STUDIUM. Roland Benedix Bauchemie. Einführung in die Chemie für Bauingenieure und Architekten 4., überarbeitete und aktualisierte Auflage

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1 Roland Benedix Bauchemie Einführung in die Chemie für Bauingenieure und Architekten 4., überarbeitete und aktualisierte Auflage STUDIUM 11 VIEWEG+ TEUBNER

2 Inhalt 1 Allgemein-chemische Grundlagen Stoffe Gemische und reine Stoffe Elemente und chemische Verbindungen Massen- und Volumenverhältnisse bei chemischen Reaktionen Massenverhältnisse bei chemischen Reaktionen Volumenverhältnisse - Satz von Avogadro Allgemeine Zustandsgleichung der Gase Atom- und Molekülmasse Stoffinenge - Mol Konzentrationsmaße Stöchiometrische Berechnungen 18 2 Atombau und Periodensystem der Elemente Bau der Atome Bestandteile des Atoms - Isotope - Radioaktivität Radioaktivität von Baustoffen Aufbau der Elektronenhülle Bohrsches Atommodell Orbitalbild der Elektronen Periodensystem der Elemente Ordnungsprinzip der Elemente Periodizität wichtiger Eigenschaften 40 3 Chemische Bindung Ionenbindung Ausbildung von Ionen Wechselwirkung zwischen den Ionen - Gitterenergie Eigenschaften von Ionenverbindungen Atombindung (Kovalente Bindung) Elektronenpaarbindung - Modell von Lewis Überlappung von Orbitalen Räumliche Struktur der Moleküle: Hybridisierungsmodell Polarität einer Bindung - Elektronegativität Metallbindung Eigenschaften von Metallen - Metallischer Zustand Elektronengasmodell Energiebändermodell Intermolekulare Bindungskräfte Fester Zustand Struktur kristalliner Festkörper Struktur der Metalle Struktur ionischer Festkörper Legierungen 70 4 Die chemische Reaktion Stöchiometrie chemischer Reaktionen Energiebilanz chemischer Reaktionen Reaktionsenthalpie 75

3 vm Inhalt Bildungsenthalpie - Berechnung von Reaktionsenthalpien Satz von Hess Triebkraft chemischer Reaktionen - Freie Enthalpie Geschwindigkeit chemischer Reaktionen Allgemeine Betrachtungen Konzentrationsabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Katalyse Chemisches Gleichgewicht - Massenwirkungsgesetz Zustand des chemischen Gleichgewichts Massenwirkungsgesetz Beeinflussung der Lage des chemischen Gleichgewichts Heterogene Gleichgewichte 5 Luft und Luftinhaltsstoffe Zusammensetzung der Luft Physikalisch-chemische Eigenschaften der Luft Löslichkeit von Gasen Natürliche Luftinhaltsstoffe Stickstoff(Nz) Physikalisch-chemische Eigenschaften Ausgewählte Stickstoffverbindungen Sauerstoff Sauerstoff(Oz): Physikalisch-chemische Eigenschaften Ozon (0 3 ) Physikalisch-chemische Eigenschaften Stratosphärisches und troposphärisches Ozon - Ozonproblematik Kohlendioxid (COz) Physikalisch-chemische Eigenschaften Kohlensäure und Carbonate Kohlendioxid als Treibhausgas - Treibhauseffekt Luftschadstoffe Schwefeldioxid (SOz) Physikalisch-chemische Eigenschaften Schwefelsäuren und deren Salze Saurer oder London-Smog Stickoxide (NO, NOz) Schadwirkungen und Maßnahmen zu ihrer Verhinderung Saurer Regen und Folgeschäden Rauchgasentschwefelung - REA-Gips Entstickung von Rauchgas Abgaskatalyse bei Kraftfahrzeugen Wasser und wässrige Lösungen Wasser - Vorkommen und Bedeutung Struktur und Eigenschaften des Wassers Molekülstruktur - Dipolnatur - Wasserstoffbrückenbindung Anomalien des Wassers Dichteanomalie Oberflächenspannung - Benetzung - Kapillarität Grenzflächenaktive Verbindungen: Tenside

4 Inhalt IX Viskosität Wärmeleitfllhigkeit und spezifische Wärmekapazität Dampfdruck Dampfdruck reiner Flüssigkeiten - Phasendiagramme Kolligative Eigenschaften von Lösungen: Gefrierpunktserniedrigung und Siedepunktserhöhung Lösung und Löslichkeit Lösungsvorgang - Hydratation - Hydrate Einteilung von Lösungen nach ihrem Dispersionsgrad - Kolloide Löslichkeit - Löslichkeitsprodukt Wasser und Wasserinhaltsstoffe Härte des Wassers - Enthärtung Trinkwasser Wasser im Bauwesen Chemische Reaktionen in Lösung Komplexbildungsreaktionen Hydratation als Komplexbildung - Aufbau der Komplexe Analytische Bedeutung von Komplexverbindungen Elektrolyte und elektrolytische Leitfllhigkeit Elektrolyte - Elektrolytlösungen Elektrolytische Leitfllhigkeit - Aktivität Säure-Base-Reaktionen Säure-Base-Begriff Autoprotolyse des Wassers und ph-wert Indikatoren, Säure-Base-Titration, Normallösungen Stärke von Säuren und Basen Protolyse von Salzen Berechnung des pr-wertes Pufferlösungen Technisch und bauchemisch wichtige Säuren und Basen Redoxreaktionen - Grundlagen der Elektrocbemie Begriffe: Oxidation - Reduktion Formulieren von Redoxgleichungen Redoxreaktionen - Spannungsreihe Redoxvermögen der Metalle - Halbzellen Galvanische Zellen Standardelektrodenpotentiale - elektrochemische Spannungsreihe Triebkraft chemischer Reaktionen - Potentialdifferenz Folgerungen aus der elektrochemischen Spannungsreihe - Praktische Spannungsreihe Konzentrationsabhängigkeit der Elektrodenpotentiale: Nernstsche Gleichung und ihre Anwendung Elektrochemische Stromerzeugung Elektrolyse Redoxreaktionen in nichtwässrigem Milieu Cbemie der Baumetalle Eisen und Stahl Physikalische und chemische Eigenschaften des Eisens

5 X Inhalt Produkte des Hochofenprozesses Stahl Korrosion von Metallen Wesen der metallischen Korrosion - Korrosionstypen Rosten von Eisen Kontaktkorrosion Korrosion von Stahl Erscheinungsformen der Korrosion Korrosionsschutz Passiver Korrosionsschutz Aktiver Korrosionsschutz Nichteisenmetalle - Eigenschaften und Korrosionsverhalten AIUlIDiniUIID Kupfer Zink Blei Chrom Physikalisch-chemische Eigenschaften und Verwendung Chrom im Zement - Chromatreduzierer Cbemie nicbtmetalliscb-anorganiscber Baustoffe Minerale und Gesteine Gesteinsbildende Minerale Gesteine Magmatische Gesteine Sedimentgesteine - Kalkstein Metamorphe Gesteine Silicate und siliciulidorganische Verbindungen SiliciUlIDdioxid KieselsäUlTen Silicate Alkalimetallsilicate - Silicatklassen - Asbeste Technische Silicate (Künstliche Silicate) Gläser Tone und Tonkeramik SiliciUlIDorganische Verbindungen Anorganische Bindemittel Einleitende Bemerkungen - Historisches Baukalke Luftkalke Hydraulische Kalke Zemente Rohstoffe und Herstellung von Portlandzement Portlandzementklinker: Zusammensetzung und Eigenschaften Bestandteile von Normzementen Hauptbestandteile Nebenbestandteile CalciUlIDsulfat (Zement)Zusätze Realction des Zements mit Wasser Hydratation der Klinkerphasen 322

6 Inhalt XI Hydratation von Zementen Erstarren - Erstarrungsstörungen Aufbau und Eigenschaften des Zementsteins Zementarten - Spezialzemente Chemische Zusatzmittel und ihre Wirkungsweise Gipse und Anhydrite Vorkommen, Darstellung, Eigenschaften und Verwendung Erhärnlngsprozess Eigenschaften von Bindemitteln auf der Basis von CaS04 Magnesia- und Phosphatbinder Kalksandsandsteine und Porenbetone Umweltverträglichkeit von zementgebundenen Baustoffen Korrosion nichtmetallisch-anorganischer Baustoffe Korrosive Medien Chemischer Angriff auf zementgebundene Baustoffe Lösender Angriff Treibender Angriff Korrosiver Angriff auf die Bewehrung Carbonatisierung des Betons Chloridangriff Biokorrosion Salzablagerungen auf Bauwerksoberflächen (Ausblühungen) Maßnahmen zum Korrosionsschutz (Bautenschutz) O I.l.l Chemie organischer Stoffe im Bauwesen Grundklassen organischer Verbindungen Kohlenwasserstoffe Gesättigte Kohlenwasserstoffe: Alkane und Cycloalkane Ungesättigte Kohlenwasserstoffe: Alkene und Alkine Aromatische Kohlenwasserstoffe und Abkömmlinge Halogenalkane - FCKW Alkohole und Phenole Ether Aldehyde und Ketone Carbonsäuren und Ester Fette und Öle Heterocyclische Verbindungen Organische Lösungs- und Verdünnungsmittel Bitumen, Teer und Asphalt Bitumen und bitumenhaltige Bindemittel Teer und Pech Asphalte Kunststoffe Allgemeine Eigenschaften Aufbau und Struktur Einteilung der Kunststoffe nach ihren thermischen und mechanischen Eigenschaften Thermoplaste (Plastomere) Elastomere Duroplaste (Duromere) Hilfs-, Füll- und Verstärkungsstoffe in Polymeren Einteilung der Kunststoffe nach ihrer Bildungsreaktion

7 xn Inhalt Polymerisationskunststoffe (Polymerisate) Polykondensationskunststoffe (Polykondensate) Polyadditionskunststoffe (Polyaddukte) Kunststoffdispersionen Beton mit Kunststoffen Kunststotfmodifizierte Mörtel und Betone Reaktionsharzbeton und -mörtel Alterung von Kunststoffen Klebstoffe - Fugendichtstoffe - Kitte Holz und Holzschutz Aufbau und Zusammensetzung des Holzes Holzschutz Holzschutzmittel Luftschadstoffe in Innenräumen Einleitende Bemerkungen Schadstoffe in Innenräumen und Gebäuden Schwarze Ablagerungen in Wohnungen ("Fogging") Sick-Building-Syndrom Recycling von Baustoffen Allgemeine Bemerkungen Recyclingbaustoffe: Charakterisierung und Einteilung Anforderungen an Baustoffe aus Recyclingmaterial Bitumen- und pechhaltige Recyclingbaustoffe Baustoffrecycling heute: Eine kritische Bestandsaufnahme Hightech im Bauwesen: Anwendung der Nanotechnologie in Architektur und Bauwesen Was sind Nanoteilchen? Innovationsfelder fiir Nanotechnologien auf dem Bausektor Oberflächenfunktionalisierung Weitere Anwendungsfelder 501 Literatur 507 Sachwortverzeichnis 512 Anhang 1 Elemente, Symbole, Atommassen 535 Anhang 2 Molare Bildungsenthalpien ausgewählter Verbindungen 536 Anhang 3 Löslichkeiten einiger Salze 537 Anhang 4 Stärke von Säuren und Basen (pkg - und pk B -Werte) 538 Anhang 5 Elektrochemische Spannungsreihe 539 Anhang 6 Die 14 Bravais-Gitter 540 Anhang 7 Relative Molekülmassen bauchemisch wichtiger Verbindungen; Fundamentalkonstanten 541