Chemie für Ingenieure für Dummies

Transkript

1 UUle Böhme Chemie für Ingenieure für Dummies ~ WlLEY VCH WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

2 In"a'ts~erzeic"nis EinführunfJ Über dieses Buch Voraussetzungen Wie dieses Buch aufgebaut ist Teil I: Wofür wir Chemiebrauchen Teil II: Konzepte und Model1e in der Chemie Teil III: Anorganische Chemie Teil IV: Organische Chemie Teil V: DerTop-Ten-Teil Anhänge Symbole, die in diesem Buchverwendet werden Wie es weitergeht Teil J Wofür wir Chemie brauchen Kapitell Chemie im Al/tafJ Chemie in der Küche Kaffee, Tee und Tabak Alles wird sauber mit Waschmitteln Edelsteine und Zahnpasta Pigmenteund Farbstoffe Chemie früher und heute Kapitel 2 Chemie im Beruf Bauchemie, Geschirrund Zahnersatz Metalle und Legierungen als Werkstoffe Korrosion - der Feind des Ingenieurs Künstliche und natürliche Makromoleküle Dünger und Sprengstoffe Brennstoffe, Kraftstoffe, Schmierstoffe und Straßenbelag

3 Chemie für InfJenieure für Dummies Teil JJ Konzepte und Modelle in der Chemie Kapitel 3 Die Sprache der Chemiker - Formeln, GleichunfJen, SlJmbole Chemische Formeln Gleichungen Symbole Chemische Verbindungen benennen DasMol als Maß für die Stoffmenge Kapitel 11 Die Struktur der Atome Der Atombau DasAufbauprinzip Gestalt der Orbitale s-orbitale p-orbitale d-orbitale Kapitel 5 Das PeriodenslJstem Periodizität der Eigenschaften DieElektronegativität als Hilfsmittel zur Orientierung Verschiedene Darstellungsweisen des PSE»Familien«im PSE Hauptgruppen Nebengruppen Lanthanoide und Actinoide Metalle, Halbmetalle, Nichtmetalle Kapitel 6 ßindunfJsmodelle in der Chemie Metallbindungen Gitterstrukturen der Metalle Ionenbeziehungen Zwischen Ionenbeziehung und Atombindung Atombindungen Lewis-Formeln Die Geometrie von Molekülen Molekülorbitaltheorie Valenzstrukturtheorie Von Molekülen zum Festkörper - das Bändermodell

4 Inhaltstlerze;chn;s K«pitel7 Chemilche Re«ktionen 91 Wärmeabgabe oder-aufnahrne bei Reaktionen 91 Die Wärmelehre 93 Das chemische Gleichgewicht 96 Verschiebung deschemischen Gleichgewichts 97 Die Reaktionsgeschwindigkeit 98 Katalysatoren 99 Kapitel B Sduren und B«sen 10 1 Säurenund Basen nacharrhenius 101 Säurenund Basen nach Brensted 101 Der ph-wert 104 Alles unter Kontrolle: Pufferlösungen 105 Messung des ph-werts 106 Säurenund Basen nach Lewis 106 Hart und weich im Reich der Säurenund Basen 107 Nicht Superman, sondernsupersäure 108 Kapitel 9 Elektrochemie 109 Redoxreaktionen 109 Oxidation 109 Reduktion 110 Des einenverlust ist des anderen Gewinn HO Das Standardelektrodenpotenzial 112 Elektrolyse 114 Von der Taschenlampe zum Laptop - elektrochemische Stromquellen 116 Die Taschenlampenbatterie 116 DerNickel-Cadmium-Akkumulator 117 Der Nickel-Metallhydrid-Akkumulator 117 Bleiakkumulatoren 118 Lithium-Ionen-Akkumulatoren 118 Brennstoffzellen 118

5 Chemie für In,enieure für Dummies TeilllJ Anort}tmische Chemie Kapitel 10 Wasserstoff und Wasser Wasser Struktur des Wassers Eigenschaften deswassers Salzhydrate Wasserreinigung und Wasserenthärtung Brennstoffzellen Herstellung und Eigenschaften von Wasserstoff Herstellung Eigenschaften Verwendung Hydride Ionische Hydride Metallische Hydride Kovalente Hydride Hydridekomplexe Kapitel 11 Elektropositi"e Elemente Metalle durch Schmelzflusselektrolyse Wichtige Verbindungen der Alkalimetalle Chloride Hydroxide Natriumsulfat Nitrate Carbonate Elektrolytelemente in der Biochemie Chlorophyll Kalk/Zement/Gips Bor und seineverbindungen Wichtige Verbindungen des Bors Aluminium und seineverbindungen Wichtige Verbindungen desaluminiums Metallorganische Verbindungen der Hauptgruppenelemente

6 Inhaftsl!erzeichnis Kapitel 72 (10m Kohlenstoff zum Blei - die ~. HauptfJruppe Kohlenstoff Elementarer Kohlenstoff Reaktionsverhalten von Kohlenstoff Verbindungen des Kohlenstoffs Silicium Darstellung Verwendung Reaktionsverhalten von Silicium Verbindungen des Siliciums Germanium, Zinn und Blei Die Elemente Verbindungen vongermanium, Zinn und Blei Bleiakkumulator Kapitel 73 Die Nichtmetalle Stickstoff Stickstoffwasserstoffverbindungen Oxide und Säurendes Stickstoffs Phosphor Modifikationen des Phosphors Bindungsverhältnisse beim Phosphor Verbindungen des Phosphors Arsen, Antimon, Wismut Giftiges Arsen Sauerstoff Ozon Wasserstoffperoxid Eigenschaften von Oxiden Schwefel Verbindungen des Schwefels Kapitel 7~ Halofene und Edelfase Fluor Chlor, Brom und Iod Eigenschaften und Verwendung Verbindungen der Halogene Pseudohalogene und Pseudohalogenide Edelgase Verwendung Edelgasverbindungen

7 Chemie für Ingenieure für Dummies Kapitel 75 Die Nebenijruppenelemente im Überblick 275 Vergleichende Übersicht über die Eigenschaften der d- und f-elemente 215 Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen Haupt- und Nebengruppenelementen - das Beispiel Magnesium und Zink 217 Herstellung und Verwendung der Metalle 218 Anreicherung der Erze 218 Darstellung der Metal1e 219 Reinigung der Metal1e 220 Verwendung der Metal1e 221 Metallorganische Verbindungen der Übergangsmetalle 224 Katalyse mit Übergangsmetallen 225 Elementarreaktionen 227 Beispiele für Komplexkatalysen 228 Kapitel 76 KompleXflerbindunijen 239 Der Chelateffekt 240 Namen von Komplexverbindungen 242 Geometrie von Komplexverbindungen 243 Isomerie von Komplexverbindungen 244 Bindungsverhältnisse in Komplexverbindungen 246 Die Iß-Valenzelektronenregel 247 Valenzbindungstheorie 247 Ligandenfeldtheorie 251 Kapitel 77 Die Eiijenschaften der Nebenijruppenelemente 267 Die 3. Nebengruppe 261 Lanthanoide und Actinoide 262 Kernspaltung und Kernreaktoren Nebengruppe Nebengruppe Nebengruppe 272 Chromverbindungen 274 Molybdän- und Wolframverbindungen Nebengruppe Nebengruppe 281 Eisen 282 Korrosion 284 Eisen(11)-Verbindungen 285 Eisentllll-Verbindungen 286 Eisenkomplexe in der Natur 287 Cobalt 288 Cobaltllll-Verbindungen 289

8 InhaftS(1erze;chn;s Cobalttllll-Verbindungen Vitamin B 12 Nickel Oktaedrische Nickel(II)-Komplexe Tetraedrische Nickel(II)-Komplexe Quadratisch-planare Nickel(II)-Komplexe Nickel(O)-Komplexe Platinmetalle 1. Nebengruppe Kupfer Silber Gold 2. Nebengruppe Zink Cadmium Quecksilber Teit IV OrfJanische Chemie Kapitel 78 Kohlenwasserstoffe Einteilung der Kohlenwasserstoffe Alkane und Cycloalkane Ceradkettige Alkane Verzweigte Alkane Ringförmige Alkane Namen vonalkanen Alkene Alkine Aromaten Erdöl Verarbeitung des Erdöls Erdgas Kohle Kapitel 79 WichtifJe tlerhindunfslclassen der OrfJanilchen Chemie Alkohole Reaktionen der Alkohole Aldehyde und Ketone Reaktivität der Carbonylverbindungen Carbonsäuren Carbonsäurederivate

9 Chemie für Inflenieure für Dummies Ether 357 Amine 358 Heterocyclen 360 Organische Halogenverbindungen 366 Fazit 369 Es gibt so viel mehr da draußen 369 Kapite( 20 WichtifJe ReaktionstlJpen in der OrfJanischen Chemie 371 Austausch von Atomen - die Substitution 371 Radikalische Substitution 371 Nukleophile Substitution 373 Metaliierung 375 Elektrophile aromatische Substitution 375 Hinzufügen oder Wegnehmen von Atomen - Eliminierungund Addition 381 Eliminierung 381 Addition 382 Änderung der Oxidationsstufe - Oxidation und Reduktion 383 Oxidation und Dehydrierung 384 Reduktion 385 Kapite( 21 Kunststoffe und PO(lJmere 387 Polymerisation 387 Synthetischer und natürlicher Kautschuk 393 Polykondensation 394 Polyaddition 400 Eigenschaften von Kunststoffen 401 Thermoplaste 402 Duroplaste 403 Elastomere 403 Die Qual der Wahl 403 Kapite( 22 Naturstoffe!lOS Kohlenhydrate 405 Monosaccharide 405 Disaccharide 408 Polysaccharide 408 Lipide 410 Fette und Öle 411 Wachse 412 Komplexe Lipide 412 Proteine 413 Struktur von Proteinen 415

10 Inhaltsflerzeichnis Nukleinsäuren Aufbau von Nukleotiden Ein Bauplan für die DNS Die Bausteine des Lebens Überall sind Naturstoffe Teil V Der Top- Ten- Teil Kapitel 23 Zehn wichtilje Moleküle Wasser Kohlendioxid Natriumchlorid - Kochsalz Ammoniak Glucose Adrenalin Koffein Acetylsalicylsäure 2-Phenylethanol VitaminA Kapitel 21, Zehn Tipps für Studenten Positiv Denken! SchreibenSie in Vorlesungen mitl Nutzen Sie die Seminare und Übungen! Lösen SieAufgaben! Praktikawährend des Studiums Stellen Sie sich vor! s Lernen Sie langfristig! Eine Prüfung ist ein wichtiges Ereignis! Dresscode Kapitel 25 Zehn Tipps für wissenschaftliches Arbeiten Das Thema DerBetreuer Machen Sie sich einen Zeitplan Lesen Sie die Fachliteratur SchreibenSie Protokolle Das Konzept der Arbeit Die Arbeit schreiben , , ,

11 Sprache und Stil Vorsicht bei der Nutzung des Internets Zitateund Literaturangaben AnhanfJ A Hilfreiche Webseiten AnhanfJ 8 Chemische Größen, Einheiten, Konstanten Stichworttlerzeichnis