2 Einführung in die Atomtheorie. 5 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen. 6 Die Elektronenstruktur der Atome

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1 Auf einen Blick Grundlage und Atomtheorie 1 Einleitung 2 Einführung in die Atomtheorie Stöchiometrie 3 Stöchiometrie I 4 Stöchiometrie II 5 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen Atome und chemische Bindung 6 Die Elektronenstruktur der Atome 7 Eigenschaften der Atome und die lonenbindung 8 Die kovalente Bindung 9 Molekülstruktur, Molekülorbitale Gase, Flüssigkeiten, Feststoffe und Lösungen 10 Gase 11 Flüssigkeiten 12 Feststoffe 13 Strukturaufklärung 14 Lösungen Gesetzmäßigkeiten chemischer Reaktionen 15 Reaktionen in wässriger Lösung 16 Reaktionskinetik 17 Das chemische Gleichgewicht 18 Säuren und Basen 3B9 19 Säure-Base-Gleichgewichte 20 Löslichkeitsprodukt und Komplex-Gleichgewichte 21 Grundlagen der chemischen Thermodynamik 22 Elektrochemie 9 Stoffchemie der Elemente 23 Wasserstoff 24 Halogene 25 Die Edelgase 26 Die Elemente der 6. Hauptgruppe (Gruppe 16) 27 Die Elemente der 5. Hauptgruppe (Gruppe 15) 28 Kohlenstoff, Silicium und Bor 29 Metalle 30 Komplex-Verbindungen Organische Chemie und Biochemie 31 Organische Chemie Teil I: Kohlenwasserstoffe 32 Organische Chemie Teil II: Funktionelle Gruppen 33 Stereochemie, Polymerchemie und supramolekulare Chemie 34 Naturstoffe und Biochemie Kernchemie 35 Gefahrstoffe 36 Umgang mit gefährlichen Stoffen Anhang 650

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Historische Entwicklung der Chemie Elemente, Verbindungen, Gemische Stofftrennung Maßeinheiten Genauigkeit und signifikante Stellen Mittelwert und Standardabweichung 30 2 Einführung in die Atomtheorie Die Dalton-Atomtheorie Das Elektron Das Proton Das Neutron Aufbau der Atome Atomsymbole Isotope Atommassen 38 3 Stöchiometrie Teil I: Chemische Formeln Moleküle und Ionen Empirische Formeln Das Mol Prozentuale Zusammensetzung von Verbindungen Ermittlung chemischer Formeln 46 4 Stöchiometrie Teil II: Chemische Reaktionsgleichungen Chemische Reaktionsgleichungen Begrenzende Reaktanden Ausbeute bei chemischen Reaktionen Konzentration von Lösungen 54 5 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen Energiemaße Temperatur und Wärme Kalorimetrie Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie Der Satz von Hess Bildungsenthalpien Bindungsenergien 68 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 96 7 Eigenschaften der Atome und die lonenbindung Atomgröße lonisierungsenergien Elektronenaffinitäten Die lonenbindung Gitterenergie Arten von Ionen lonenradien Nomenklatur von lonenverbindungen Die kovalente Bindung Konzept der kovalenten Bindung Übergänge zwischen lonenbindung und kovalenter Bindung Elektronegativität Formalladungen Mesomerie (Resonanz) Nomenklatur von binären Molekülverbindungen Molekülstruktur, Molekülorbitale Ausnahmen zur Oktettregel Elektronenpaar-Abstoßung und Molekülstruktur Hybridorbitale Molekülorbitale Molekülorbitale in mehratomigen Molekülen Delokalisierte Bindungen Stark polare kovalente Bindungen

3 9.8 Hypervalente Atome Die Bindung in Metallen Halbleiter Gase Druck Das Avogadro-Gesetz Das ideale Casgesetz Stöchiometrie und Gasvolumina Die kinetische Gastheorie Das Dalton-Gesetz der Partialdrücke Molekülgeschwindigkeiten in Gasen Das Graham-Effusionsgesetz Reale Gase Verflüssigung von Gasen Flüssigkeiten Intermolekulare Anziehungskräfte Wasserstoff-Brücken Der flüssige Zustand Verdampfung Dampfdruck Siedepunkt Verdampfungsenthalpie Gefrierpunkt und Schmelzpunkt Dampfdruck von Festkörpern Zustandsdiagramme Feststoffe Arten von kristallinen Feststoffen Kristallstruktur und Symmetrie Kristallstrukturen von Metallen lonenkristalle Defektstrukturen Flüssigkristalle Nanostrukturen Strukturaufklärung Röntgenbeugung Kernmagnetische Resonanz- Spektroskopie 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 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 Reaktionskinetik Reaktionsgeschwindigkeit Konzentrationsabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Zeitabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Einstufige Reaktionen Geschwindigkeitsgesetze für einstufige Reaktionen Reaktionsmechanismen Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Katalyse 266

4 17 Das chemische Gleichgewicht Reversible Reaktionen und chemisches Gleichgewicht Die Cleichgewichtskonstante K c Die Cleichgewichtskonstante K p Das Prinzip des kleinsten Zwanges Säuren und Basen Das Arrhenius-Konzept Das Brensted-Lowry-Konzept Die Stärke von Bransted-Säuren und -Basen Säurestärke und Molekülstruktur Das Lewis-Konzept Lösungsmittelbezogene Säuren und Basen Säure-Base-Gleichgewichte Das lonenprodukt des Wassers. ph-wert Schwache Elektrolyte Indikatoren Pufferlösungen Mehrprotonige Säuren Salze schwacher Säuren und Basen Säure-Base-Titrationen Löslichkeitsprodukt und Komplex-Gleichgewichte Das Löslichkeitsprodukt Fällungsreaktionen Fällung von Sulfiden Komplex-Gleichgewichte 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 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 Wasserstoff Vorkommen und physikalische Eigenschaften Herstellung von Wasserstoff Chemische Eigenschaften des Wasserstoffs Technische Verwendung von Wasserstoff Halogene Eigenschaften der Halogene Vorkommen und Herstellung der Halogene Halogenwasserstoffe Interhalogen-Verbindungen Halogenide Oxosäuren der Halogene Verwendung der Halogene

5 25 Die Edelgase Vorkommen und Gewinnung der Edelgase Eigenschaften der Edelgase Verwendung der Edelgase 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 Tellurverbindungen in der Oxidationsstufe + IV Schwefel-, Selen- und Tellurverbindungen in der Oxidationsstufe + VI Verwendung von Schwefel, Selen und Tellur 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 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 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) 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 Komplex-Verbindungen Struktur von Komplex-Verbindungen Stabilität von Komplexen Nomenklatur von Komplexen Isomerie Die Bindungsverhältnisse in Komplexen Organische Chemie Teil I: Kohlenwasserstoffe Alkane Alkene Alkine 515

6 31.4 Arene Reaktionen der Kohlenwasserstoffe. Radikalische Substitution. Addition Cydoaddition und die Bedeutung der Orbitalsymmetrie für chemische Reaktionen Reaktionen von Arenen. Elektrophile Substitution Nudeophile Substitution am Aromaten Organische Chemie Teil II: Funktionelle Gruppen Halogenalkane. Nudeophile Substitution. Eliminierungsreaktionen Metallorganische Verbindungen Alkohole, Phenole und Thiole Ether Carbonyl-Verbindungen Carbonsäuren und ihre Derivate Amine und Carbonsäureamide Aminosäuren und Peptide Azo- und Diazo-Verbindungen Heterocyclische Verbindungen Stereochemie, Polymerchemie und supramolekulare Chemie Stereochemie organischer Verbindungen Racemat-Trennung und Synthese chiraler Moleküle Polymerchemie Supramolekulare Chemie Naturstoffe und Biochemie Terpene Kohlenhydrate Fette, Öle und Wachse Botenstoffe, Hormone und Vitamine Natürliche Farbstoffe Proteine Nucleinsäuren Proteinsynthese Gentechnik Enzyme und Coenzyme Schlussbemerkung: Biochemie und Chemie Kernchemie Der Atomkern Kernreaktionen Radioaktivität Messung der Radioaktivität Die radioaktive Zerfallsgeschwindigkeit Biologische Effekte der Radioaktivität Radioaktive Zerfallsreihen Künstliche Kernumwandlungen Kernspaltung Kernfusion Verwendung von radioaktiven Nudiden Umgang mit gefährlichen Stoffen Einteilung und Kennzeichnung der Gefahrstoffe Europäisches Gefahrstoffrecht Giftstoffe, Toxikologie Anhang Anhang A: Normalpotenziale bei 25 C Anhang B: Gleichgewichtskonstanten bei 25 C Anhang C: Thermodynamische Daten bei 25 C Anhang D: Mittlere Bindungsenergien Anhang E: Lösungen zu den Übungsaufgaben Glossar 684 Sachverzeichnis