Energieumsatz bei chemischen Reaktionen 45. Die Elektronenstruktur der Atome 59. Eigenschaften der Atome und die lonenbindung 89

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1 Chemie Das Basiswissen der Chemie Charles E. Mortimer Ulrich Muller 9., uberarbeitete Auflage 395 Abbildungen 520 Formelbilder 126 Tabellen Thieme

2 IX Inhalt Einleitung 1.1 Historische Entwicklung der Chemie Elemente, Verbindungen, Gemische Stofftrennung MalSeinheiten Genauigkeit und signifikante Stellen 11 Obungsaufgaben 14 Einfiihrung in die Atomtheorie Die Dalton-Atomtheorie Das Elektron Das Proton Das Neutron Aufbau der Atome Atomsymbole Isotope Atommassen 22 Obungsaufgaben 24 Stochiometrie, Teil I: Chemische Formeln Molekiile und Ionen Empirische Formeln Das Mol Prozentuale Zusammensetzung von Verbindungen Ermittlung chemischer Formeln 31 Obungsaufgaben 33 Stochiometrie, Teil II: Chemische Reaktionsgleichungen Chemische Reaktionsgleichungen Begrenzende Reaktanden Ausbeute bei chemischen Reaktionen Konzentration von Lbsungen 40 Obungsaufgaben 42

3 Inhalt Energieumsatz bei chemischen Reaktionen EnergiemafSe Temperatur und Warme Kalorimetrie Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie Der Satz von Hess Bildungsenthalpien Bindungsenergien 54 Obungsaufgaben 57 Die Elektronenstruktur der Atome Elektromagnetische Strahlung Atomspektren Ordnungszahl und das Periodensystem der Elemente Wellenmechanik Quantenzahlen Orbitalbesetzung und die Hund-Regel Die Elektronenstruktur der Elemente Halb- und vollbesetzte Unterschalen Einteilung der Elemente 86 Obungsaufgaben 87 Eigenschaften der Atome und die lonenbindung Atomgrolse Ionisierungsenergien Elektronenaffinitaten Die lonenbindung Gitterenergie Arten von Ionen Ionenradien Nomenklatur von Ionenverbindungen 103 Obungsaufgaben Die kovalente Bindung Konzept der kovalenten Bindung Obergange zwischen lonenbindung und kovalenter Bindung Elektronegativitat Formalladungen Mesomerie (Resonanz) Nomenklatur von binaren Molekiilverbindungen 118 Obungsaufgaben 119

4 Inhalt XI Molekiilstruktur, Molekiilorbitale Ausnahmen zur Oktettregel \ Elektronenpaar-Abstofsung und Molekiilstruktur Hybridorbitale Molekulorbitale Molekulorbitale in mehratomigen Molekulen Delokalisierte Bindungen Stark polare kovalente Bindungen Hypervalente Atome 140 Obungsaufgaben Case Druck Das Avogadro-Gesetz Das ideale Gasgesetz Stochiometrie und Gasvolumina Die kinetische Gastheorie Das Dalton-Gesetz der Partialdrucke Molekiilgeschwindigkeiten in Gasen Das Graham-Effusionsgesetz Reale Gase Verflussigung von Gasen 158 Obungsaufgaben Fliissigkeiten und Feststoffe Intermolekulare Anziehungskrafte Wasserstoff-Briicken Der fliissige Zustand Verdampfung Dampfdruck Siedepunkt Verdampfungsenthalpie Gefrierpunkt Dampfdruck von Festkorpern Phasendiagramme Arten von kristallinen Feststoffen Kristallstruktur und Kristallgitter Kristallstrukturen von Metallen lonenkristalle Defektstrukturen Fliissigkristalle Nanostrukturen 188 Obungsaufgaben 189

5 XII Inhalt 12 Strukturaufklarung Rontgenbeugung Kernmagnetische Resonanz-Spektroskopie 196 Obungsaufgaben Losungen Allgemeine Betrachtungen Der Auflosungsprozess Hydratisierte Ionen Losungsenthalpie Abhangigkeit der Loslichkeit von Druck und Temperatur Konzentration von Losungen Dampfdruck von Losungen Gefrierpunkt und Siedepunkt von Losungen Osmose Destination Elektrolytlosungen Interionische Wechselwirkungen in Losungen Kolloide Losungen und Gele Tenside und Mizellen 221 Obungsaufgaben Reaktionen in wassriger Losung._ Metathese-Reaktionen Oxidationszahlen Reduktions-Oxidations-Reaktionen Arrhenius-Sauren und -Basen Saure und basische Oxide Nomenklatur von Sauren, Hydroxiden und Salzen Volumetrische Analyse Aquivalentmasse und Normallosungen 247 Obungsaufgaben Reaktionskinetik Reaktionsgeschwindigkeit Konzentrationsabhangigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Zeitabhangigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Einstufige Reaktionen Geschwindigkeitsgesetze fur einstufige Reaktionen Reaktionsmechanismen Temperaturabhangigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Katalyse 263 Obungsaufgaben 266

6 Inhalt XIII 16 Das chemische Cleichgewicht Reversible Reaktionen und chemisches Gleichgewicht Die Gleichgewichtskonstante K c Die Gleichgewichtskonstante K p Das Prinzip des kleinsten Zwanges 276 Obungsaufgaben Sauren und Basen Das Arrhenius-Konzept Das Bransted-Lowry-Konzept Die Starke von Bransted-Sauren und -Basen Saurestarke und Molekiilstruktur Das Lewis-Konzept Losungsmittelbezogene Sauren und Basen 290 Obungsaufgaben Saure-Base-Gleichgewichte Das Ionenprodukt des Wassers. ph-wert Schwache Elektrolyte Indikatoren Pufferlosungen Mehrprotonige Sauren Salze schwacher Sauren und Basen Saure-Base-Titrationen Erweiterung des Saure-Base-Konzepts auf Festkorper 314 Obungsaufgaben Loslichkeitsprodukt und Komplex-Gleichgewichte Das Loslichkeitsprodukt Fallungsreaktionen Fallung von Sulfiden Komplexgleichgewichte 326 Obungsaufgaben Crundlagen der chemischen Thermodynamik Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik Enthalpie Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik Die freie Enthalpie Freie Standard-Enthalpien Absolute Entropien Gleichgewicht und freie Reaktionsenthalpie Temperaturabhangigkeit von Gleichgewichtskonstanten 344 Obungsaufgaben 346

7 XIV Inhalt 21 Elektrochemie Elektrischer Strom Elektrolytische Leitung Elektrolyse Stochiometrische Gesetze bei der Elektrolyse Galvanische Zellen Die elektromotorische Kraft Elektrodenpotenziale Freie Reaktionsenthalpie und elektromotorische Kraft Konzentrationsabhangigkeit des Potenzials Potenziometrische Titration Elektrodenpotenziale und Elektrolyse Korrosion und Korrosionsschutz Galvanische Zellen fur den praktischen Gebrauch Brennstoffzellen 372 Obungsaufgaben Wasserstoff Vorkommen und physikalische Eigenschaften Herstellung von Wasserstoff Chemische Eigenschaften des Wasserstoffs Technische Verwendung von Wasserstoff 382 Obungsaufgaben Die Halogene Eigenschaften der Halogene Vorkommen und Herstellung der Halogene Interhalogen-Verbindungen A Halogenwasserstoffe Halogenide Oxosauren der Halogene Verwendung der Halogene 397 Obungsaufgaben Die Edelgase Vorkommen und Gewinnung der Edelgase Eigenschaften der Edelgase Verwendung der Edelgase 407

8 Inhalt XV 25 Die Elemente der 6. Hauptgruppe 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 478 Obungsaufgaben Die Elemente der 5. Hauptgruppe 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 Oxosauren des Stickstoffs Luftverschmutzung Oxide und Oxosauren des Phosphors Oxide und Oxosauren von Arsen, Antimon und Bismut Verwendung der Elemente der 5. Hauptgruppe 442 Obungsaufgaben Kohlenstoff, Silicium und Bor Allgemeine Eigenschaften der Elemente der 4. Hauptgruppe Die Strukturen der Elemente der 4. Hauptgruppe Vorkommen, Gewinnung und Verwendung von Kohlenstoff und Silicium Carbide, Silicide und Silane Oxide und Oxosauren des Kohlenstoffs Siliciumdioxid und Silicate Schwefel- und Stickstoff-Verbindungen des Kohlenstoffs Allgemeine Eigenschaften der Elemente der 3. Hauptgruppe Elementares Bor Bor-Verbindungen Borane (Borhydride) 463 Obungsaufgaben 464

9 XVI Inhalt 28 Metalle 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 Die Metalle der 4. Hauptgruppe Die Obergangsmetalle Die Lanthanoide 507 Obungsaufgaben Komplex-Verbindungen Struktur von Komplex-Verbindungen Stabilitat von Komplexen Nomenklatur von Komplexen Isomerie Die Bindungsverhaltnisse in Komplexen 514 Obungsaufgaben Organische Chemie, Teil I: Kohlenwasserstoffe Alkane Alkene Alkine A Arene Reaktionen der Kohlenwasserstoffe. Radikalische Substitution. Addition Cycloaddition und die Bedeutung der Orbitalsymmetrie fur chemische Reaktionen Reaktionen von Arenen. Elektrophile Substitution 539 Obungsaufgaben Organische Chemie, Teil II: Funktionelle Gruppen Halogenalkane. Nucleophile Substitution. Eliminierungsreaktionen Metallorganische Verbindungen Alkohole, Phenole und Thiole Ether Carbonyl-Verbindungen Carbonsauren und ihre Derivate 557

10 Inhalt XVII 31.7 Amine und Carbonsaureamide Aminosauren und Peptide Azo- und Diazo-Verbindungen Heterocyclische Verbindungen 569 Obungsaufgaben Spezielle Gebiete der organischen Chemie Stereochemie organischer Verbindungen Racemat-Trennung und Synthese chiraler Molekule Polymerchemie Supramolekulare Chemie 585 Obungsaufgaben IMaturstoffe und Biochemie Terpene Kohlenhydrate Fette, Ole und Wachse Botenstoffe, Hormone und Vitamine Naturliche Farbstoffe Proteine Nucleinsauren Proteinsynthese Gentechnik Enzyme und Coenzyme Schlussbemerkung: Chemie und Biochemie 622 Obungsaufgaben Kernchemie Der Atomkern Kernreaktionen Radioaktivitat Messung der Radioaktivitat Die radioaktive Zerfallsgeschwindigkeit Biologische Effekte der Radioaktivitat Radioaktive Zerfallsreihen Kunstliche Kernumwandlungen Kernspaltung Kernfusion Verwendung von radioaktiven Nucliden 650 Obungsaufgaben 652

11 XVIII Inhalt 35 Umgang mit gefahrlichen Stoffen Einteilung und Kennzeichnung der Gefahrstoffe Europaisches Gefahrstoffrecht Giftstoffe, Toxikologie 668 Obungsaufgaben 673 Anhang 675 A Normalpotenziale 676 B Gleichgewichtskonstanten 677 C Thermodynamische Daten 679 D Mittlere Bindungsenergien 680 E Losungen zu den Obungsaufgaben 687 Glossar 709 Sachverzeichnis 733 Bildnachweis 766 MalSeinheiten, Naturkonstanten Tabelle der Elemente Periodensystem der Elemente Periodensystem der Elemente, Naturkonstanten, Formelsammlung (Einsteckkartchen) vorderer Einband hinterer Einband Ausklapptafel am Buchende hinterer Einband