Grundlagen der Chemie (2. Teil) CHE 102.1

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1 Skriptum zur Vorlesung Grundlagen der Chemie (2. Teil) CHE Die Chemie der Hauptgruppenelemente und Trends im Periodensystem Frühlingssemester 2015 für Studierende der Chemie, Biochemie & Wirtschaftschemie sowie Nebenfach Chemie (CHE157) Roland Sigel & Eva Freisinger Institut für Chemie

2 R. K. O. Sigel & E. Freisinger, CHE 102.1, Frühlingssemester Jegliche Art von Reproduktion oder Verwendung des vorliegenden Textes einschliesslich der Übersetzung in andere Sprachen ist ohne die schriftliche Zustimmung der Verfasser nicht gestattet.

3 R. K. O. Sigel & E. Freisinger, CHE 102.1, Frühlingssemester Empfohlene Lehrbücher zur Vorlesung 1) Anorganische Chemie, C. E. Housecroft, A. G. Sharpe, aus dem Englischen übersetzt, Pearson Studium, 2006, 1013 Seiten. Klar geschriebene und gut illustrierte Einführung in die Anorganische Chemie inklusive einem ausführlichem Teil über die Hauptgruppenelemente. Enthält den Vorlesungsstoff, Übungsaufgaben sowie auch Hinweise auf weiterführende Literatur. 2) Main Group Chemistry, A. G. Massey, 2nd Edition, John Wiley & Sons, Ltd., Chichester (UK), Alles wichtige betreffend Hauptgruppenchemie enthalten. 3) Allgemeine und Anorganische Chemie, M. Binnewies, M. Jäckel, H. Willner, G. Rayner-Canham, Elsevier GmbH, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Aktuelles, klar und relativ einfach geschriebenes Lehrbuch. Übersichtlich, enthält den gesammten Vorlesungsstoff, aber keine Übungsaufgaben. Basiert z.t. auf 5). 4) Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Holleman-Wiberg, 102. Auflage, Walter de Gruyter, Berlin, Sehr gutes und umfassendes Nachschlagewerk, betreffend Chemie und Eigenschaften aller Elemente. Sehr guter Index, in dem man auch was findet. Achten Sie beim Kauf auf das Vorliegen eventuell neuerer Auflagen. Meist ist auch die englische Originalversion aktueller als die deutsche Übersetzung.

4 R. K. O. Sigel & E. Freisinger, CHE 102.1, Frühlingssemester Inhaltsverzeichnis 1. GRUNDLAGEN UND REPETITION ELEKTRONENHÜLLE: DIE QUANTENZAHLEN DAS PERIODENSYSTEM DER ELEMENTE Entwicklung der Orbitalenergien Mehrelektronenatome; Abschirmung und effektive Kernladung Besondere Orbitaleffekte der schweren Hauptgruppenelemente PERIODIZITÄT EINIGER EIGENSCHAFTEN Atomgrösse Atom- und Ionenradien Ionisierungsenergie (= IE, IP) Elektronenaffinität (= EA) Elektronegativität (nach Pauling) Metallischer und nichtmetallischer Charakter der Elemente DIE CHEMISCHE BINDUNG Kovalente Bindung Ionenbindung Ionenradien Natriumchlorid und weitere Gittertypen Gitterenergien Eigenschaften von Ionenverbindungen und weitere Beispiele Metallische Bindung Zusammenfassung KINETIK UND MECHANISMUS CHEMISCHER REAKTIONEN (16) DER BEGRIFF "REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT" DAS KOLLISIONSMODELL ZEITGESETZE Monomolekulare Reaktionen Bimolekulare Reaktionen Reaktionsordnung und Reaktionsmechanismus Weitere Beispiele TEMPERATURABHÄNGIGKEIT DER REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT KATALYSE CHEMIE DER HAUPTGRUPPENELEMENTE VERTEILUNG DER ELEMENTE IN DER NATUR DER WASSERSTOFF Vorkommen & Herstellung Typen von Wasserstoffverbindungen Das Proton & die Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen Kovalente Wasserstoffverbindungen... 40

5 R. K. O. Sigel & E. Freisinger, CHE 102.1, Frühlingssemester Ionische Hydride DIE ALKALIMETALLE Allgemeine Eigenschaften: (Relatives) Vorkommen in der Erdkruste: Herstellung der Alkalimetalle Verwendung der Metalle: Redoxeigenschaften Alkalimetallionen in Wasser Reaktionen der Alkalimetalle Wichtige Verbindungen der Alkalimetalle: Salze Alkalimetallhydride Alkalimetallpniktide und -chalkogenide Alkalimetallhalogenide Lithium-organische Verbindungen Kronenether und Kryptanden Alkalimetalle in Ammoniak und Elektride Natrium und Kalium in der Biologie Ähnlichkeiten von Lithium & Magnesium DIE ERDALKALIMETALLE Allgemeine Eigenschaften Mineralische Vorkommen der Erdalkalimetalle Herstellung der Erdalkalimetalle Erdalkalimetallionen in Wasser Reaktionen der Erdalkalimetalle Chemie des Berylliums Chemie des Magnesiums Chemie des Calciums Wasserhärte Das Löslichkeitsprodukt Komplexe der Erdalkalimetallionen Erdalkalielemente in Biologischen Systemen DIE EDELGASE Allgemeine Eigenschaften Vorkommen Edelgaseverbindungen: Entdeckung und Übersicht Xenonchemie DIE HALOGENE Allgemeine Eigenschaften Vorkommen Darstellung der Halogene Interhalogenverbindungen Halogenanionen... 64

6 R. K. O. Sigel & E. Freisinger, CHE 102.1, Frühlingssemester Halogenwasserstoffsäuren Sauerstoffsäuren der Halogene Redoxchemie der Oxohalogenanionen Verwendung der Oxohalogenanionen Chlor als Desinfektionsmittel Oxide der Halogenide Fluoridoxide der Halogene Halogene in biologischen Systemen DIE CHALKOGENE Allgemeine Eigenschaften Vorkommen Modifikationen von Sauerstoff Die Ozonschicht Chalkogenide: Oxide, Sulfide, Selenide, Telluride Hydride der 6. Hauptgruppe Wasser aus den Elementen Knallgasreaktion Freie Radikale Wasserstoffperoxid Wasser Schwefel Oxo- und Thio-Oxosäuren Redoxchemie der Chalkogene Halogenide der 6. HG Schwefel & Selen in der Biologie DIE PNICTIDE Allgemeine Eigenschaften Vorkommen Herstellung & Strukturen der Elemente der 5. HG Wasserstoffverbindungen der 5. HG Stickoxide Stickstoff-Sauerstoffsäuren Redoxeigenschaften Der Stickstoffzyklus Phosphorsäuren Halogenide & Komplexe der 5. HG Organische Verbindungen von Phosphor Ionenchemie von Bismut DIE 4. HAUPTGRUPPE Allgemeine Eigenschaften Vorkommen & Verwendung Kohlenstoff Modifikation... 91

7 R. K. O. Sigel & E. Freisinger, CHE 102.1, Frühlingssemester Kohlenmonoxid als Ligand Säuren Silizium Kieselsäure, Quarz & Silikat Silikone Siliciumhalogenide Wasserstoffverbindungen des Si (Silane) Eka-Silizium Germanium Koordinationsverbindungen Redoxeigenschaften Wässrige Chemie Oxide DIE 3. HAUPTGRUPPE Allgemeine Eigenschaften Vorkommen Herstellung der Elemente der 3. Hauptgruppe Verwendung der Elemente der 3. Hauptgruppe Bor Verbindungen des Bor mit Wasserstoff Verbindungen des Bor mit Sauerstoff Verbindungen des Bor mit anderen Elementen Wässrige Chemie der Elemente der 3. Hauptgruppe Halogenide der 3. Hauptgruppe Redoxeigenschaften der 3. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen der 3. Hauptgruppe Salze der M 3+ (aq)-ionen Tl(I)-Verbindungen CHEMIE DER F-ELEMENTE LANTHANOIDE Allgemeines Vorkommen Chemische Eigenschaften der Lanthaniden Die Oxidationsstufe +II Die Oxidationsstufe +IV ACTINIDEN Allgemeines Radioaktivität und Zerfallsreihen Vorkommen der Actinoiden Chemie der Actiniden Thorium Uran Neptunium, Plutonium, Americium, und Transamericiumelemente