Chemie: Das Basiswissen der Chemie, 9. Auflage

Cover
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Chemie - Das Basiswissen der Chemie, 9. Auflage......Page 2
ISBN 9783134843095......Page 3
Vorwort zur 9. Auflage......Page 4
Danksagung......Page 5
Das Periodensystem der Elemente......Page 6
Inhalt......Page 7
1 Einleitung......Page 17
1.1 Historische Entwicklung der Chemie......Page 18
1.2 Elemente, Verbindungen, Gemische......Page 22
1.3 Stofftrennung......Page 25
1.5 Genauigkeit und signifikante Stellen......Page 27
Übungsaufgaben......Page 30
2 Einführung in die Atomtheorie......Page 31
2.1 Die Dalton-Atomtheorie......Page 32
2.2 Das Elektron......Page 33
2.3 Das Proton......Page 34
2.5 Aufbau der Atome......Page 35
2.6 Atomsymbole......Page 36
2.7 Isotope......Page 37
2.8 Atommassen......Page 38
Übungsaufgaben......Page 40
3.1 Moleküle und Ionen Mehratomiges Ion......Page 41
3.2 Empirische Formeln......Page 43
3.3 Das Mol......Page 44
3.4 Prozentuale Zusammensetzung von Verbindungen......Page 45
3.5 Ermittlung chemischer Formeln......Page 47
Übungsaufgaben......Page 49
4.1 Chemische Reaktionsgleichungen......Page 51
4.2 Begrenzende Reaktanden......Page 54
4.3 Ausbeute bei chemischen Reaktionen......Page 55
4.4 Konzentration von Lösungen......Page 56
Übungsaufgaben......Page 58
5 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen......Page 60
5.1 Energiemaße......Page 61
5.3 Kalorimetrie......Page 62
5.4 Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie......Page 63
5.5 Der Satz von Hess......Page 66
5.6 Bildungsenthalpien......Page 67
5.7 Bindungsenergien......Page 69
Übungsaufgaben......Page 72
6 Die Elektronenstruktur der Atome......Page 74
6.1 Elektromagnetische Strahlung......Page 75
6.2 Atomspektren......Page 77
6.3 Ordnungszahl und das Periodensystem der Elemente......Page 80
6.4 Wellenmechanik......Page 84
6.5 Quantenzahlen......Page 88
6.6 Orbitalbesetzung und die Hund-Regel......Page 93
6.7 Die Elektronenstruktur der Elemente......Page 96
6.8 Halbund vollbesetzte Unterschalen......Page 98
6.9 Einteilung der Elemente......Page 101
Übungsaufgaben......Page 102
7 Eigenschaften der Atome und die Ionenbindung......Page 104
7.1 Atomgröße......Page 105
7.2 Ionisierungsenergien......Page 108
7.3 Elektronenaffinitäten......Page 110
7.4 Die Ionenbindung......Page 111
7.5 Gitterenergie......Page 113
7.6 Arten von Ionen......Page 115
7.7 Ionenradien......Page 117
7.8 Nomenklatur von Ionenverbindungen......Page 118
Übungsaufgaben......Page 120
8 Die kovalente Bindung......Page 122
8.1 Konzept der kovalenten Bindung......Page 123
8.2 Übergänge zwischen Ionenbindung und kovalenter Bindung......Page 124
8.3 Elektronegativität......Page 127
8.4 Formalladungen......Page 129
8.5 Mesomerie (Resonanz)......Page 131
8.6 Nomenklatur von binären Molekülverbindungen......Page 133
Übungsaufgaben......Page 134
9 Molekülstruktur, Molekülorbitale......Page 136
9.2 Elektronenpaar-Abstoßung und Molekülstruktur......Page 137
9.3 Hybridorbitale......Page 142
9.4 Molekülorbitale......Page 145
9.5 Molekülorbitale in mehratomigen Molekülen......Page 149
9.6 Delokalisierte Bindungen......Page 150
9.7 Stark polare kovalente Bindungen......Page 154
9.8 Hypervalente Atome......Page 155
Übungsaufgaben......Page 157
10 Gase......Page 158
10.1 Druck......Page 159
10.2 Das Avogadro-Gesetz......Page 160
10.3 Das ideale Gasgesetz......Page 161
10.4 Stöchiometrie und Gasvolumina......Page 164
10.5 Die kinetische Gastheorie......Page 165
10.6 Das Dalton-Gesetz der Partialdrücke......Page 167
10.7 Molekülgeschwindigkeiten in Gasen......Page 169
10.8 Das Graham-Effusionsgesetz......Page 170
10.9 Reale Gase......Page 171
10.10 Verflüssigung von Gasen......Page 173
Übungsaufgaben......Page 175
11 Flüssigkeiten und Feststoffe......Page 178
11.1 Intermolekulare Anziehungskräfte......Page 180
11.2 Wasserstoff-Brücken......Page 182
11.3 Der flüssige Zustand......Page 184
11.5 Dampfdruck......Page 185
11.6 Siedepunkt......Page 186
11.7 Verdampfungsenthalpie......Page 187
11.8 Gefrierpunkt......Page 188
11.9 Dampfdruck von Festkörpern......Page 189
11.10 Phasendiagramme......Page 190
11.11 Arten von kristallinen Feststoffen......Page 191
11.12 Kristallstruktur und Kristallgitter......Page 195
11.13 Kristallstrukturen von Metallen......Page 196
11.14 Ionenkristalle......Page 199
11.15 Defektstrukturen......Page 201
11.16 Flüssigkristalle......Page 202
11.17 Nanostrukturen......Page 203
Übungsaufgaben......Page 204
12 Strukturaufklärung......Page 206
12.1 Röntgenbeugung......Page 207
12.2 Kernmagnetische Resonanz-Spektroskopie......Page 211
Übungsaufgaben......Page 215
13 Lösungen......Page 216
13.1 Allgemeine Betrachtungen......Page 217
13.2 Der Auflösungsprozess......Page 218
13.3 Hydratisierte Ionen......Page 219
13.4 Lösungsenthalpie......Page 220
13.5 Abhängigkeit der Löslichkeit von Druck und Temperatur......Page 222
13.6 Konzentration von Lösungen......Page 223
13.7 Dampfdruck von Lösungen......Page 226
13.8 Gefrierpunkt und Siedepunkt von Lösungen......Page 228
13.9 Osmose......Page 230
13.10 Destillation......Page 232
13.11 Elektrolyt-Lösungen......Page 234
13.13 Kolloide Lösungen und Gele......Page 235
13.14 Tenside und Mizellen......Page 236
Übungsaufgaben......Page 237
14 Reaktionen in wässriger Lösung......Page 240
14.1 Metathese-Reaktionen......Page 241
14.2 Oxidationszahlen......Page 244
14.3 Reduktions-Oxidations-Reaktionen......Page 245
14.4 Arrhenius-Säuren und -Basen......Page 249
14.5 Saure und basische Oxide......Page 251
14.6 Nomenklatur von Säuren, Hydroxiden und Salzen......Page 252
14.7 Volumetrische Analyse HSO......Page 254
14.8 Äquivalentmasse und Normallösungen......Page 256
Übungsaufgaben......Page 258
15 Reaktionskinetik......Page 260
15.1 Reaktionsgeschwindigkeit......Page 261
15.2 Konzentrationsabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit......Page 262
15.3 Zeitabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit......Page 264
15.4 Einstufige Reaktionen......Page 269
15.5 Geschwindigkeitsgesetze für einstufige Reaktionen......Page 272
15.6 Reaktionsmechanismen......Page 273
15.7 Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit......Page 276
15.8 Katalyse......Page 278
Übungsaufgaben......Page 281
16 Das chemische Gleichgewicht......Page 284
16.1 Reversible Reaktionen und chemisches Gleichgewicht......Page 285
16.2 Die Gleichgewichtskonstante K K = K1 · K2......Page 286
16.3 Die Gleichgewichtskonstante Kp......Page 290
16.4 Das Prinzip des kleinsten Zwanges......Page 291
Übungsaufgaben......Page 294
17 Säuren und Basen......Page 296
17.2 Das Brønsted-Lowry-Konzept......Page 297
17.3 Die Stärke von Brønsted-Säuren und -Basen......Page 298
17.4 Säurestärke und Molekülstruktur......Page 300
17.5 Das Lewis-Konzept......Page 302
17.6 Lösungsmittelbezogene Säuren und Basen......Page 305
Übungsaufgaben......Page 306
18 Säure-Base-Gleichgewichte......Page 308
18.1 Das Ionenprodukt des Wassers. pH-Wert......Page 309
18.2 Schwache Elektrolyte......Page 311
18.3 Indikatoren......Page 316
18.4 Pufferlösungen......Page 317
18.5 Mehrprotonige Säuren......Page 321
18.6 Salze schwacher Säuren und Basen......Page 324
18.7 Säure-Base-Titrationen können saure oder basische Lösungen......Page 326
18.8 Erweiterung des Säure-Base-Konzepts auf Festkörper......Page 329
Übungsaufgaben......Page 330
19 Löslichkeitsprodukt und Komplex-Gleichgewichte......Page 333
19.1 Das Löslichkeitsprodukt......Page 334
19.2 Fällungsreaktionen......Page 336
19.3 Fällung von Sulfiden......Page 339
19.4 Komplex-Gleichgewichte......Page 340
Übungsaufgaben......Page 343
20 Grundlagen der chemischen Thermodynamik......Page 345
20.1 Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik......Page 346
20.2 Enthalpie......Page 347
20.3 Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik......Page 349
20.4 Die freie Enthalpie......Page 351
20.5 Freie Standard-Enthalpien......Page 353
20.6 Absolute Entropien......Page 354
20.7 Gleichgewicht und freie Reaktionsenthalpie......Page 356
konstanten......Page 358
Übungsaufgaben......Page 360
21 Elektrochemie......Page 362
21.1 Elektrischer Strom......Page 363
21.2 Elektrolytische Leitung......Page 364
21.3 Elektrolyse......Page 365
21.4 Stöchiometrische Gesetze bei der Elektrolyse......Page 367
21.5 Galvanische Zellen......Page 369
21.6 Die elektromotorische Kraft 21.5 Aufbau des Daniell-Elements......Page 370
21.7 Elektrodenpotenziale......Page 371
21.8 Freie Reaktionsenthalpie und elektromotorische Kraft......Page 376
21.9 Konzentrationsabhängigkeit des Potenzials......Page 378
21.10 Potenziometrische Titration......Page 382
21.11 Elektrodenpotenziale und Elektrolyse......Page 383
21.12 Korrosion und Korrosionsschutz......Page 384
21.13 Galvanische Zellen für den praktischen Gebrauch......Page 385
21.14 Brennstoffzellen......Page 386
Übungsaufgaben......Page 387
22 Wasserstoff......Page 390
22.2 Herstellung von Wasserstoff......Page 391
22.3 Chemische Eigenschaften des Wasserstoffs......Page 393
Übungsaufgaben......Page 395
23 Halogene......Page 396
23.1 Eigenschaften der Halogene......Page 397
23.2 Vorkommen und Herstellung der Halogene......Page 398
23.4 Halogenwasserstoffe......Page 402
23.5 Halogenide......Page 404
23.6 Oxosäuren der Halogene......Page 405
23.7 Verwendung der Halogene......Page 410
Übungsaufgaben......Page 411
24.1 Vorkommen und Gewinnung der Edelgase......Page 412
24.2 Eigenschaften der Edelgase......Page 413
24.3 Verwendung der Edelgase......Page 414
25 Die Elemente der 6. Hauptgruppe......Page 415
25.1 Allgemeine Eigenschaften der Chalkogene......Page 416
25.2 Vorkommen und Gewinnung von Sauerstoff N2 78,08......Page 417
25.3 Reaktionen des Sauerstoffs......Page 418
25.5 Ozon......Page 421
25.6 Schwefel, Selen und Tellur......Page 422
25.7 Vorkommen und Gewinnung von Schwefel, Selen und Tellur......Page 423
25.8 Wasserstoff-Verbindungen von Schwefel, Selen und Tellur......Page 424
25.9 Schwefel-, Selenund Tellurverbindungen in der Oxidationsstufe +IV......Page 426
25.10 Schwefel-, Selenund Tellurverbindungen in der Oxidationsstufe + VI......Page 427
25.11 Verwendung von Schwefel, Selen und Tellur......Page 430
Übungsaufgaben......Page 431
26 Die Elemente der 5. Hauptgruppe......Page 432
26.1 Allgemeine Eigenschaften......Page 433
26.2 Die Elementstrukturen von Phosphor, Arsen, Antimon und Bismut......Page 435
26.3 Der Stickstoffzyklus......Page 436
26.4 Vorkommen und Herstellung der Elemente der 5. Hauptgruppe......Page 437
26.5 Nitride und Phosphide......Page 438
26.6 Wasserstoff-Verbindungen......Page 439
26.7 Halogen-Verbindungen......Page 441
26.8 Oxide und Oxosäuren des Stickstoffs......Page 443
26.9 Luftverschmutzung 330......Page 446
26.10 Oxide und Oxosäuren des Phosphors......Page 449
26.11 Oxide und Oxosäuren von Arsen, Antimon und Bismut......Page 452
26.12 Verwendung der Elemente der 5. Hauptgruppe......Page 453
Übungsaufgaben......Page 454
27 Kohlenstoff, Silicium und Bor......Page 456
27.1 Allgemeine Eigenschaften der Elemente der 4. Hauptgruppe......Page 457
27.2 Die Strukturen der Elemente der 4. Hauptgruppe......Page 459
27.3 Vorkommen, Gewinnung und Verwendung von Kohlenstoff und Silicium......Page 462
27.4 Carbide, Silicide und Silane......Page 464
27.5 Oxide und Oxosäuren des Kohlenstoffs......Page 465
27.6 Siliciumdioxid und Silicate......Page 467
27.8 Allgemeine Eigenschaften der Elemente der 3. Hauptgruppe......Page 470
27.10 Bor-Verbindungen......Page 472
27.11 Borane (Borhydride)......Page 474
Übungsaufgaben......Page 475
28 Metalle......Page 476
28.1 Die metallische Bindung......Page 478
28.2 Halbleiter......Page 481
28.3 Physikalische Eigenschaften von Metallen......Page 482
28.4 Vorkommen von Metallen......Page 484
28.5 Metallurgie: Aufbereitung von Erzen......Page 485
28.6 Metallurgie: Reduktion......Page 486
28.7 Metallurgie: Raffination......Page 491
28.8 Die Alkalimetalle......Page 494
28.9 Die Erdalkalimetalle......Page 497
28.10 Die Metalle der 3. Hauptgruppe......Page 501
28.11 Die Metalle der 4. Hauptgruppe......Page 504
28.12 Die Übergangsmetalle......Page 506
28.13 Die Lanthanoide......Page 512
Übungsaufgaben......Page 514
29 Komplex-Verbindungen......Page 516
29.1 Struktur von Komplex-Verbindungen......Page 517
29.2 Stabilität von Komplexen......Page 521
29.3 Nomenklatur von Komplexen......Page 522
29.4 Isomerie......Page 523
29.5 Die Bindungsverhältnisse in Komplexen......Page 525
Übungsaufgaben......Page 533
30 Organische Chemie Teil I: Kohlenwasserstoffe......Page 535
30.1 Alkane......Page 536
30.2 Alkene......Page 542
30.3 Alkine......Page 543
30.4 Arene......Page 544
30.5 Reaktionen der Kohlenwasserstoffe. Radikalische Substitution. Addition......Page 545
30.6 Cycloaddition und die Bedeutung der Orbitalsymmetrie für chemische Reaktionen......Page 548
30.7 Reaktionen von Arenen. Elektrophile Substitution......Page 549
Übungsaufgaben......Page 552
31 Organische Chemie Teil II: Funktionelle Gruppen......Page 553
31.1 Halogenalkane. Nucleophile Substitution. Eliminierungsreaktionen......Page 555
31.2 Metallorganische Verbindungen......Page 557
31.3 Alkohole, Phenole und Thiole......Page 559
31.5 Carbonyl-Verbindungen......Page 562
31.6 Carbonsäuren und ihre Derivate......Page 567
31.7 Amine und Carbonsäureamide......Page 574
31.8 Aminosäuren und Peptide......Page 577
31.9 Azound Diazo-Verbindungen......Page 578
31.10 Heterocyclische Verbindungen......Page 579
Übungsaufgaben......Page 581
32 Spezielle Gebiete der organischen Chemie: Stereochemie, Polymerchemie und supramolekulare Chemie......Page 583
32.1 Stereochemie organischer Verbindungen......Page 584
32.2 Racemat-Trennung und Synthese chiraler Moleküle......Page 587
32.3 Polymerchemie......Page 589
32.4 Supramolekulare Chemie......Page 595
Übungsaufgaben......Page 598
33 Naturstoffe und Biochemie......Page 599
33.1 Terpene......Page 601
33.2 Kohlenhydrate......Page 603
33.3 Fette, Öle und Wachse......Page 607
33.4 Botenstoffe, Hormone und Vitamine......Page 609
33.5 Natürliche Farbstoffe......Page 613
33.6 Proteine......Page 616
33.7 Nucleinsäuren......Page 620
33.8 Proteinsynthese......Page 623
33.9 Gentechnik......Page 625
33.10 Enzyme und Coenzyme......Page 629
33.11 Schlussbemerkung: Biochemie und Chemie......Page 633
Übungsaufgaben......Page 634
34 Kernchemie......Page 635
34.1 Der Atomkern......Page 636
34.2 Kernreaktionen......Page 638
34.3 Radioaktivität......Page 639
34.4 Messung der Radioaktivität......Page 642
34.5 Die radioaktive Zerfallsgeschwindigkeit......Page 643
34.6 Biologische Effekte der Radioaktivität......Page 647
34.7 Radioaktive Zerfallsreihen......Page 649
34.8 Künstliche Kernumwandlungen......Page 651
34.9 Kernspaltung......Page 654
34.10 Kernfusion......Page 659
34.11 Verwendung von radioaktiven Nucliden......Page 660
Übungsaufgaben......Page 662
35 Umgang mit gefährlichen Stoffen......Page 665
35.1 Einteilung und Kennzeichnung der Gefahrstoffe......Page 666
35.2 Europäisches Gefahrstoffrecht......Page 672
35.3 Giftstoffe, Toxikologie......Page 679
Übungsaufgaben......Page 683
Anhang......Page 685
Anhang A: Normalpotenziale bei 25 °C......Page 686
Anhang B: Gleichgewichtskonstanten bei 25 °C......Page 687
Anhang C: Thermodynamische Daten bei 25 °C......Page 689
Anhang D: Mittlere Bindungsenergien......Page 690
Anhang E: Lösungen zu den Übungsaufgaben......Page 691
A......Page 719
B......Page 721
C......Page 722
D......Page 723
E......Page 724
G......Page 726
H......Page 727
I......Page 729
K......Page 730
M......Page 732
N......Page 734
P......Page 735
R......Page 737
S......Page 738
T......Page 740
V......Page 741
Z......Page 742
A......Page 743
B......Page 745
C......Page 747
D......Page 749
E......Page 751
F......Page 753
G......Page 754
H......Page 755
I......Page 756
K......Page 757
L......Page 760
M......Page 761
N......Page 763
O......Page 764
P......Page 765
R......Page 767
S......Page 768
T......Page 771
V......Page 773
W......Page 774
Z......Page 775
Bildnachweis......Page 776
Die ausführlichen Lösungswege zu den Übungsaufgaben – auf www.thieme.de......Page 782