Institut für Anorganische Chemie

Chemie Studium in Erlangen

www.chemie.uni-erlangen.de

Allgemeine und Anorganische Chemie

Karsten Meyer, Institut für Anorganische Chemie,Egerlandstr. 1, 91058 Erlangen

Vorlesung mit Experimente für:

Chemiker, Molekularwiss., Chemie-Ingenieure, Physiker, Werkstoffwiss., Geologen, Mineralogen,

Biologen, Lehramt, E-Techniker.

Allgemeine und Anorganische Chemie

Karsten Meyer, Institut für Anorganische Chemie, Egerlandstr. 1, 91058 Erlangen

Vorlesung mit Experimente für: Chemiker, Molekularwiss., Chemie-Ingenieure,

Physiker, Werkstoffwiss., Geologen, Mineralogen, Biologen, Lehramt, E-Techniker.

1. Allgemeine und physikalische Grundlage

2. Chemische Eigenschaften der Elemente

Allgemeine & Physikalische Grundlagen

AtomstrukturElektronische Aufbau

PeriodensystemEigenschaften der Atome

Chemische BindungChemische Formeln und Gleichungen

Gase, Flüssigkeiten, FeststoffeLösungen

Thermodynamische GrundlageKinetische Grundlagen

Chemisches GleichgewichtSäuren und Basen

LöslichkeitRedox- und Elektrochemie

Chemische Eigenschaften der Elemente

Sauerstoff, Wasserstoff8. Hauptgruppe (Edelgase)7. Hauptgruppe (Halogene)6. Hauptgruppe (Chalkogene)5. Hauptgruppe4. Hauptgruppe3. Hauptgruppe1. Hauptgruppe (Alkalimetalle)2. Hauptgruppe (Erdkalimetalle)

Übergangsmetalle

Lehrbücher

Mortimer: „Chemie – das Basiswissen der Chemie”

Holleman/Wiberg: „Lehrbuch der Anorganischen Chemie”

Riedel: „Anorganische Chemie“

Housecroft/Sharpe: „Anorganische Chemie“

Institut für Anorganische Chemie

H2O

http://www.chemsoc.org/viselements/pages/pertable_fla.htm

Wasser-Cluster

Schematische Abbildung von Gashydrat. Methan oder andere Gasmolküle werden

von einem Käfig aus Wassermoleküleneingeschlossen.

Methan-Cluster

http://www.planeterde.de/Members/redaktion/GEOTECHNOLOGIEN/09_2005/COMET/view

Methan-Cluster

Methanhydrat, Methanklathrat

Auf ein Mol Methan kommen 5,75 Mol Wasser, die Formelschreibweise lautet daher CH4 · 5,75 H2O. Die Dichte liegt bei 0,9 g/cm3. Das Methan liegt in einer hoch konzentrierten Form vor, denn ein Liter festesMethanhydrat enthält eine Menge Methan, die unter Normalbedingungen 168 Liter einnimmt. Bei Raum-temperatur entweicht Methan, das angezündet werden kann, es handelt sich um "brennbares Eis“

Methanhydrat, Methanklathrat

Auf ein Mol Methan kommen 5,75 Mol Wasser, die Formelschreibweise lautet daher CH4 · 5,75 H2O. Die Dichte liegt bei 0,9 g/cm3. Das Methan liegt in einer hoch konzentrierten Form vor, denn ein Liter festes Methanhydrat enthält eine Menge Methan, die unter Normalbedingungen 168 Liter einnimmt. Bei Raum-temperatur entweicht Methan, das angezündet werden kann, es handelt sich um "brennbares Eis“

Methan-Cluster Methan-Cluster

CHEMIE. ELEMENT UNSERES LEBENS

http://www.elementunsereslebens.de/eul_index_flash.htmlhttp://www.vci.de/

http://www.elementunsereslebens.de/eul_index_flash.htmlhttp://www.vci.de/

CHEMIE. ELEMENT UNSERES LEBENS

CHEMIE. ELEMENT UNSERES LEBENS

...Natriumazid, Natriumnitrat,Siliciumdioxid - Zündung

Der schnellste Luftballon der Welt dämpftden Aufprall auf alle harten Flächen…

CHEMIE. ELEMENT UNSERES LEBENS

Rn 86At 85Po 84Bi 83Pb 82Tl 81Ba 56Cs 55

Xe 54J 53Te 52Sb 51Sn 50In 49Sr 38Rb 37

Kr 36Br 35Se 34As 33Ge 32Ga 31Ca 20K 19

Ar 18Cl 17S 16P 15Si 14Al 13Mg 12Na 11

Ne 10F 9O 8N 7C 6B 5Be 4Li 3

He 2H 1

back contact

front contact

anti-reflectivecoating

semiconductormaterial

Efficiency-ProblemBell’s 1954 PV Zelle: 4.5%

Problem:Eine Zelle – Ein Material – Eine Wellenlänge – Schlechte Effizienz!

Photozellen/Solarzellen

Problem:Eine Zelle – Ein Material – Eine Wellenlänge – Schlechte Effizienz!

Photozellen/Solarzellen

NREL’s Multi-Junction Photo Cells(Cascade or Tandem ) Cell Efficiency: 34% !

Meissner Effekt: Der 1-2-3 Supraleiter YBa2Cu3O7-x (Typ II):

When a material makes the transition from the normal to superconductingstate, it actively excludes magnetic fields from its interior; this is called the Meissner effect.

http://www.hfml.science.ru.nl/levitate.html

Supraleitende Materialien

Supraleitende Materialien

„Real Life Applications“

Applications:

1) SQUIDs, MRIs...

2) Magnetic Levitation (MAGLEV) Transportation Mode of the Future:

clean, quite & efficient …@ >400 km/h!!!

image resolution =magnet strength

please note

Molekulare Materie

Supramolekulare Chemie

Materialien, die Dinge bilden und Dinge tun

Strukturelle und funktionelle Materialien

Oberflächen und Oberflächentechnologie

Katalyse

Bionik und Biomimetik

Institut für Anorganische Chemie

„Selbstorganization“ von supramolekularen Strukturen

DNA

„Selbstorganization“ von supramolekularen Strukturen

Influenza Virus Structure

„Selbstorganization“ von supramolekularen Strukturen „Selbstorganization“ von supramolekularen Strukturen

Lebensprozesse

Die Chemie des Lebens verstehen

Entdeckung, Einführung und Synthese von neuen Arzneistoffen

Gentechnologie und Biotechnologie

Instrumente für die Medizin

Geräte und neue Materialien für die Medizin

Institut für Anorganische Chemie

B. Rosenberg et al. in Nature 1965, 205, 698

Stephen J. Lippard et al. in Nature (1999), 399, 708 - 712Basis for recognition of cisplatin-modified DNA by high-mobility-group proteins

SUMMARY: The anticancer activity of cis -diamminedichloroplatinum(II) (cisplatin) arises from its ability to damage DNA, with the major adducts formed being intrastrandd(GpG) and d(ApG)

Cisplatin acts by crosslinking DNA in several different ways, making it impossible for rapidly dividing cells to duplicate their DNA for mitosis. The damaged DNA sets off DNA repair mechanisms, which activate apoptosiswhen repair proves impossible. The trans isomer does not have this pharmacological effect.

Pt

Cl

Cl N

N

Für unsere Erde sorgen

Sustainable Development

Verbesserte chemische Herstellungsverfahren

Behebung von Umweltschäden und Reinhaltung

Recycling

Nachwachsende Rohstoffe

Erhalt unseres kulturellen Erbes

Institut für Anorganische Chemie

Chemie und Gesellschaft

Chemie: Wissenschaft auf molekularer Ebene

Chemie, Ausbildung und Forschung

Chemie und industrielle Wettbewerbsfähigkeit

Chemie und die Zukunft

Institut für Anorganische Chemie

Chemie Studium

Chemie = Lehre von den Stoffen

Chemie Studium

Chemie = Lehre von den Stoffen

Chemie ist eine experimentelle Wissenschaft

Struktur º ReaktivitätAtome Energetik

Moleküle Kinetik

Verbindungen

Chemie Studium

Chemie = Lehre von den Stoffen

Chemie ist eine experimentelle Wissenschaft

http://www.radiochemistry.org/periodictable/index.shtml

www.inorganic-chemistry.net

Das Periodensystem der Elemente Die Hauptgruppen:Alkali- und Erdalkali- Elemente

Die Nebengruppen: Übergangsmetall-Elemente (d-Block) Die Nebengruppen: Lanthanoid- & Actinoid-Elemente (f-Block)

the „trans-uranic“ elements

Die Nebengruppen: Actinoide (oder “Man-Made Elements) Die Nebengruppen: Actinoide (oder “Man-Made Elements)

Shiva - Hindu deity - "I am born the creator and destroyer of mankind."

Die Nebengruppen: Lanthanoid- & Actinoid-Elemente (f-Block) Die Nebengruppen: Transactinoide (oder “Super Heavy Metal elements”)

87 %

↓ 98,3 %

Vier Elemente - C, O, H und N -machen mehr als 99 % aller Atome

des menschlichen Körpers aus Biochemisch wichtige und pharmakologisch oder toxikologisch bedeutsame Elemente

Biochemisch wichtige und pharmakologisch oder toxikologisch bedeutsame Elemente

www.zaubervorlesung.de

Institut für Anorganische Chemie Universität Erlangen-Nürnberg

Donnerstag 19. Okt. 2006Einlass: 18:00 Uhr Beginn: 20:00 Uhr

Getränke dürfen nur in Plastikflaschen mitgebracht werden!

Bestandteil Volumenanteil Siedepunkt% °C

Stickstoff N2 78,08 -196Sauerstoff O2 20,95 -183Argon Ar 0,93 -186Kohlendioxid CO2 0,034 -78(subl.)Helium He 0,0005 -269Wasserstoff H2 0,00005 -253

Zusammensetzung der Luft Physikalische und chemische Eigenschaften

Physikalische

FarbeDichteHärteElektrische LeitfähigkeitMagnetische

EigenschaftenLöslichkeitFp, SchmelzpunktKp, Siedepunkt

Chemische

BrennbarkeitVerhalten gegen andere

StoffeThermische BeständigkeitChemische Reaktionen

- Experimente -

Pt-Draht, Mg-Band,Zucker & Naphthalin

Physikalische Eigenschaften

- Experimente -

Elastizität: Funktion der Temperatur

N2-VersucheRose & Gummischlauch„Schwebende Jungfrau“

Physikalische Eigenschaften

- Experimente -

Farbe: Funktion der Temperatur

S: gelb ↔ farblosHgI2: rot ↔ orangeBi2O3: rotbraun ↔ gelbK2CrO4: orange ↔ farblos

Physikalische Eigenschaften

- Experimente -

Farbe: Kristalle vs. Pulver

K3[Fe(CN)6]

CuSO4.5H2O

K[Cr(SO4)2].12H2O

Physikalische und chemische Eigenschaften

Physikalische

FarbeDichteHärteFp, SchmelzpunktKp, SiedepunktElektrische LeitfähigkeitMagnetische

EigenschaftenLöslichkeit

Chemische

BrennbarkeitVerhalten gegen andere StoffeThermische BeständigkeitChemische Reaktionen

Siedepunkt°C K

Helium He -269 4Stickstoff N2 -196 77Kohlendioxid CO2 -78(subl) 195Eis 0 273

Kältemischungen

Temperatur-Arbeitsbereich in Chem. Laboratorien

Temperatur-Arbeitsbereich in Chem. Laboratorien

Siedepunkt°C K

Eis 0 273CH3OH +65 338EtOH +78 351H20 +100 373Toluol +110 383Mesitylen +165 438DMSO +189 462Ethylenglykol +197 470

Temperatur-Arbeitsbereich in Chem. Laboratorien AGGREGATZUSTÄNDE

FEST FLÜSSIG GASFÖRMIG

Metalle Hg, H2O, ROH H2, O2, N2, Cl2

(s) (l) (g)Ga Br

AGGREGATZUSTÄNDE

FEST FLÜSSIG GASFÖRMIG

Metalle Hg, H2O, ROH H2, O2, N2, Cl2

(s) (l) (g)BrI

Phasenumwandlungen

Funktion von Druck

Phasendiagramm für H2O

Flüssig (l)

Gasförmig (g)

Fest (s)

← Schmelzpunkt

Siedepunkt →

ºGleichgewicht

Tripelpunkt

Sublimationspunkt→ Tripelpunkt

Le Chateliersches Prinzip