Erwin Riedel Christoph Janiak. Anorganische Chemie. 8. Auflage DE GRUYTER

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1 Erwin Riedel Christoph Janiak Anorganische Chemie 8. Auflage DE GRUYTER

2 Inhalt 1 Atombau 1.1 Der atomare Aufbau der Materie Der Elementbegriff Daltons Atomtheorie Der Atomaufbau Elementarteilchen, Atomkern, Atomhülle Chemische Elemente, Isotope, Atommassen Massendefekt, Äquivalenz von Masse und Energie Kernreaktionen Radioaktivität Künstliche Nuklide Kernspaltung, Kernfusion Kosmische Elementhäufigkeit, Elemententstehung Die Struktur der Elektronenhülle Bohr'sches Modell des Wasserstoffatoms Die Deutung des Spektrums der Wasserstoffatome mit der Bohr'schen Theorie Die Unbestimmtheitsbeziehung Der Wellencharakter von Elektronen Atomorbitale und Quantenzahlen des Wasserstoffatoms Die Wellenfunktion, Eigenfunktionen des Wasserstoffatoms Aufbau und Elektronenkonfiguration von Mehrelektronen-Atomen Das Periodensystem (PSE) Ionisierungsenergie, Elektronenaffinität, Röntgenspektren 63 2 Die chemische Bindung 2.1 Die Ionenbindung Allgemeines, Ionenkristalle Ionenradien Wichtige ionische Strukturen, Radienquotientenregel Gitterenergie von Ionenkristallen Born-Haber-Kreisprozess Die Atombindung Allgemeines, Lewis-Formeln Bindigkeit, angeregter Zustand Dative Bindung, formale Ladung Das Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßungs-Modell Valenzbindungstheorie Hybridisierung jr-bindung Mesomerie Polare Atombindung, Dipole 127

3 VIII Inhalt Die Elektronegativität Atomkristalle, Molekülkristalle Molekülorbitaltheorie Van-der-Waals-Kräfte Der metallische Zustand Eigenschaften von Metallen, Stellung im Periodensystem Kristallstrukturen der Metalle Atomradien von Metallen Die metallische Bindung Elektronengas Energiebändermodell Metalle, Isolatoren, Eigenhalbleiter Dotierte Halbleiter (Störstellenhalbleiter) Metallcluster, Clustermetalle Intermetallische Systeme Schmelzdiagramme von Zweistoffsystemen Häufige intermetallische Phasen Vergleich der Bindungsarten Die Wasserstoffbindung Methoden zur Strukturaufklärung Symmetrie : Molekülsymmetrie Kristallsymmetrie Röntgenbeugung Schwingungsspektroskopie Kernresonanzspektroskopie Photoelektronenspektroskopie Die chemische Reaktion 3.1 Stoffmenge, Konzentration, Anteil, Äquivalent Ideale Gase Zustandsdiagramme Reaktionsenthalpie, Standardbildungsenthalpie Das chemische Gleichgewicht Allgemeines Das Massenwirkungsgesetz (MWG) Verschiebung der Gleichgewichtslage, Prinzip von Le Chatelier Berechnung von Gleichgewichtskonstanten Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen Allgemeines Konzentrationsabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Reaktionsgeschwindigkeit und chemisches Gleichgewicht Metastabile Systeme Katalyse Gleichgewichte von Salzen, Säuren und Basen Lösungen, Elektrolyte Leitfähigkeit, Aktivität Löslichkeit, Löslichkeitsprodukt, Nernst'sches Verteilungsgesetz Säuren und Basen ph-wert, Ionenprodukt des Wassers 323

4 Inhalt IX Säurestärke, p/c s -Wert, Berechnung des ph-wertes von Säuren Protolysegrad, Ostwald'sches Verdünnungsgesetz ph-wert-berechnung von Basen Reaktion von Säuren mit Basen ph-wert-berechnung von Salzlösungen Pufferlösungen Säure-Base-Indikatoren Säure-Base-Reaktionen in nichtwässrigen Lösungsmitteln Der Säure-Base-Begriff von Lewis Redoxvorgänge Oxidationszahl Oxidation, Reduktion Aufstellen von Redoxgleichungen Galvanische Elemente Berechnung von Redoxpotenzialen: Nernst'sche Gleichung Konzentrationsketten, Elektroden zweiter Art Die Standardwasserstoffelektrode Die elektrochemische Spannungsreihe Gleichgewichtslage bei Redoxprozessen Die Elektrolyse Elektrochemische Stromquellen Die Elemente der Hauptgruppen 4.1 Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste Wasserstoff Allgemeine Eigenschaften Vorkommen und Darstellung Physikalische und chemische Eigenschaften $, Wasserstoffisotope Ortho- und Parawasserstoff Wasserstoffverbindungen Gruppe 18 (Edelgase) Gruppeneigenschaften Vorkommen, Gewinnung, Verwendung Edelgasverbindungen Edelgashalogenide Oxide, Oxidfluoride und Oxosalze des Xenons Verbindungen mit Xe O-, Xe N-, Xe C-, Xe S-, Xe Au-, Kr O-, Kr N- und Kr C-Bindungen Struktur und Bindung Gruppe 17 (Halogene) Gruppeneigenschaften Vorkommen Die Elemente Physikalische Eigenschaften, Struktur Chemisches Verhalten Darstellung, Verwendung Interhalogenverbindungen Polyhalogenidionen Halogenide Sauerstoffsäuren der Halogene 414

5 X Inhalt Oxide der Halogene Sauerstofffluoride Pseudohalogene Gruppe 16 (Chalkogene) Gruppeneigenschaften Vorkommen Die Elemente Sauerstoff Schwefel Selen, Tellur, Polonium Positive Chalkogenionen Sauerstoffverbindungen Wasserstoffverbindungen von Schwefel, Selen und Tellur Oxide des Schwefels Sauerstoffsäuren des Schwefels Oxide und Sauerstoffsäuren von Selen und Tellur Halogenverbindungen Gruppe Gruppeneigenschaften Vorkommen Die Elemente Stickstoff Phosphor Arsen Antimon Bismut Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs Hydride des Phosphors, Arsens, Antimons und Bismuts Oxide des Stickstoffs Sauerstoffsäuren des Stickstoffs Halogenverbindungen des Stickstoffs Schwefelverbindungen des Stickstoffs Oxide des Phosphors Sauerstoffsäuren des Phosphors Halogenverbindungen des Phosphors Schwefel-Phosphor-Verbindungen Phosphor-Stickstoff-Verbindungen Verbindungen des Arsens Sauerstoffverbindungen des Arsens Schwefelverbindungen des Arsens Halogenverbindungen von Arsen Verbindungen des Antimons Sauerstoff Verbindungen des Antimons Schwefelverbindungen des Antimons Halogenverbindungen des Antimons Verbindungen des Bismuts 510 4A17.1 Sauerstoffverbindungen des Bismuts Halogenverbindungen des Bismuts Bismutsulfide 511

6 Inhalt XI 4.7 Gruppe Gruppeneigenschaften Vorkommen Die Elemente Kohlenstoff Silicium, Germanium, Zinn, Blei Graphitverbindungen, Fullerenverbindungen Carbide Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs Oxide des Kohlenstoffs Kohlensäure und Carbonate Stickstoffverbindungen des Kohlenstoffs Halogen- und Schwefelverbindungen des Kohlenstoffs Wasserstoffverbindungen des Siliciums Sauerstoffverbindungen von Silicium Oxide des Siliciums Kieselsäuren, Silicate Technische Produkte Halogenverbindungen und Schwefelverbindungen des Siliciums Germaniumverbindungen Zinnverbindungen Zinn(IV)-Verbindungen Zinn(II)-Verbindungen Bleiverbindungen Blei(II)-Verbindungen Blei(IV)-Verbindungen Gruppe Gruppeneigenschaften Vorkommen ' Die Elemente Modifikationen, chemisches Verhalten Darstellung und Verwendung Verbindungen des Bors Metallboride, Borcarbide Wasserstoffverbindungen des Bors (Borane) Carbaborane (Carborane) Sauerstoff Verbindungen des Bors Halogenverbindungen des Bors Stickstoffverbindungen des Bors Aluminiumverbindungen Wasserstoffverbindungen des Aluminiums Sauerstoffverbindungen des Aluminiums Halogenverbindungen des Aluminiums Aluminiumsalze Galliumverbindungen Indiumverbindungen Thalliumverbindungen Gruppe 2 (Erdalkalimetalle) Gruppeneigenschaften Vorkommen 599

7 XII Inhalt Die Elemente Physikalische und chemische Eigenschaften Darstellung und Verwendung Berylliumverbindungen Magnesiumverbindungen Calciumverbindungen Bariumverbindungen Gruppe 1 (Alkalimetalle) Gruppeneigenschaften Vorkommen Die Elemente Physikalische und chemische Eigenschaften Darstellung und Verwendung Verbindungen der Alkalimetalle Hydride Sauerstoffverbindungen Hydroxide Halogenide Salze von Oxosäuren Umweltprobleme Globale Umweltprobleme Die Ozonschicht Der Treibhauseffekt Rohstoffe Regionale Umweltprobleme Luft Wasser Wald Baudenkmäler Die Elemente der Nebengruppen 5.1 Magnetochemie Materie im Magnetfeld Magnetisches Moment, Bohr'sches Magneton Elektronenzustände in freien Atomen und Ionen, Russel-Saunders-Terme Diagmagnetismus Paramagnetismus Spinordnung, spontane Magnetisierung Mößbauer-Spektroskopie Neutronenbeugung Komplexverbindungen Aufbau und Eigenschaften von Komplexen Nomenklatur von Komplexverbindungen Räumlicher Bau von Komplexen, Isomerie Stabilität und Reaktivität von Komplexen Die Valenzbindungstheorie von Komplexen Die Ligandenfeldtheorie Oktaedrische Komplexe Tetraedrische Komplexe Quadratisch-planare Komplexe Termdiagramme, Elektronenspektren 705

8 Inhalt XIII Molekülorbitaltheorie von Komplexen Charge-Transfer-Spektren Metallcarbonyle Bindung Strukturen Darstellung Carbonylmetallat-Anionen, Metallcarbonylhydride Metallcarbonylhalogenide Nitrosylcarbonyle ^-Komplexe mit organischen Liganden Aromatenkomplexe Alkenkomplexe, Alkinkomplexe Fehlordnung Korngrenzen Versetzungen Punktfehlordnung Eigenfehlordnung in stöchiometrischen binären Ionenkristallen Fehlordnung in nichtstöchiometrischen Verbindungen Spezifische Defektstrukturen Elektrische Eigenschaften von Defektstrukturen Ionenleiter Hopping-Halbleiter Hochtemperatursupraleiter Nanotechnologie Gruppe Gruppeneigenschaften Die Elemente Vorkommen Darstellung Verwendung Kupferverbindungen Kupfer(I)-Verbindungen (d lü ) Kupfer(II)-Verbindungen (d 9 ) Kupfer(III)-Verbindungen (d 8 ), Kupfer(IV)-Verbindungen (d 7 ) Silberverbindungen Silber(I)-Verbindungen (d 10 ) Silber(II)-Verbindungen (d 9 ) Silber(IH)-Verbindungen (d 8 ) Goldverbindungen Gold(I)-Verbindungen (d 10 ) Gold(III)-Verbindungen (d 8 ) Gold(V)-Verbindungen (d 6 ) Gruppe Gruppeneigenschaften Die Elemente Vorkommen Darstellung Verwendung Zinkverbindungen (d 10 ) Cadmiumverbindungen (d 10 ) 766

9 XIV Inhalt Quecksilberverbindungen Quecksilber(I)-Verbindungen Quecksilber(II)-Verbindungen Gruppe Gruppeneigenschaften Die Elemente Vorkommen Darstellung und Verwendung Scandiumverbindungen Yttriumverbindungen Lanthanverbindungen Die Lanthanoide \ Gruppeneigenschaften Verbindungen mit der Oxidationszahl Verbindungen mit den Oxidationszahlen +2 und Vorkommen Darstellung, Verwendung Elektrische Lichtquellen, Leuchtstoffe Gruppe Gruppeneigenschaften Die Elemente Vorkommen Darstellung Verwendung Verbindungen des Titans Sauerstoffverbindungen des Titans Halogenverbindungen des Titans Schwefelverbindungen des Titans Titannitrid TiN Titancarbid TiC Verbindungen des Zirconiums und Hafniums Gruppe Gruppeneigenschaften Die Elemente, Vorkommen Darstellung Verwendung Verbindungen des Vanadiums Sauerstoffverbindungen Halogenide Verbindungen des Niobs und Tantals Sauerstoffverbindungen Halogenverbindungen Gruppe Gruppeneigenschaften Die Elemente Vorkommen Darstellung, Verwendung Verbindungen des Chroms 809 ' Chrom(VI)-Verbindungen (d ) Chrom(V)-Verbindungen (d 1 ) 812

10 Inhalt XV Chrom(IV)-Verbindungen (d 2 ) Chrom(III)-Verbindungen (d 3 ) Chrom(II)-Verbindungen (d 4 ) Laser Verbindungen des Molybdäns und Wolframs Oxide Isopolymolybdate, Isopolywolframate Heteropolyanionen Bronzen Halogenide Gruppe Gruppeneigenschaften Die Elemente Vorkommen Darstellung, Verwendung Verbindungen des Mangans Mangan(II)-Verbindungen (d 5 ) Mangan(III)-Verbindungen (d 4 ) Mangan(IV)-Verbindungen (d 3 ) Mangan(V)-Verbindungen (d 2 ) Mangan(VI)-Verbindungen (d 1 ) Mangan(VII)-Verbindungen (d ) Verbindungen des Rheniums Sauerstoffverbindungen Sulfide Halogenverbindungen Hydride ~' Gruppe 8-10 Die Eisengruppe Gruppeneigenschaften Die Elemente Vorkommen Darstellung, Verwendung Darstellung von metallischem Eisen Herstellung von Nickel und Cobalt Verbindungen des Eisens Eisen(II)- und Eisen(III)-Verbindungen (d 6, d 5 ) Eisen(IV)-, Eisen(V) und Eisen(VI)-Verbindungen (d 4, d 3, d 2 ) Verbindungen des Cobalts Cobalt(II)- und Cobalt(III)-Verbindungen (d 7, d 6 ) Cobalt(IV)- und Cobalt(V)-Verbindungen (d 5, d 4 ) Verbindungen des Nickels Nickel(II)-Verbindungen (d 8 ) Nickel(III)- und Nickel(IV)-Verbindungen (d 7, d 6 ) Gruppe 8-10 Die Gruppe der Platinmetalle Gruppeneigenschaften Die Elemente Vorkommen Darstellung, Verwendung Verbindungen der Metalle der Osmiumgruppe Verbindungen der Metalle der Iridiumgruppe 875

11 XVI Inhalt Verbindungen der Metalle der Platingruppe Die Actinoide Gruppeneigenschaften Verbindungen des Urans 887 Anhang 1 Einheiten Konstanten Umrechnungsfaktoren 889 Anhang 2 Relative Atommassen Elektronenkonfigurationen Schema zur Ermittlung der Punktgruppen von Molekülen 894 Anhang 3 Herkunft der Elementnamen Nobelpreise 901 Sachregister 909 Formelregister. 953