Einleitung. Einführung in die Atomtheorie. Stöchiometrie, Teil I: Chemische Formeln

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Catrin Engel
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1 Einleitung 1.1 Historische Entwicklung der Chemie Elemente, Verbindungen, Gemische Stofftrennung Maßeinheiten Genauigkeit und signifikante Stellen 11 Einführung in die Atomtheorie 2.1 Die Dalton-Atomtheorie Das Elektron Das Proton Das Neutron /9 2.5 Aufbau der Atome Atomsymbole Isotope Atommassen Übungsaufgaben 25 Stöchiometrie, Teil I: Chemische Formeln 3.1 Moleküle und Ionen Empirische Formeln Das Mol Prozentuale Zusammensetzung von Verbindungen Ermittlung chemischer Formeln Übungsaufgaben 35

2 Stöchiometrie.Teil II: Chemische Reaktionsgleichungen Chemische Reaktionsgleichungen 38 Begrenzende Reaktanden 41 Ausbeute bei chemischen Reaktionen 42 Konzentration von Lösungen 42 Übungsaufgaben 45 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen 5.1 Energiemaße Temperatur und Wärme Kalorimetrie Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie Der Satz von Hess Bildungsenthalpien Bindungsenergien Übungsaufgaben 59 Die Elektronenstruktur der Atome 6.1 Elektromagnetische Strahlung Atomspektren Ordnungszahl und das Periodensystem der Elemente Wellenmechanik Quantenzahlen Orbitalbesetzung und die Hund-Regel Die Elektronenstruktur der Elemente Halb- und vollbesetzte Unterschafen Einteilung der Elemente Übungsaufgaben 90 Eigenschaften der Atome und die lonenbindung Atomgröße 94 Ionisierungsenergien 97 Elektronenaffinitäten 99 Die Ionenbindung 101 Gitterenergie JO2 Arten von Ionen 105 lonenradien jo7 Nomenklatur von lonenverbindungen Üb 108

3 11.1 Intermolekulare Anziehungskräfte Wasserstoff-Brücken Der flüssige Zustand J Verdampfung Î Dampfdruck Siedepunkt 174 Die kovalente Bindung 8.1 Konzept der kovalenten Bindung Übergänge zwischen Ionenbindung und kovalenter Bindung Elektronegativität Formalladungen Mesomerie (Resonanz) Nomenklatur von binären Molekülverbindungen Übungsaufgaben 123 Molekülgeometrie, Molekülorbitale 9.1 Ausnahmen zur Oktettregel Elektronenpaar-Abstoßung und Molekülgeometrie Hybridorbitale Molekülorbitale Molekülorbitale in mehratomigen Molekülen pn-dn-bindungen Übungsaufgaben Druck Das Avogadro-Gesetz Das ideale Gasgesetz Stöchiometrie und Gasvolumina Die kinetische Gastheorie Das Dalton-Gesetz der Partialdrücke Molekülgeschwindigkeiten in Gasen Das Graham-Effusionsgesetz Reale Gase Verflüssigung von Gasen Übungsaufgaben 161 Flüssigkeiten und Feststoffe

4 11.7 Verdampfungsenthalpie Gefrierpunkt Dampfdruck von Festkörpern Phasendiagramme Arten von kristallinen Feststoffen Kristallgitter Kristallstrukturbestimmung durch Röntgenbeugung Kristallstrukturen von Metallen Ionenkristalle Defektstrukturen Übungsaufgaben 193 Lösungen 12.1 Allgemeine Betrachtungen Der Auflösungsprozeß Hydratisierte Ionen Lösungsenthalpie Abhängigkeit der Löslichkeit von Druck und Temperatur Konzentration von Lösungen Dampfdruck von Lösungen Gefrierpunkt und Siedepunkt von Lösungen Osmose Destillation Elektrolytlösungen Interionische Wechselwirkungen in Lösungen Übungsaufgaben 216 Reaktionen in wäßriger Lösung 13.1 Metathese-Reaktionen Oxidationszahlen Reduktions-Oxidations-Reaktionen Arrhenius-Säuren und -Basen Saure und basische Oxide Nomenklatur von Säuren, Hydroxiden und Salzen Volumetrische Analyse Äquivalentmasse und Normallösungen Übungsaufgaben 239

5 Reaktionskinetik 14.1 Reaktionsgeschwindigkeit 242 \A2 Konzentrationsabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Zeitabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Einstufige Reaktionen Geschwindigkeitsgesetze für einstufige Reaktionen Reaktionsmechanismen Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Katalyse Übungsaufgaben 263 Das chemische Gleichgewicht 15.1 Reversible Reaktionen und chemisches Gleichgewicht Die Gleichgewichtskonstante K c Die Gleichgewichtskonstante K p Das Prinzip des kleinsten Zwanges Übungsaufgaben 278 Säuren und Basen 16.1 Das Arrhenius-Konzept Das Bransted-Lowry-Konzept Die Stärke von Bransted-Säuren und -Basen Säurestärke und Molekülstruktur Das Lewis-Konzept Lösungsmittelbezogene Säuren und Basen Übungsaufgaben 291 Säure-Base-Gleichgewichte 17.1 Das Ionenprodukt des Wassers. ph-wert Schwache Elektrolyte Indikatoren Pufferlösungen Mehrprotonige Säuren Salze schwacher Säuren und Basen Säure-Base-Titrationen Übungsaufgaben 315

6 Löslichkeitsprodukt und Komplex-Gleichgewichte 18.1 Das Löslichkeitsprodukt Fällungsreaktionen Fällung von Sulfiden Komplexgleichgewichte Übungsaufgaben 328 Grundlagen der chemischen Thermodynamik 19.1 Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik Enthalpie Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik Die freie Enthalpie Freie Standard-Enthalpien Absolute Entropien Gleichgewicht und freie Reaktionsenthalpie Temperaturabhängigkeit von Gleichgewichtskonstanten Übungsaufgaben 347 Elektrochemie 20.1 Elektrischer Strom Elektrolytische Leitung Elektrolyse Stöchiometrie bei der Elektrolyse Galvanische Zellen Die elektromotorische Kraft Elektrodenpotentiale Freie Reaktionsenthalpie und elektromotorische Kraft Konzentrationsabhängigkeit des Potentials Potentiometrische Titration Elektrodenpotentiale und Elektrolyse Korrosion von Eisen Galvanische Zellen für den praktischen Gebrauch Brennstoffzellen Übungsaufgaben 374

7 Wasserstoff 21.1 Vorkommen und physikalische Eigenschaften Herstellung von Wasserstoff Chemische Eigenschaften des Wasserstoffs Technische Verwendung von Wasserstoff Übungsaufgaben 383 Die Halogene 22.1 Eigenschaften der Halogene Vorkommen und Herstellung der Halogene Interhalogen-Verbindungen Halogenwasserstoffe Halogenide Oxosäuren der Halogene Verwendung der Halogene Übungsaufgaben 400 Die Edelgase 23.1 Vorkommen und Gewinnung der Edelgase Eigenschaften der Edelgase Verwendung der Edelgase 403 Die Elemente der 6. Hauptgruppe 24.1 Allgemeine Eigenschaften der Chalkogene Vorkommen und Gewinnung von Sauerstoff Reaktionen des Sauerstoffs Verwendung von Sauerstoff Ozon Schwefel, Selen und Tellur Vorkommen und Gewinnung von Schwefel, Selen und Tellur Wasserstoff-Verbindungen von Schwefel, Selen und Tellur Schwefel-, Selen- und Tellur-Verbindungen in der Oxidationsstufe +IV Schwefel-, Selen- und Tellur-Verbindungen in der Oxidationsstufe +VI Verwendung von Schwefel, Selen und Tellur Übungsaufgaben 421

8 Die Elemente der 5. Hauptgruppe 25.1 Allgemeine Eigenschaften Die Elementstrukturen von Phosphor, Arsen, Antimon und Bismut Der Stickstoffzyklus Vorkommen und Herstellung der Elemente der 5. Hauptgruppe Nitride und Phosphide Wasserstoff-Verbindungen Halogen-Verbindungen Oxide und Oxosäuren des Stickstoffs Luftverschmutzung Oxide und Oxosäuren des Phosphors Oxide und Oxosäuren von Arsen, Antimon und Bismut Verwendung der Elemente der 5. Hauptgruppe Übungsaufgaben 445 Kohlenstoff, Silicium und Bor 26.1 Allgemeine Eigenschaften der Elemente der 4. Hauptgruppe Die Strukturen der Elemente der 4. Hauptgruppe Vorkommen, Gewinnung und Verwendung von Kohlenstoff und Silicium Carbide, Suicide und Silane Oxide und Oxosäuren des Kohlenstoffs Siliciumdioxid und Silicate Schwefel- und Stickstoff-Verbindungen des Kohlenstoffs Allgemeine Eigenschaften der Elemente der 3. Hauptgruppe Elementares Bor Bor-Verbindungen Borane (Borhydride) Übungsaufgaben 465 Metalle 27.1 Die metallische Bindung Halbleiter Physikalische Eigenschaften von Metallen Vorkommen von Metallen Metallurgie: Aufbereitung von Erzen Metallurgie: Reduktion Metallurgie: Raffination Die Alkalimetalle Die Erdalkalimetalle Die Metalle der 3. Hauptgruppe 493

9 27.11 Die Metalle der 4. Hauptgruppe Die Übergangsmetalle Die Lanthanoiden Übungsaufgaben 506 Komplex-Verbindungen 28.1 Struktur von Komplex-Verbindungen Stabilität von Komplexen Nomenklatur von Komplexen Isomerie Die Bindungsverhältnisse in Komplexen Übungsaufgaben 526 Organische Chemie 29.1 Alkane Alkene Alkine Arene Reaktionen der Kohlenwasserstoffe. Radikalische Substitution. Addition Reaktionen von Arenen. Elektrophile Substitution Halogenalkane. Nucleophile Substitution. Eliminierungsreaktionen Metallorganische Verbindungen Alkohole und Phenole Ether Carbonyl-Verbindungen Carbonsäuren und ihre Derivate Amine und Carbonsäureamide Azo- und Diazo-Verbindungen Heterocyclische Verbindungen Makromolekulare Chemie Stereochemie organischer Verbindungen Übungsaufgaben 578 Naturstoffe und Biochemie 30.1 Terpene Kohlenhydrate Fette, Öle und Wachse Botenstoffe und Vitamine 591

10 30.5 Proteine 30.6 Nucleinsäuren Enzyme Übungsaufgaben Kernchemie 31.1 Der Atomkern Kernreaktionen Radioaktivität Messung der Radioaktivität Die radioaktive Zerfallsgeschwindigkeit Biologische Effekte der radioaktiven Strahlung Radioaktive Zerfallsreihen Künstliche Kernumwandlungen Kernspaltung Kernfusion Verwendung von radioaktiven Nucliden Übungsaufgaben 637 Umgang mit gefährlichen Stoffen 32.1 Einteilung und Kennzeichnung der Gefahrstoffe Deutsches Gefahrstoffrecht Giftstoffe, Toxikologie Übungsaufgaben 658 Anhang A Normalpotentiale 660 Β Gleichgewichtskonstanten 661 C Thermodynamische Daten 663 D Mittlere Bindungsenergien 664 E Lösungen zu den Übungsaufgaben 665 Bildnachweis 691 Ciossar 693 Sachverzeichnis 7J5 Maßeinheiten, Naturkonstanten vorderer Einband Tabelle der Elemente hinterer Einband Periodensystem der Elemente Ausklapptafel am Buchende Periodensystem der Elemente, Naturkonstanten (Einsteckkärtchen) hinterer Einband

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