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

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Chemie - Das Basiswissen der Chemie

	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

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von: Charles E. Mortimer, Ulrich Müller, Johannes Beck

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