Inhaltsverzeichnis. Vorwort XVI. Periodensystem der Elemente 2

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1 Inhaltsverzeichnis Vorwort XVI Periodensystem der Elemente 2 Atombau und Periodensystem 4 Bestandteile des Atoms 4 Atomkerne 5 Aufbau der Elektronenhülle 7 Das Bohrsche Atommodell 7 Das wellenmechanische Atommodell 8 Das Periodensystem der Elemente 19 Die Elektronenstrukturen der Elemente 20 Die Periodizität der Eigenschaften 21 Kontroll- und Übungsfragen zur Einleitung und zum 1. Kapitel 28 Die chemische Bindung 30 Die Atombindung (kovalente Bindung) 30 Das Wasserstoffmolekül 3 1 o-bindungen 32 n-bindungen 33 Die lonenbindung 34 Die metallische Bindung 37 Das Elektronengas"-Modell 37 Das Energiebändermodell 38 Übergangsformen zwischen den Bindungsarten 38 Die zwischenmolekularen Wechselwirkungen 40 Die Dipol-Wechselwirkungen 41 Die van der Waals-Wechselwirkung 42 Wasserstoffbrücken 44 Mengenangaben 46 Die Gesetze von den konstanten und multiplen Proportionen 46 Die relative Atommasse 46 Die relative Molekülmasse und die Formelmasse 48 Das Mol und die molare Masse 49 Kontroll- und Übungsfragen zum 2. Kapitel 50

2 V1 Inhaltsverzeichnis Die Aggregatzustände 52 Der gasförmige Aggregatzustand 52 Ideale Gase 52 Reale Gase 54 Gasverflüssigung, der Joule-Thomson-Effekt 55 Der flüssige Aggregatzustand 56 Der feste Aggregatzustand 57 Die Kristallsysteme 57 Die Eigenschaften von Kristallen 59 Amorphe Feststoffe 61 Mischungen 61 Homogene Mischungen 61 Heterogene Mischungen 62 Lösungen 64 Angaben über die Zusammensetzung von Lösungen 65 Diffusion und Osmose 68 Lösungsenthalpie und Entropie 71 Aggregatzustandsändeningen 75 Das Temperatur-Energie-Diagramm 75 Das Phasendiagramm 76 Das Prinzip der Kälteerzeugung 80 Destillation 84 Kontroll- und Übungsfragen zum 3. Kapitel 89 Chemische Reaktionen 9 1 Reaktionsgleichungen und stöchiometrische Berechnungen 91 Energieumsätze bei chemischen Reaktionen 94 Der Verlauf chemischer Reaktionen 97 Reversible und irreversible Prozesse 97 Reaktionsgeschwindigkeit 98 Redoxreaktionen 101 Die Definition von Oxidation und Reduktion 101 Die Definition der Oxidationszahl 102 Schreibweise von Oxidationszahl und Ladungszahl 103 Regeln für die Festlegung der Oxidationszahl 103 Beispiele für wichtige Redoxreaktionen in der Chemietechnik 105 Säure-Base-Reaktionen 106 Säuren 106 Basen 108 Der Ampholyt Wasser" und der ph-wert (1. Teil) 108 Salze 111 Kontroll- und Übungsfragen zum 4. Kapitel 113

3 Inhaltsverzeichnis V11 Chemische Gleichgewichte 1 15 Das Massenwirkungsgesetz 1 15 Die mathematische Formulierung des Massenwirkungsgesetzes 115 Das Prinzip von Le Chatelier 1 18 Gleichgewichte in wäßngen Lösungen 12 1 Das Ionenprodukt des Wassers 12 1 Der ph-wert (2. Teil) 122 Die elektrolytische Dissoziation 124 Das Kohlensäuregleichgewicht 125 Pufferlösungen 126 ph- Farbindikatoren 127 Maßanalyse 129 Saure und alkalische Reaktionen von Salzen 133 Das Löslichkeitsprodukt 135 Mathematische Ableitung des Löslichkeitsproduktes 135 Das Löslichkeitsprodukt des Calciumcarbonats 138 Weitere Anwendungsbeispiele aus der Praxis 142 Komplexverbindungen 147 Komplexbildung am Anion 147 Komplexbildung am Kation 149 Komplexbildung an neutralen Atomen 151 Bindungsarten bei Komplexen 152 Gasgleichgewichte 157 Homogene Gasgleichgewichte 157 Heterogene Gasgleichgewichte 163 Der Heßsche Satz 166 Adsorptionsvorgänge 167 Adsorptionsgesetze 167 Chromatographie 169 Kontroll- und Übungsfragen zum 5. Kapitel 173 Die Elemente 175 Allgemeines 175 Einteilung der Elemente 175 Häufigkeit der Elemente und die Rohstoff-Probleme 176 Elementumwandlungen 179 Die gasförmigen Elemente 185 Wasserstoff 185 Die gasförmigen Halogene 187 Stickstoff und Sauerstoff 188 Ozon 196 Die Edelgase 197 Die übrigen Nichtmetalle 200

4 VIII Inhaltsverzeichnis Brom und Iod 200 Schwefel 201 Phosphor 202 Kohlenstoff 202 Halbleiter 208 Die elektrische Leitfähigkeit in festen Stoffen 208 Silicium und Germanium 21 1 Chemische Verbindungen als Halbleiter 217 Metalle 220 Allgemeine metallische Eigenschaften 220 Einteilung der Metalle 225 Legierungen 226 Die Alkalimetalle 230 Die Erdalkalimetalle 230 Beryllium und Magnesium 232 Aluminium und die Metalle der dritten Hauptgruppe 232 Die Metalle der vierten und fünften Hauptgruppe 233 Zink, Cadmium, Quecksilber 234 Kupfer, Silber, Gold 235 Die Platinmetalle 237 Eisen, Cobalt, Nickel 237 Metalle der vierten bis siebten Nebengruppe 241 Metalle der dritten Nebengruppe und die Lanthanoide 242 Radioaktive Elemente 242 Natürliche radioaktive Elemente 242 Künstlich hergestellte radioaktive Elemente 246 Kernreaktoren 246 Kontroll- und Übungsfragen zum 6. Kapitel 248 Anorganische Verbindungen 250 Wasserstoffverbindungen der Elemente 250 Das Tetraedermodell für Moleküle 25 1 Wasser H,O 254 Wasserstoffperoxid H,O, 258 Chlorwasserstoff HCI 259 Ammoniak NH, 260 Hydrazin N,H, 261 Schwefelwasserstoff H,S 262 Phosphorwasserstoff PH, 262 Sauerstoffverbindungen der Elemente 262 Nichtmetalloxide 262 Sauerstoffsäuren 270 Metalloxide und Metallhydroxide 274

5 lnhaltsverzeichnis IX Glas 276 Alumosilicate 277 Baustoff-Bindemittel 279 Asbest 280 Carbide und Nitride 280 Salzartige Carbide 281 Einlagerungsverbindungen 281 Kovalente Verbindungen 282 Kontroll- und Ubungsfragen zum 7. Kapitel 283 Organische Verbindungen 285 Kohlenwasserstoffe 286 Alkane oder Paraffine 287 Alkene oder Olefine 290 Alkine oder Acetylene 292 Alicyclische Kohlenwasserstoffe 295 Aromatische Kohlenwasserstoffe 295 Halogenabkömmlinge der Kohlenwasserstoffe 302 Chlorierte Kohlenwasserstoffe 302 Polychlorierte Biphenyle (PCB) 302 Frigene (Freone) und Halone 303 Umweltaspekte von halogenierten Kohlenwasserstoffen 304 Substitutionsmöglichkeiten von Halogenkohlenwasserstoffen 305 Metallorganische Verbindungen 306 Sauerstoffverbindungen 306 Alkohole 306 Phenole 308 Ether 309 Ketone 310 Aldehyde 31 1 Carbonsäuren 312 Ester 3 16 Fette und fette Öle 3 18 Seifen und Waschmittel 3 19 Zusammenfassender Überblick 32 1 Stickstoffverbindungen 32 1 Amine 321 Aminosäuren 322 Amide 323 Nitrile 323 Nitroverbindungen 324 Heterocyclische Verbindungen 325 Stickstoffhaltige Heterocyclen 325

6 X lnhaltsverzeichnis Sauerstoffhaltige Heterocyclen 326 Organische Naturprodukte 327 Kohlenhydrate 327 Eiweißstoffe (Proteine) 329 Brennstoffe - Kraftstoffe - Schmierstoffe 330 Brennstoffe 330 Kraftstoffe 332 Schmierstoffe 337 Sicherheitsvorschriften 340 Kontroll- und Ubungsfragen zum 8. Kapitel 342 Kunststoffe 345 Mechanisch-thermische Eigenschaften 345 Thermoplaste 346 Elastomere 348 Duroplaste 349 Fluidoplaste 350 Spannungs-Dehnungs-Diagramme 35 1 Abgewandelte Naturprodukte 352 Kunststoffe auf Cellulosebasis 352 Gummi aus Naturkautschuk 353 Polymerisationskunststoffe 355 Allgemeines 355 Polyethylen (PE) 356 Polypropylen (PP) 359 Polybuten- 1 (PB) 360 Polyisobutylen (PIB) 360 Synthetischer Kautschuk 361 Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPM) 362 Polystyrol (PS) 362 Polyvinylcarbazol (PVK) 364 Polyvinylchlorid (PVC) und Polyvinylacetat (PVAC) 364 Polyvinylidenchlorid (PVDC) 366 Polytetrafluorethylen (PTFE) 367 Polyacrylnitril(PAN) 369 Polymethacrylsäuremethylester (PMAA) 369 Polyoxymethylen (POM) 370 Polykondensationskunststoffe 370 Polyamide (PA) 371 Formaldehyd-Kondensationsprodukte 373 Polyesterharze oder Alkydharze 376 Polycarbonat (PC) 379 Hochtemperaturbeständige Polykondensationskunststoffe 380

7 Polyadditionskunststoffe 38 1 Polyurethane (PUR) 382 Epoxidharze (EP-Harze) 383 Silicone 384 Siliconöle und -fette 385 Siliconkautschuk 385 Siliconharze 385 Alterung und Zerstörung von Kunststoffen 386 Thermische Einflüsse 386 Einfluß von energiereicher Strahlung 387 Spannungsrißbildung 388 Einfluß von Lösungsmitteln 388 Chemische Zerstörung von Kunststoffen 389 Feuerbeständigkeit von Kunststoffen 389 Kunststoffrecycling 392 Biologisch abbaubare Kunststoffe 393 Kontroll- und Übungsfragen zum 9. Kapitel 395 Elektrochemie 397 Elektrochemische Potentiale 397 Galvanische Elemente 397 Die Normal-Wasserstoffelektrode 399 Die Normalpotentiale (elektrochemische Spannungsreihen) 400 Praktische Spannungsreihen 406 Herstellung von Leiterplatten 407 Die Konzentrationsabhängigkeit der elektrochemischen Potentiale 409 Die Nernstsche Gleichung 409 Elektroden zweiter Art 41 1 ph-messungen 415 Elektrochemische Stromerzeugung 4 16 Primärelemente 4 17 Sekundärelemente 420 Brennstoffzellen 425 Erzwungene elektrochemische Vorgänge 428 Messung einer galvanischen Spannung 428 Die Elektrolyse 428 Die Faradayschen Gesetze 43 1 Die elektrische Leitfähigkeit von Elektrolyten 433 Die elektrochemische Polarisation 433 Galvanisieren 437 Die elektrolytische Entfettung 438 Elektropolieren und Elektroentgraten 438 Die gebräuchlichsten Metallschutzschichten 438

8 XI1 Inhaltsverzeichnis Allgemeines über galvanische Abscheidungen 439 Korrosion und Korrosionsschutz 441 Korrosionsursachen 441 Korrosionsarten 442 Möglichkeiten des Korrosionsschutzes 449 Elektrochemische Meßmethoden 455 Dje Lejtfajgkeitsmethode (Konduktometrie) 455 Die Potentiometrie 456 Die Amperometrie 458 Die Coulomeuie 459 Die Polarographie 461 Kontroll- und Ubungsfragen zum 10. Kapitel Spektren und ihre Anwendungen Elektromagnetische Spektren Die Entstehung von elektromagnetischen Spektren Absorptions- und Emissionsspektren Die Bereiche elektromagnetischer Strahlen Spektrenfonnen Linienspektren Bandenspektren Absorptionsmaxima Spektralanalytische Untersuchungen Spektralbereiche Gammastrahlen Röntgenbereich Ultraviolett (UV-Spektren) Spektren im sichtbaren Licht Infrarot (IR-Spektren) Magnetische Kernresonanz Spezielle Meßgeräte Photometer IR-Meßgeräte für Gase Chemolumineszenzanalyse Massenspektrometer Farbmittel Ursache für die Farbigkeit Pigmente Farbstoffe Farbindikatoren Allgemeine Überlegungen zu Pigmenten und Farbstoffen 498 Kontroll- und Übungsfragen zum 11. Kapitel 499

9 Inhaltsverzeichnis XI11 Biochemie und Biotechnologie 500 Grundlagen der Biochemie 500 Eigenschaften belebter Materie 500 Die Zelle 502 Der Stoffwechsel 505 Molekularbiologie 5 10 Aufbau und Verdoppelung der DNA 5 10 Die Eiweißsynthese 5 12 Mutationen 5 15 Gentechnik 5 18 Bioverfahrenstechnik 52 1 Bioreaktoren (Fermenter) 522 Produktaufarbeitung 523 Biosensoren 524 Schadwirkung von Chemikalien 525 Humantoxikologie 525 Die häufigsten Gifte 530 Ökotoxikologie 536 Kontroll- und Übungsfragen zum 12. Kapitel 540 Umwel tschutztechnik 542 Ökologische Grundlagen 542 Ökosysteme 542 Stoff- und Energieumsätze in Ökosystemen 544 Stoffkreisläufe 545 Abwasser und Abwasserreinigung 547 Rohstoff Wasser 547 Abwasserinhaltsstoffe 549 Abwasserreinigung durch kommunale Kläranlagen 555 Neuere Trends in der biologischen Abwasserreinigung 561 Spezielle Verfahren der Abwasserreinigung 563 Abluft und Abluftreinigung 574 Luftschadstoffe 574 Abluftreinigung in der Industrie 577 Rauchgasreinigung in Kraftwerken 585 Abgasreinigung bei Automobilen 589 Abfall und Recycling 592 Abfallzusammensetzung 592 Abfallentsorgung 594 Recycling 601 Produktionsintegtiener Umweltschutz 602 Ökobilanzen 605 Kontroll- und Übungsfragen zum 13. Kapitel 608

10 XIV Inhaltsverzeichnis 14 Chemische Literatur Allgemeines Weiterführende Lehrbücher Allgemeine und Anorganische Chemie Organische Chemie Biochemie, Biotechnologie und Toxikologie Physikalische Chemie Umwelttechnik Analytik und Meßtechnik Chemische Technik Korrosion und Korrosionsschutz Kunststoffe Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik Verfahrenstechnik (Grundlagen) Enzyklopädien und Tabellenwerke Römpps Chemie-Lexikon" Enzyklopädien und Tabellenwerke Enzyklopädien der Technischen Chemie Große Nachschlagewerke zu Teilgebieten der Chemie Kleinere Nachschlagewerke für spezielle Bereiche Fachzeitschriften Referateorgane Chemical Abstracts Andere Referateorgane Fachinformationszentren Patentliteratur Recherchen im Internet Allgemeine Suchmaschinen Spezielle Suchmaschinen und Serviceanbieter im Bereich der Chemie 622 Kontrollfragen zum 14. Kapitel 626 Anhang A 1 Die Buchstaben des griechischen Alphabets 627 A2 Vorsatzzeichen und Abkürzungen für Stoffmengengehalte 627 A3 Maßeinheitentabelle 628 A4 Verzeichnis der chemischen Elemente 629 A5 Löslichkeitsprodukte 631 A6 Schadstoff-Höchstwerte am Arbeitsplatz und Wassergefährdungsklassen 632 A7 Schadstoff-Höchstwerte im Abwasser 633 A8 Schadstoff-Höchstwerte in der Luft 634

11 Inhaltsverzeichnis XV A9 Gefahrensymbole 635 A 10 Klärschlammverordnung 635 Antworten zu den Kontroll- und Übungsfragen 636 Register 659