Chemie - Das Basiswissen der Chemie

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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