
Temperatureinheit Kelvin. Bei konstanter Temperatur geht das
ideale Gasgesetz in das Boyle-Mariotte'sche Gesetz über:
p V  const.
13.10.2014
35
Gase
Ein Volumen von 0.0224 m3 (22,4 L) eines idealen Gases enthält bei einer
Temperatur von 273 K und einem Druck von 1,013 bar 6 • 1023 Teilchen
(Atome oder Moleküle).
Mol und Stoffmenge:
6 • 1023 Teilchen – wichtige Einheit in der Chemie = 1 Mol
Zur Beschreibung von Teilchenmengen nutzt man die Angabe, wie oft 6 • 1023
Teilchen enthalten sind. Das ist die Stoffmenge n.
Normaldruck:
1,013 bar = 1013 Hektopascal (hPa) = 1 atm = 760 Torr = 760 mm Hg
Auf 1 cm2 Körperoberfläche lastet ein Luftdruck, der dem Gewicht von einem
Liter Wasser entspricht.
Zelle baut Turgor (Gegendruck) auf, im Vakuum platzen Zellen.
13.10.2014
36
Gase
Für ideale Gase gilt das allgemeine Gasgesetz:
p V  n  R  T  n  kB N AT
p
V
n
R
kB
NA
T
Druck
Volumen
Stoffmenge
universelle Gaskonstante (8,31 J∙mol-1∙K-1)
Boltzmann-Konstante (1,380662∙10-23J∙K-1, Messunsicherheit 10-6 wird
angestrebt)
Avogadro-Konstante (6,0221354 (18) ∙1023, Messunsicherheit 2, 9∙10-7)
Temperatur in Kelvin (Absoluter Nullpunkt: -273,15 °C)
13.10.2014
37
Gase in der Medizin
• Helium
• Xenon
im Gemisch mit Sauerstoff und als
Beatmungsgas
Inhalationsnarkotikum
• N2O
Inhalationsnarkotikum
• Luft
bei Sauerstoffmangelzuständen
• O2
• O3
nur zur kurzzeitigen Behandlung
Desinfektion
• CO2
zur Stimulation der Atmung
Stoffe
Reine Stoffe = Einstoffsysteme
• können mit physikalischen Methoden nicht weiter getrennt werden
• haben definierte Zusammensetzung und konstante physikalische
Eigenschaften (Siedepunkt, Schmelzpunkt, chromatografische Angaben)
Stoffgemische
Stoffgemische lassen sich in reine Stoffe auftrennen
Homogenes Gemisch: besteht aus einer Phase
Heterogenes Gemisch: besteht aus mehreren Phasen
Phase: ist ein nach außen einheitlich aussehendes Stoffsystem, das in
genau einem Aggregatzustand vorliegt
13.10.2014
39
Heterogene Stoffgemische
Aggregatzustände
Bezeichnung
Beispiele
Trennverfahren
fest – fest
Gemenge,
Konglomerat
Granit, Iod/Sand
Sortieren, Sieben,
Sublimieren
fest – flüssig
Aufschlämmung,
Suspension
Kalkmilch,
Schlamm
Filtrieren,
Dekantieren,
Zentrifugieren
flüssig – flüssig
Emulsion
Milch, Öl-WasserGemische
(Cremes)
Zentrifugieren
fest – gasförmig
Aerosol
Rauch
Sedimentieren,
Filtrieren, elektrostatische Trennung
flüssig – gasförmig
Aerosol
Nebel, Schaum
Sedimentieren
Stoffe
Homogene Stoffgemische
Heterogene Stoffgemische
Grobdisperse Systeme – Suspensionen
Teilchen im Lichtmikroskop sichtbar > 200 nm
Blut, Fetttröpfchen in der Milch
Kolloidal-disperse Systeme
Teilchen im Ultralicht- und Elektronenmikroskop sichtbar 3 – 200 nm
Blutplasma, Hühnereiweiß, Stärkelösung
Molekular-disperse Systeme – echte Lösungen
Teilchen < 3 nm
aq. Glucoselösung – molekular-dispers
13.10.2014
41
Elemente, Verbindungen,
Stoffe, Lösungen
Stoffliche Materie
heterogene
Systeme
homogene
Systeme
homogene
Stoffgemische
Elemente
(Elementverbindungen)
13.10.2014
Reinstoffe
Ionenverbindungen
Molekülverbindungen
Atome
42
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Seele and Geist
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