Chemiefüringenieure. von Dr. rer. nat. Angelika Vinke, Prof. Dr.Gerolf Marbach, Prof. Dr. rer. nat. Johannes Vinke 2., überarbeitete Auflage

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1 Chemiefüringenieure von Dr. rer. nat. Angelika Vinke, Prof. Dr.Gerolf Marbach, Prof. Dr. rer. nat. Johannes Vinke 2., überarbeitete Auflage Oldenbourg Verlag München

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung 1 2 Atome Atomaufbau Isotope Bohrsches Atommodell Orbitalmodell: Entwicklung und Struktur Theorie nach de Broglie Heisenbergsche Unschärferelation Ergebnisse der Schrödingergleichung Atomorbitale und Quantenzahlen Aufbauprinzip der Elektronenschalen 22 Übungsaufgaben 27 3 Periodensystem der Elemente Perioden und Gruppen Periodizität der Eigenschaften Atom- und Ionenradien Metallcharakter Ionisierungsenergie Elektronenaffinität und Elektronegativität 37 Übungsaufgaben 38 4 Kernreaktionen Natürliche Kernumwandlungen Radioaktiver Zerfall Kinetik des radioaktiven Zerfalls Künstliche Kernumwandlungen Einfache Kernreaktionen Kernspaltung und Kernfusion 48 Übungsaufgaben 49

3 VI Inhaltsverzeichnis 5 Chemische Bindung Atombindung Einfachbindung sp 3 -Hybridorbitale Atomgitter (Diamant-Struktur) Doppelbindung und Dreifachbindung Bindungen in aromatischen Kohlenwasserstoffen Polare Atombindung Ionenbindung Metallbindung Elektronengasmodell und Energiebändertheorie Isolatoren und Halbleiter Dotierung Zwischenmolekulare Bindungen Van der Waals Bindungen Permanente Dipole Wasserstoffbrückenbindungen 80 Übungsaufgaben 80 6 Aggregatzustände der Stoffe Fester Zustand - Kristallgitter Flüssiger Zustand Verdampfungsprozess Siedepunkt Schmelzpunkt (Gefrierpunkt) Gasförmiger Zustand Ideale Gase Reale Gase 87 Übungsaufgaben 88 7 Energetik chemischer Reaktionen - Thermodynamik Verlauf chemischer Reaktionen - Definition eines Systems Hauptsatz der Thermodynamik Hauptsatz der Thermodynamik Hess'scher Wärmesatz 94 Übungsaufgaben 95 8 Chemische Kinetik Energie der zusammenstoßenden Teilchen - Aktivierungsenergie E& Orientierung der Reaktionspartner zueinander Reaktionsgeschwindigkeit v 99

4 Inhaltsverzeichnis VII 8.4 Reaktionsordnung Reaktion 0. Ordnung Reaktion 1. Ordnung Reaktion 2. Ordnung Molekularität 102 Übungsaufgaben Stöchiometrie Chemische Formeln und Molekulargewicht Stoffmenge und Avogadrokonstante Molvolumen Reaktionen in Lösung Stoffmengenkonzentration und Äquivalentkonzentration Verdünnte Lösungen Chemische Reaktionsgleichungen Stöchiometrische Massenberechnungen 114 Übungsaufgaben Chemisches Gleichgewicht Massenwirkungsgesetz Massenwirkungsgesetz für homogene Systeme Massenwirkungsgesetz für heterogene Systeme Prinzip vom kleinsten Zwang Konzentrationsänderung Temperaturänderung Druckänderung Katalysator Anwendungsbeispiele für das Prinzip des kleinsten Zwanges 129 Übungsaufgaben Säuren und Basen Autoprotolyse des Wassers - Ionenprodukt Ionenprodukt des Wassers ph-wert Säure- und Baseverhalten Säuren und Basen nach Brönsted Säure-Base-Verhalten im Periodensystem Säure- und Basegleichgewichte Säure- und Basekonstanten ph-wert-berechnung 143 Übungsaufgaben 150

5 VIII Inhaltsverzeichnis 12 Redoxreaktionen Oxidation und Reduktion Oxidationszahl Redoxgleichungen 156 Übungsaufgaben Elektrochemie 1 - Grundlagen Strom, Spannung und Widerstand Elektrolytische Leitfähigkeit Elektrochemische Zellen Elektromotorische Kraft Elektrodenpotential Entstehung Messung Elektrochemische Spannungsreihe Elektrodenpotential und Konzentration EMK-Berechnung Konzentrationskette 172 Übungsaufgaben Elektrochemie 2 - Anwendungen Elektrolyse Galvanische Zellen Primärelemente (Batterien) Sekundärelemente (Akkumulatoren) Brennstoffzellen Korrosion Chemische und elektrochemische Korrosion Korrosionsarten Korrosionsschutz Potentiometrie Messung des ph-wertes Messung des 0 2 -Gehalts 189 Übungsaufgaben 190 Lösungen zu den Übungsaufgaben 193 Literatur 211 Index 213 Formelzeichen, Abkürzungen 219