
Chemie - Das Basiswissen der Chemie
von: Charles E. Mortimer, Ulrich Müller, Johannes Beck
Georg Thieme Verlag KG, 2014
ISBN: 9783131713315
Sprache: Deutsch
731 Seiten, Download: 38914 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
Charles E. Mortimer, Ulrich Müller: Chemie | 1 | ||
Auf einen Blick | 5 | ||
Innentitel | 9 | ||
Anschriften | 10 | ||
Impressum | 10 | ||
Vorwort | 11 | ||
Hinweise zur Benutzung | 13 | ||
Inhaltsverzeichnis | 15 | ||
1 Einleitung | 21 | ||
1.1 Historische Entwicklung der Chemie | 22 | ||
1.2 Elemente, Verbindungen, Gemische | 25 | ||
1.3 Stofftrennung | 27 | ||
1.4 Maßeinheiten | 30 | ||
1.5 Genauigkeit und signifikante Stellen | 31 | ||
1.6 Mittelwert und Standardabweichung | 32 | ||
2 Einführung in die Atomtheorie | 34 | ||
2.1 Die Dalton-Atomtheorie | 34 | ||
2.2 Das Elektron | 35 | ||
2.3 Das Proton | 36 | ||
2.4 Das Neutron | 37 | ||
2.5 Aufbau der Atome | 37 | ||
2.6 Atomsymbole | 39 | ||
2.7 Isotope | 39 | ||
2.8 Atommassen | 40 | ||
3 Stöchiometrie Teil I: Chemische Formeln | 43 | ||
3.1 Moleküle und Ionen | 43 | ||
3.2 Empirische Formeln | 45 | ||
3.3 Das Mol | 45 | ||
3.4 Prozentuale Zusammensetzung von Verbindungen | 47 | ||
3.5 Ermittlung chemischer Formeln | 48 | ||
4 Stöchiometrie Teil II: Chemische Reaktionsgleichungen | 52 | ||
4.1 Chemische Reaktionsgleichungen | 52 | ||
4.2 Begrenzende Reaktanden | 55 | ||
4.3 Ausbeute bei chemischen Reaktionen | 56 | ||
4.4 Konzentration von Lösungen | 56 | ||
5 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen | 61 | ||
5.1 Energiemaße | 62 | ||
5.2 Temperatur und Wärme | 62 | ||
5.3 Kalorimetrie | 63 | ||
5.4 Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie | 64 | ||
5.5 Der Satz von Hess | 66 | ||
5.6 Bildungsenthalpien | 67 | ||
5.7 Bindungsenergien | 70 | ||
6 Die Elektronenstruktur der Atome | 74 | ||
6.1 Elektromagnetische Strahlung | 75 | ||
6.2 Atomspektren | 76 | ||
6.3 Ordnungszahl und das Periodensystem der Elemente | 79 | ||
6.4 Wellenmechanik | 82 | ||
6.5 Quantenzahlen | 86 | ||
6.6 Orbitalbesetzung und die Hund-Regel | 90 | ||
6.7 Die Elektronenstruktur der Elemente | 93 | ||
6.8 Halb- und vollbesetzte Unterschalen | 95 | ||
6.9 Einteilung der Elemente | 98 | ||
7 Eigenschaften der Atome und die Ionenbindung | 101 | ||
7.1 Atomgröße | 102 | ||
7.2 Ionisierungsenergien | 104 | ||
7.3 Elektronenaffinitäten | 106 | ||
7.4 Die Ionenbindung | 108 | ||
7.5 Gitterenergie | 109 | ||
7.6 Arten von Ionen | 111 | ||
7.7 Ionenradien | 113 | ||
7.8 Nomenklatur von Ionenverbindungen | 115 | ||
8 Die kovalente Bindung | 118 | ||
8.1 Konzept der kovalenten Bindung | 118 | ||
8.2 Übergänge zwischen Ionenbindung und kovalenter Bindung | 120 | ||
8.3 Elektronegativität | 122 | ||
8.4 Formalladungen | 124 | ||
8.5 Mesomerie (Resonanz) | 126 | ||
8.6 Nomenklatur von binären Molekülverbindungen | 128 | ||
9 Molekülstruktur, Molekülorbitale | 131 | ||
9.1 Ausnahmen zur Oktettregel | 132 | ||
9.2 Elektronenpaar-Abstoßung und Molekülstruktur | 132 | ||
9.3 Hybridorbitale | 137 | ||
9.4 Molekülorbitale | 139 | ||
9.5 Molekülorbitale in mehratomigen Molekülen | 143 | ||
9.6 Delokalisierte Bindungen | 144 | ||
9.7 Stark polare kovalente Bindungen | 148 | ||
9.8 Hypervalente Atome | 148 | ||
9.9 Die Bindung in Metallen | 150 | ||
9.10 Halbleiter | 153 | ||
10 Gase | 155 | ||
10.1 Druck | 156 | ||
10.2 Das Avogadro-Gesetz | 157 | ||
10.3 Das ideale Gasgesetz | 158 | ||
10.4 Stöchiometrie und Gasvolumina | 160 | ||
10.5 Die kinetische Gastheorie | 162 | ||
10.6 Das Dalton- Gesetz der Partialdrücke | 163 | ||
10.7 Molekülgeschwindigkeiten in Gasen | 165 | ||
10.8 Das Graham-Effusionsgesetz | 166 | ||
10.9 Reale Gase | 167 | ||
10.10 Verflüssigung von Gasen | 169 | ||
11 Flüssigkeiten | 173 | ||
11.1 Intermolekulare Anziehungskräfte | 174 | ||
11.2 Wasserstoff-Brücken | 176 | ||
11.3 Der flüssige Zustand | 177 | ||
11.4 Verdampfung | 178 | ||
11.5 Dampfdruck | 179 | ||
11.6 Siedepunkt | 180 | ||
11.7 Verdampfungsenthalpie | 180 | ||
11.8 Gefrierpunkt und Schmelzpunkt | 181 | ||
11.9 Dampfdruck von Festkörpern | 182 | ||
11.10 Zustandsdiagramme | 182 | ||
12 Feststoffe | 186 | ||
12.1 Arten von kristallinen Feststoffen | 187 | ||
12.2 Kristallstruktur und Symmetrie | 190 | ||
12.3 Kristallstrukturen von Metallen | 192 | ||
12.4 Ionenkristalle | 194 | ||
12.5 Defektstrukturen | 197 | ||
12.6 Flüssigkristalle | 198 | ||
12.7 Nanostrukturen | 199 | ||
13 Strukturaufklärung | 203 | ||
13.1 Röntgenbeugung | 204 | ||
13.2 Kernmagnetische Resonanz-Spektroskopie | 208 | ||
14 Lösungen | 213 | ||
14.1 Allgemeine Betrachtungen | 214 | ||
14.2 Der Auflösungsprozess | 215 | ||
14.3 Hydratisierte Ionen | 216 | ||
14.4 Lösungsenthalpie | 217 | ||
14.5 Abhängigkeit der Löslichkeit von Druck und Temperatur | 218 | ||
14.6 Konzentration von Lösungen | 219 | ||
14.7 Dampfdruck von Lösungen | 222 | ||
14.8 Gefrierpunkt und Siedepunkt von Lösungen | 223 | ||
14.9 Osmose | 225 | ||
14.10 Destillation | 227 | ||
14.11 Elektrolyt-Lösungen | 229 | ||
14.12 Interionische Wechselwirkungen in Lösungen | 230 | ||
14.13 Kolloide Lösungen und Gele | 230 | ||
14.14 Tenside und Mizellen | 231 | ||
14.15 Ionische Flüssigkeiten | 232 | ||
15 Reaktionen in wässriger Lösung | 235 | ||
15.1 Metathese-Reaktionen | 235 | ||
15.2 Oxidationszahlen | 238 | ||
15.3 Reduktions-Oxidations-Reaktionen | 240 | ||
15.4 Arrhenius-Säuren und -Basen | 243 | ||
15.5 Saure und basische Oxide | 246 | ||
15.6 Nomenklatur von Säuren, Hydroxiden und Salzen | 246 | ||
15.7 Volumetrische Analyse | 248 | ||
15.8 Äquivalentmasse und Äquivalentkonzentration | 250 | ||
16 Reaktionskinetik | 254 | ||
16.1 Reaktionsgeschwindigkeit | 255 | ||
16.2 Konzentrationsabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit | 256 | ||
16.3 Zeitabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit | 257 | ||
16.4 Einstufige Reaktionen | 261 | ||
16.5 Geschwindigkeitsgesetze für einstufige Reaktionen | 264 | ||
16.6 Reaktionsmechanismen | 265 | ||
16.7 Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit | 267 | ||
16.8 Katalyse | 268 | ||
17 Das chemische Gleichgewicht | 275 | ||
17.1 Reversible Reaktionen und chemisches Gleichgewicht | 276 | ||
17.2 Die Gleichgewichtskonstante | 277 | ||
17.3 Die Gleichgewichtskonstante | 280 | ||
17.4 Das Prinzip des kleinsten Zwanges | 282 | ||
18 Säuren und Basen | 286 | ||
18.1 Das Arrhenius-Konzept | 287 | ||
18.2 Das Brønsted-Lowry-Konzept | 287 | ||
18.3 Die Stärke von Brønsted-Säuren und -Basen | 288 | ||
18.4 Säurestärke und Molekülstruktur | 289 | ||
18.5 Das Lewis-Konzept | 292 | ||
18.6 Lösungsmittelbezogene Säuren und Basen | 294 | ||
19 Säure-Base-Gleichgewichte | 298 | ||
19.1 Das Ionenprodukt des Wassers. pH-Wert | 299 | ||
19.2 Schwache Elektrolyte | 301 | ||
19.3 Indikatoren | 305 | ||
19.4 Pufferlösungen | 306 | ||
19.5 Mehrprotonige Säuren | 309 | ||
19.6 Salze schwacher Säuren und Basen | 313 | ||
19.7 Säure-Base-Titrationen | 314 | ||
20 Löslichkeitsprodukt und Komplex-Gleichgewichte | 320 | ||
20.1 Das Löslichkeitsprodukt | 320 | ||
20.2 Fällungsreaktionen | 322 | ||
20.3 Fällung von Sulfiden | 325 | ||
20.4 Komplex-Gleichgewichte | 326 | ||
21 Grundlagen der chemischen Thermodynamik | 332 | ||
21.1 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik | 333 | ||
21.2 Enthalpie | 334 | ||
21.3 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik | 335 | ||
21.4 Die freie Enthalpie | 337 | ||
21.5 Freie Standard-Enthalpien | 339 | ||
21.6 Absolute Entropien | 339 | ||
21.7 Gleichgewicht und freie Reaktionsenthalpie | 341 | ||
21.8 Temperaturabhängigkeit von Gleichgewichtskonstanten | 343 | ||
22 Elektrochemie | 347 | ||
22.1 Elektrischer Strom | 348 | ||
22.2 Elektrolytische Leitung | 349 | ||
22.3 Elektrolyse | 350 | ||
22.4 Stöchiometrische Gesetze bei der Elektrolyse | 351 | ||
22.5 Galvanische Zellen | 353 | ||
22.6 Die elektromotorische Kraft | 354 | ||
22.7 Elektrodenpotenziale | 355 | ||
22.8 Freie Reaktionsenthalpie und elektromotorische Kraft | 359 | ||
22.9 Konzentrationsabhängigkeit des Potenzials | 361 | ||
22.10 Potenziometrische Titration | 365 | ||
22.11 Elektrodenpotenziale und Elektrolyse | 365 | ||
22.12 Korrosion und Korrosionsschutz | 366 | ||
22.13 Elektrochemische Herstellung von nanostrukturierten Materialien | 367 | ||
22.14 Galvanische Zellen für den praktischen Gebrauch | 368 | ||
22.15 Brennstoffzellen | 370 | ||
23 Wasserstoff | 375 | ||
23.1 Vorkommen und physikalische Eigenschaften | 375 | ||
23.2 Herstellung von Wasserstoff | 376 | ||
23.3 Chemische Eigenschaften des Wasserstoffs | 377 | ||
23.4 Technische Verwendung von Wasserstoff | 379 | ||
24 Halogene | 381 | ||
24.1 Eigenschaften der Halogene | 382 | ||
24.2 Vorkommen und Herstellung der Halogene | 383 | ||
24.3 Halogenwasserstoffe | 386 | ||
24.4 Interhalogen- Verbindungen | 387 | ||
24.5 Halogenide | 388 | ||
24.6 Oxosäuren der Halogene | 389 | ||
24.7 Verwendung der Halogene | 393 | ||
25 Die Edelgase | 396 | ||
25.1 Vorkommen und Gewinnung der Edelgase | 396 | ||
25.2 Eigenschaften der Edelgase | 397 | ||
25.3 Verwendung der Edelgase | 398 | ||
26 Die Elemente der 6. Hauptgruppe ( Gruppe 16) | 399 | ||
26.1 Allgemeine Eigenschaften der Chalkogene | 400 | ||
26.2 Vorkommen und Gewinnung von Sauerstoff | 401 | ||
26.3 Reaktionen des Sauerstoffs | 401 | ||
26.4 Verwendung von Sauerstoff | 404 | ||
26.5 Ozon | 404 | ||
26.6 Schwefel, Selen und Tellur | 405 | ||
26.7 Vorkommen und Gewinnung von Schwefel, Selen und Tellur | 406 | ||
26.8 Wasserstoff- Verbindungen von Schwefel, Selen und Tellur | 407 | ||
26.9 Schwefel-, Selen- und Tellurverbindungen in der Oxidationsstufe + IV | 408 | ||
26.10 Schwefel-, Selen- und Tellurverbindungen in der Oxidationsstufe + VI | 410 | ||
26.11 Verwendung von Schwefel, Selen und Tellur | 412 | ||
27 Die Elemente der 5. Hauptgruppe ( Gruppe 15) | 415 | ||
27.1 Allgemeine Eigenschaften | 416 | ||
27.2 Die Elementstrukturen von Phosphor, Arsen, Antimon und Bismut | 417 | ||
27.3 Der Stickstoffzyklus | 418 | ||
27.4 Vorkommen und Herstellung der Elemente der 5. Hauptgruppe | 419 | ||
27.5 Nitride und Phosphide | 420 | ||
27.6 Halogen-Verbindungen | 423 | ||
27.7 Oxide und Oxosäuren des Stickstoffs | 424 | ||
27.8 Luftverschmutzung | 427 | ||
27.9 Oxide und Oxosäuren des Phosphors | 431 | ||
27.10 Oxide und Oxosäuren von Arsen, Antimon und Bismut | 433 | ||
27.11 Verwendung der Elemente der 5. Hauptgruppe | 434 | ||
28 Kohlenstoff, Silicium und Bor | 437 | ||
28.1 Allgemeine Eigenschaften der Elemente der 4. Hauptgruppe | 438 | ||
28.2 Die Strukturen der Elemente der 4. Hauptgruppe | 440 | ||
28.3 Vorkommen, Gewinnung und Verwendung von Kohlenstoff und Silicium | 442 | ||
28.4 Carbide, Silicide und Silane | 444 | ||
28.5 Oxide und Oxosäuren des Kohlenstoffs | 446 | ||
28.6 Siliciumdioxid und Silicate | 447 | ||
28.7 Schwefel- und Stickstoff-Verbindungen des Kohlenstoffs | 450 | ||
28.8 Allgemeine Eigenschaften der Elemente der 3. Hauptgruppe ( Gruppe 13) | 450 | ||
28.9 Elementares Bor | 451 | ||
28.10 Bor-Verbindungen | 452 | ||
28.11 Borane (Borhydride) | 453 | ||
29 Metalle | 456 | ||
29.1 Physikalische Eigenschaften von Metallen | 457 | ||
29.2 Vorkommen von Metallen | 459 | ||
29.3 Metallurgie: Aufbereitung von Erzen | 460 | ||
29.4 Metallurgie: Reduktion | 462 | ||
29.5 Metallurgie: Raffination | 467 | ||
29.6 Die Alkalimetalle | 468 | ||
29.7 Die Erdalkalimetalle | 471 | ||
29.8 Die Metalle der 3. Hauptgruppe | 475 | ||
29.9 Die Metalle der 4. Hauptgruppe | 477 | ||
29.10 Die Übergangsmetalle | 479 | ||
29.11 Die Lanthanoide | 485 | ||
30 Komplex- Verbindungen | 490 | ||
30.1 Struktur von Komplex-Verbindungen | 491 | ||
30.2 Stabilität von Komplexen | 495 | ||
30.3 Nomenklatur von Komplexen | 496 | ||
30.4 Isomerie | 497 | ||
30.5 Die Bindungsverhältnisse in Komplexen | 499 | ||
31 Organische Chemie Teil I: Kohlenwasserstoffe | 509 | ||
31.1 Alkane | 510 | ||
31.2 Alkene | 515 | ||
31.3 Alkine | 517 | ||
31.4 Arene | 517 | ||
31.5 Reaktionen der Kohlenwasserstoffe. Radikalische Substitution. Addition | 519 | ||
31.6 Cycloaddition und die Bedeutung der Orbitalsymmetrie für chemische Reaktionen | 521 | ||
31.7 Reaktionen von Arenen. Elektrophile Substitution | 522 | ||
31.8 Nucleophile Substitution am Aromaten | 525 | ||
32 Organische Chemie Teil II: Funktionelle Gruppen | 528 | ||
32.1 Halogenalkane. Nucleophile Substitution. Eliminierungsreaktionen | 529 | ||
32.2 Metallorganische Verbindungen | 532 | ||
32.3 Alkohole, Phenole und Thiole | 533 | ||
32.4 Ether | 536 | ||
32.5 Carbonyl-Verbindungen | 538 | ||
32.6 Carbonsäuren und ihre Derivate | 542 | ||
32.7 Amine und Carbonsäureamide | 550 | ||
32.8 Aminosäuren und Peptide | 552 | ||
32.9 Azo- und Diazo- Verbindungen | 554 | ||
32.10 Heterocyclische Verbindungen | 555 | ||
33 Stereochemie, Polymerchemie und supramolekulare Chemie | 559 | ||
33.1 Stereochemie organischer Verbindungen | 559 | ||
33.2 Racemat-Trennung und Synthese chiraler Moleküle | 563 | ||
33.3 Polymerchemie | 565 | ||
33.4 Supramolekulare Chemie | 572 | ||
34 Naturstoffe und Biochemie | 575 | ||
34.1 Terpene | 577 | ||
34.2 Kohlenhydrate | 579 | ||
34.3 Fette, Öle und Wachse | 583 | ||
34.4 Botenstoffe, Hormone und Vitamine | 585 | ||
34.5 Natürliche Farbstoffe | 587 | ||
34.6 Proteine | 590 | ||
34.7 Nucleinsäuren | 594 | ||
34.8 Proteinsynthese | 596 | ||
34.9 Gentechnik | 599 | ||
34.10 Enzyme und Coenzyme | 602 | ||
34.11 Schlussbemerkung: Biochemie und Chemie | 606 | ||
35 Kernchemie | 608 | ||
35.1 Der Atomkern | 609 | ||
35.2 Kernreaktionen | 611 | ||
35.3 Radioaktivität | 611 | ||
35.4 Messung der Radioaktivität | 614 | ||
35.5 Die radioaktive Zerfallsgeschwindigkeit | 615 | ||
35.6 Biologische Effekte der Radioaktivität | 618 | ||
35.7 Radioaktive Zerfallsreihen | 620 | ||
35.8 Künstliche Kernumwandlungen | 622 | ||
35.9 Kernspaltung | 624 | ||
35.10 Kernfusion | 628 | ||
35.11 Verwendung von radioaktiven Nucliden | 629 | ||
36 Umgang mit gefährlichen Stoffen | 635 | ||
36.1 Einteilung und Kennzeichnung der Gefahrstoffe | 636 | ||
36.2 Europäisches Gefahrstoffrecht | 641 | ||
36.3 Giftstoffe, Toxikologie | 647 | ||
37 Anhang | 652 | ||
37.1 Anhang A: Normalpotenziale bei 25 °C | 653 | ||
37.2 Anhang B: Gleichgewichtskonstanten bei 25 ° C | 654 | ||
37.3 Anhang C: Thermo-dynamische Daten bei 25 °C | 656 | ||
37.4 Anhang D: Mittlere Bindungsenergien | 657 | ||
37.5 Anhang E: Lösungen zu den Übungsaufgaben | 658 | ||
38 Glossar | 686 | ||
Sachverzeichnis | 707 |