Inhalt. 1 Einleitung 1. 2 Einführung in die Atomtheorie Stöchiometrie, Teil I: Chemische Formeln 25

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1 XI 1 Einleitung Historische Entwicklung der Chemie Elemente, Verbindungen, Gemische Stofftrennung Maßeinheiten Genauigkeit und signifikante Stellen 12 Übungsaufgaben 14 2 Einführung in die Atomtheorie Die Dalton-Atomtheorie Das Elektron Das Proton Das Neutron Aufbau der Atome Atomsymbole Isotope Atommassen 22 Übungsaufgaben 24 3 Stöchiometrie, Teil I: Chemische Formeln Moleküle und Ionen Empirische Formeln Das Mol Prozentuale Zusammensetzung von Verbindungen Ermittlung chemischer Formeln 31 Übungsaufgaben 33 4 Stöchiometrie, Teil II: Chemische Reaktionsgleichungen Chemische Reaktionsgleichungen Begrenzende Reaktanden Ausbeute bei chemischen Reaktionen Konzentration von Lösungen 40 Übungsaufgaben 42

2 XII 5 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen Energiemaße Temperatur und Wärme Kalorimetrie Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie Der Satz von Hess Bildungsenthalpien Bindungsenergien 54 Übungsaufgaben 57 6 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 Übungsaufgaben 87 7 Eigenschaften der Atome und die Ionenbindung Atomgröße Ionisierungsenergien Elektronenaffinitäten Die Ionenbindung Gitterenergie Arten von Ionen Ionenradien Nomenklatur von Ionenverbindungen 103 Übungsaufgaben Die kovalente Bindung Konzept der kovalenten Bindung Übergänge zwischen Ionenbindung und kovalenter Bindung Elektronegativität Formalladungen Mesomerie (Resonanz) Nomenklatur von binären Molekülverbindungen 118 Übungsaufgaben 119

3 XIII 9 Molekülstruktur, Molekülorbitale Ausnahmen zur Oktettregel Elektronenpaar-Abstoßung und Molekülstruktur Hybridorbitale Molekülorbitale Molekülorbitale in mehratomigen Molekülen Delokalisierte Bindungen Stark polare kovalente Bindungen Hypervalente Atome Die metallische Bindung Halbleiter 145 Übungsaufgaben Gase 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 164 Übungsaufgaben Flüssigkeiten Intermolekulare Anziehungskräfte Wasserstoff-Brücken Der flüssige Zustand Verdampfung Dampfdruck Siedepunkt Verdampfungsenthalpie Gefrierpunkt Dampfdruck von Festkörpern Phasendiagramme 180 Übungsaufgaben Feststoffe Arten von kristallinen Feststoffen Kristallstruktur und Symmetrie Kristallstrukturen von Metallen Ionenkristalle Defektstrukturen Flüssigkristalle Nanostrukturen 197 Übungsaufgaben 199

4 XIV 13 Strukturaufklärung Röntgenbeugung Kernmagnetische Resonanz-Spektroskopie 206 Übungsaufgaben Lösungen 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 Elektrolyt-Lösungen Interionische Wechselwirkungen in Lösungen Kolloide Lösungen und Gele Tenside und Mizellen Ionische Flüssigkeiten 233 Übungsaufgaben Reaktionen in wässriger Lösung Metathese-Reaktionen Oxidationszahlen Reduktions-Oxidations-Reaktionen Arrhenius-Säuren und -Basen Saure und basische Oxide Nomenklatur von Säuren, Hydroxiden und Salzen Volumetrische Analyse Äquivalentmasse und Äquivalentkonzentration 253 Übungsaufgaben Reaktionskinetik Reaktionsgeschwindigkeit Konzentrationsabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Zeitabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Einstufige Reaktionen Geschwindigkeitsgesetze für einstufige Reaktionen Reaktionsmechanismen Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Katalyse 273 Übungsaufgaben 276

5 XV 17 Das chemische Gleichgewicht Reversible Reaktionen und chemisches Gleichgewicht Die Gleichgewichtskonstante K c Die Gleichgewichtskonstante K p Das Prinzip des kleinsten Zwanges 286 Übungsaufgaben Säuren und Basen Das Arrhenius-Konzept Das Brønsted-Lowry-Konzept Die Stärke von Brønsted-Säuren und -Basen Säurestärke und Molekülstruktur Das Lewis-Konzept Lösungsmittelbezogene Säuren und Basen 300 Übungsaufgaben Säure-Base-Gleichgewichte Das Ionenprodukt des Wassers. ph-wert Schwache Elektrolyte Indikatoren Pufferlösungen Mehrprotonige Säuren Salze schwacher Säuren und Basen Säure-Base-Titrationen Erweiterung des Säure-Base-Konzepts auf Festkörper 324 Übungsaufgaben Löslichkeitsprodukt und Komplex-Gleichgewichte Das Löslichkeitsprodukt Fällungsreaktionen Fällung von Sulfiden Komplex-Gleichgewichte 336 Übungsaufgaben Grundlagen der chemischen Thermodynamik Der erste Hauptsatz der Thermodynamik Enthalpie Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik Die freie Enthalpie Freie Standard-Enthalpien Absolute Entropien Gleichgewicht und freie Reaktionsenthalpie Temperaturabhängigkeit von Gleichgewichtskonstanten 353 Übungsaufgaben 355

6 XVI 22 Elektrochemie Elektrischer Strom Elektrolytische Leitung Elektrolyse Stöchiometrische Gesetze bei der Elektrolyse Galvanische Zellen Die elektromotorische Kraft Elektrodenpotenziale Freie Reaktionsenthalpie und elektromotorische Kraft Konzentrationsabhängigkeit des Potenzials Potenziometrische Titration Elektrodenpotenziale und Elektrolyse Korrosion und Korrosionsschutz Elektrochemische Herstellung von nanostrukturierten Materialien Galvanische Zellen für den praktischen Gebrauch Brennstoffzellen 383 Übungsaufgaben Wasserstoff Vorkommen und physikalische Eigenschaften Herstellung von Wasserstoff Chemische Eigenschaften des Wasserstoffs Technische Verwendung von Wasserstoff 392 Übungsaufgaben Die Halogene Eigenschaften der Halogene Vorkommen und Herstellung der Halogene Interhalogen-Verbindungen Halogenwasserstoffe Halogenide Oxosäuren der Halogene Verwendung der Halogene 407 Übungsaufgaben Die Edelgase Vorkommen und Gewinnung der Edelgase Eigenschaften der Edelgase Verwendung der Edelgase 411

7 XVII 26 Die Elemente der 6. Hauptgruppe (Gruppe 16) 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 428 Übungsaufgaben Die Elemente der 5. Hauptgruppe (Gruppe 15) 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 452 Übungsaufgaben 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 Oxosäuren des Kohlenstoffs Siliciumdioxid und Silicate Schwefel- und Stickstoff-Verbindungen des Kohlenstoffs Allgemeine Eigenschaften der Elemente der 3. Hauptgruppe (Gruppe 13) Elementares Bor Bor-Verbindungen Borane (Borhydride) 474 Übungsaufgaben 475

8 XVIII 29 Metalle 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 Übergangsmetalle Die Lanthanoide 509 Übungsaufgaben Komplex-Verbindungen Struktur von Komplex-Verbindungen Stabilität von Komplexen Nomenklatur von Komplexen Isomerie Die Bindungsverhältnisse in Komplexen 523 Übungsaufgaben Organische Chemie, Teil I: Kohlenwasserstoffe Alkane Alkene Alkine Arene Reaktionen der Kohlenwasserstoffe. Radikalische Substitution. Addition Cycloaddition und die Bedeutung der Orbitalsymmetrie für chemische Reaktionen Reaktionen von Arenen. Elektrophile Substitution 548 Übungsaufgaben Organische Chemie, Teil II: Funktionelle Gruppen Halogenalkane. Nucleophile Substitution. Eliminierungsreaktionen Metallorganische Verbindungen Alkohole, Phenole und Thiole Ether Carbonyl-Verbindungen Carbonsäuren und ihre Derivate Amine und Carbonsäureamide Aminosäuren und Peptide 579

9 XIX 32.9 Azo- und Diazo-Verbindungen Heterocyclische Verbindungen 581 Übungsaufgaben Stereochemie, Polymerchemie und supramolekulare Chemie Stereochemie organischer Verbindungen Racemat-Trennung und Synthese chiraler Moleküle Polymerchemie Supramolekulare Chemie 599 Übungsaufgaben Naturstoffe und Biochemie Terpene Kohlenhydrate Fette, Öle und Wachse Botenstoffe, Hormone und Vitamine Natürliche Farbstoffe Proteine Nucleinsäuren Proteinsynthese Gentechnik Enzyme und Coenzyme Schlussbemerkung: Chemie und Biochemie 636 Übungsaufgaben Kernchemie Der Atomkern Kernreaktionen Radioaktivität Messung der Radioaktivität Die radioaktive Zerfallsgeschwindigkeit Biologische Effekte der Radioaktivität Radioaktive Zerfallsreihen Künstliche Kernumwandlungen Kernspaltung Kernfusion Verwendung von radioaktiven Nucliden 663 Übungsaufgaben 666

10 XX 36 Umgang mit gefährlichen Stoffen Einteilung und Kennzeichnung der Gefahrstoffe Europäisches Gefahrstoffrecht Giftstoffe, Toxikologie 681 Übungsaufgaben 686 Anhang 687 A Normalpotenziale 688 B Gleichgewichtskonstanten 689 CThermodynamische Daten 691 DMittlere Bindungsenergien 692 E Lösungen zu den Übungsaufgaben 693 Glossar 721 Sachverzeichnis 745 Maßeinheiten, Naturkonstanten vorderer Einband Tabelle der Elemente hinterer Einband Periodensystem der Elemente Ausklapptafel am Buchende Periodensystem der Elemente, Naturkonstanten, Formelsammlung (Einsteckkärtchen) hinterer Einband