Moleküle 10:35 min

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Transkript Moleküle

Guten Tag und herzlich willkommen! In diesem Video geht es um Moleküle. Als Vorkenntnisse solltet ihr solides Wissen über das Periodensystem der Elemente, die Atome und die Atombindung mitbringen. Ich möchte euch in diesem Video Grundkenntnisse über die Moleküle und die Molekülmasse vermitteln. Das Video ist in 5 Abschnitte unterteilt: 1. Molekül, 2. Strukturformel, 3. Summenformel, 4. Molekülmasse und 5. Zusammenfassung. 1. Molekül Ein Molekül ist aus verschiedenen Bausteinen aufgebaut. Diese Bausteine nennen wir Atome. Angeordnet und zusammengesetzt ergeben sie ein Molekül. Die blaue Kugel mit Kreuz stellt ein Kohlenstoffatom dar. Die gelbe Kugel symbolisiert ein Wasserstoffatom. Die grüne Kugel stellt im Model ein Fluoratom dar. Die rote Kugel ist im Modell ein Chloratom. Und schließlich: Die blaue Kugel ohne Kreuz symbolisiert ein Bromatom. Es findet ein Übergang der isolierten Bausteine, der Atome, zum Bauwerk, dem Molekül, statt. Der Zusammenhalt zwischen den Atomen wird durch die Atombindung realisiert. 2. Strukturformel Im Abschnitt 1 haben wir ein Modell verwendet, um die Struktur unseres Moleküls zu verdeutlichen. Bringen wir diese Struktur in die Ebene und versuchen, sie geordnet darzustellen, so sieht es in etwa so aus. Die einzelnen Atome sind durch Elementsymbole markiert. Die Atombindungen zwischen ihnen sind durch rote Striche markiert. 3. Summenformel Die Summenformel rationalisiert die räumliche Anordnung der einzelnen Atome in einem Molekül auf ihre Zusammensetzung: 1 Kohlenstoffatom (C), 1 Wasserstoffatom (H), 1 Fluoratom (F), 1 Chloratom (Cl) und 1 Bromatom (Br). Wir üben das Schreiben auch mit Hand: CHFClBr. Oder nehmen wir das Molekül NH3. Es handelt sich um das Molekül der Verbindung Ammoniak. Und noch ein Beispiel: das Molekül CH4. Das ist ein Methanmolekül. Ein Ammoniakmolekül besteht aus einem Stickstoffatom und aus 3 Wasserstoffatomen. Das Methanmolekül besteht aus einem Kohlenstoffatom und aus 4 Wasserstoffatomen. Wir können somit feststellen: Die Zahlen der Atome eines Moleküls werden addiert und ihre Anzahl durch eine am Elementesymbol tief gesetzte Ziffer dokumentiert. Ausnahme ist die 1. Wenn 1 Atom vorliegt, schreiben wir keine Ziffer hin. Vorsicht! Die kritiklose Benutzung der Summenformeln kann zu Fehlern führen. Denn: Summenformeln sind bei großen Molekülen nicht eindeutig. Sagt euch die Summenformel CH4N2O etwas? Mir als Chemiker nur wenig. Aha! Die Strukturformel öffnet mir die Augen. Jetzt ist alles klar und verständlich. Es handelt sich hier um Harnstoff. Nach dem Ausrufezeichen hinter der Summenformel habe ich noch ein Fragezeichen in Klammern angefügt. Das heißt, wir wissen nicht, worum es sich noch handeln könnte. Die ausführliche Harnstoffstruktur kann man auch verkürzt darstellen, ohne dass die wichtigsten Informationen verloren gehen. Es gibt aber auch eine Verbindung, die dieselbe Summenformel wir Harnstoff hat, jedoch eine andere Struktur. Es handelt sich um ein Salz. Das Salz heißt Ammoniumcyanat. Ammoniumcyanat ist ein Isomer des Harnstoffs. Nehmen wir ein 2. Beispiel: die Summenformel C2H4O2. Die Strukturformel gibt mir Auskunft über das Molekül. Wir können nun sagen, um welche Verbindung es sich handelt. Natürlich, das ist Essigsäure. Ohne die wichtigste Strukturinformation zu verlieren, können wir das Essigsäuremolekül auch so darstellen. Diese Struktur ist jedoch auf keine Weise vereinbar mit der Struktur des Moleküls, das ich hier daneben aufzeichne, das aber dieselbe Summenformel besitzt. Es handelt sich hierbei um Glycolaldehyd, das ist eine zu Essigsäure isomere Verbindung. 4. Molekülmasse Wenn wir in der Chemie gewöhnlich über Molekülmasse sprechen, so kürzen wir diese mit Mr oder einfach M ab und meinen damit die relative Molekülmasse. Die Molekülmasse ist die Summe der einzelnen Atommassen. Die Molekülmasse ist genau wie die Atommasse einheitslos. Nach Definition ist 1 genau 1/12 der Masse eines Kohlenstoffisotops 12 6. Die Atommassen findet ihr an den bezeichneten Stellen im Periodensystem der Elemente. Obwohl die Molekülmasse dimensionslos ist, wird neuerdings auch unbegründet und nutzlos "u", das bedeutet "units", verwendet. Für praktische Zwecke wird häufig auf Ganze gerundet. Einige Atommassen sind: Wasserstoff 1, Helium 4, Lithium 7, Bor 11, Kohlenstoff 12, Stickstoff 14, Sauerstoff 16, Fluor 19, Phosphor 31 und Schwefel 32. Für einige populäre Verbindungen ergeben sich dann die Molekülmassen: Wasser 18, Ammoniak 17, Schwefelwasserstoff 34, Methan 16, Salpetersäure 63, Schwefelsäure 98. Es ist zu bemerken, dass in der Biochemie für die relative Molekülmasse eine Einheit verwendet wird, und zwar heißt diese Dalton, abgekürzt Da. Mit der Molekülmasse von 2 ist das Wasserstoffmolekül das leichteste Molekül. Verbindungen mit Molekülmassen von bis zu 2000 werden als niedermolekular bezeichnet. Ist die Molekülmasse des Moleküls > 5000, so spricht man von einer hochmolekularen Verbindung. Die Verbindungen, die man in den Chromosomen antrifft, haben relative Molekülmassen im Bereich von 1-10 Millionen. Noch einen kurzen Exkurs bezüglich der molaren Masse. Sie beträgt für Essigsäure 60 g/mol. Ein entsprechendes Video über die molare Masse liegt bereits online vor. Die Molekülmasse der Essigsäure beträgt 60, man kann auch sagen 60 u, die Biochemiker sagen 60 Dalton. Noch eine wichtige Bemerkung: Salze werden behandelt, als bestünden sie aus Molekülen. Danach beträgt die Molekülmasse des Natriumchlorids 58,5 - das ",5" kommt vom Chloratom, das eine Masse von 35,5 hat. Die Masse des Kaliumfluorids beträgt 58. 5. Zusammenfassung Aus kleinen Teilchen, den Atomen, bilden sich größere, Aggregate. Die Atombindung gewährleistet die Verknüpfung zwischen den einzelnen Atomen. Somit entsteht durch die rot markierten Bindungen ein Molekül. Symbolisiert wird das beispielsweise so: C2H6. H bedeutet Wasserstoff und C bedeutet Kohlenstoff. Dieses Molekül besitzt 2 Kohlenstoffatome und 6 Wasserstoffatome. Die Darstellung C2H6 ist ein Beispiel für eine Summenformel. Die aufschlussreichere Strukturformel sieht so aus. Die Molekülmasse eines Moleküls ist die Summe der Atommassen. Als Symbole benutzt man Mr oder einfach M. Die Einheit von M ist dimensionslos, u oder Da (Dalton). Ist M ≤ 2000, so spricht man von einer niedrigmolekularen Verbindung. Ist M > 5000, so ist die Verbindung hochmolekular. Die Verbindungen in den Chromosomen haben Molekülmassen von 1 Million bis zu 10 Millionen. Salze werden behandelt, als ob sie aus Molekülen bestünden, so hat zum Beispiel das Salz Kaliumfluorid eine Molekülmasse von 58. Die molare Masse wird mit Mm abgekürzt, ihre Einheit ist g/mol. Für ein und dieselbe Verbindung sind die Beträge der molaren Masse und der Molekülmasse gleich. Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.

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