Wie schreibe ich ein Chemiebuch

Transkript

1 Springer-Lehrbuch

2 Chemie-Basiswissen Kompakt, übersichtlich, lernfreundlich für ein erfolgreiches Studium Geeignet für Bachelor- und Masterstudiengänge Allgemeine Chemie Chemie-Basiswissen I Latscha, Hans Peter, Klein, Helmut Alfons, Mutz, Martin 10., vollst. überarb. Aufl., 2011, 306 S., 139 Abb., Geb. ISBN: Organische Chemie Chemie-Basiswissen II Latscha, Hans Peter, Kazmaier, Uli, Klein, Helmut Alfons 6., vollst. überarb. Aufl., 2008, XXVI, 620 S., 91 Abb., Geb. ISBN: Analytische Chemie Chemie-Basiswissen III Latscha, Hans Peter, Linti, Gerald W., Klein, Helmut Alfons 4., vollst. überarb. Aufl., 2004, XV, 513 S., 177 Abb., 100 in Farbe, Geb. ISBN: Chemie der Elemente Chemie-Basiswissen IV Latscha, Hans Peter, Mutz, Martin 1. Aufl., 2011, XIII, 284 S., 83 Abb., Geb. ISBN:

3 Hans Peter Latscha Martin Mutz Chemie der Elemente Chemie-Basiswissen IV 123

4 Prof. Dr. Hans Peter Latscha Ladenburger Str Heidelberg Deutschland Dr. Martin Mutz Braustr Mannheim Deutschland ISSN ISBN e-isbn DOI / Springer Heidelberg Dordrecht London New York Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. c Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Einbandentwurf: WMXDesign GmbH, Heidelberg Gedruckt auf säurefreiem Papier Springer ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media (

5 Vorwort Aufgrund der Einführung eines einheitlichen europäischen Hochschulwesens bis zum Jahr 2010 ( Bologna-Prozess ) kam es zur Umstrukturierung der Lehrpläne weg vom Vordiplom/Diplomstudiengang hin zum Bachelor (B.Sc.)/Masterstudiengang (M.Sc.). Es macht deshalb Sinn, unser erfolgreiches Konzept des Basiswissens zu erweitern und den Stoff neu aufzuteilen. Das bisherige Basiswissen I Anorganische Chemie wird zum Basiswissen I Allgemeine Chemie und Basiswissen IV Chemie der Elemente. Dieser Band befasst sich mit der anorganischen Chemie (Stoffchemie), mit den Elementen und wichtigen Verbindungen. Wir sind davon überzeugt, dass vertiefte Kenntnisse in der Stoffchemie eine gute Grundlage für das Verständnis der Chemie insgesamt bilden. Basiswissen IV Chemie der Elemente soll vor allem eine Hilfe bei der Erarbeitung chemischer Grundkenntnisse sein für: Chemiestudenten an Universitäten und Fachhochschulen, Studenten der Ingenieurwissenschaften, Lehramtskandidaten, Geowissenschaftler und Physiker. In Aufbau, Stoffauswahl und Umfang haben wir versucht, den Wünschen dieser Zielgruppen weitgehend gerecht zu werden. Die gute Aufnahme, die unsere Bücher beim Leser finden, haben uns ermutigt, auch für diesen Band das bewährte Basiswissen-Konzept grundsätzlich beizubehalten. Der Inhalt wurde gegenüber Basiswissen I Anorganische Chemie überarbeitet und korrigiert. Es wurden Ergänzungen und Verbesserungen im Detail vorgenommen. Erstmals wurde die Geschichte der Elemente in knapper Form berücksichtigt. Es soll damit beispielhaft gezeigt werden, dass unsere chemischen Kenntnisse nicht vom Himmel gefallen sind. Heidelberg, im Januar 2011 H. P. LATSCHA M. MUTZ

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7 Einführung Chemische Elemente Verbreitung der Elemente Aufbau der Atome Atomkern Kernregeln Atommasse Massendefekt Isotopieeffekte Trennung von Isotopen Radioaktive Strahlung Radioaktive Zerfallsreihen Elektronenhülle Atommodell von Niels Bohr (1913) Bohrsches Modell vom Wasserstoffatom Atomspektren (Absorptions- und Emissionsspektroskopie) Verbesserungen des Bohrschen Modells Elektronenspin Pauli-Prinzip, Pauli-Verbot Hundsche Regel Periodensystem der Elemente Einteilung der Elemente auf Grund ähnlicher Elektronenkonfiguration Edelgase Hauptgruppenelemente ( repräsentative Elemente, s- und p-block-elemente) Übergangselemente bzw. Nebengruppenelemente Valenzelektronenzahl und Oxidationsstufen Periodizität einiger Eigenschaften Atom- und Ionenradien Elektronenaffinität (EA) Ionisierungspotential / Ionisierungsenergie Elektronegativität Metallischer und nichtmetallischer Charakter der Elemente... 29

8 viii Hauptgruppenelemente Wasserstoff (H) Stellung von Wasserstoff im Periodensystem der Elemente (PSE) Reaktionen und Verwendung von Wasserstoff Wasserstoff-Verbindungen I. Hauptgruppe Alkalimetalle (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) Lithium (Li) Lithium-Verbindungen Natrium (Na) Natrium-Verbindungen Kalium (K) Kalium-Verbindungen Rubidium (Rb) und Cäsium (Cs) Francium (Fr) II. Hauptgruppe Erdalkalimetalle (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) Beryllium (Be) Beryllium-Verbindungen Magnesium (Mg) Magnesium-Verbindungen Calcium (Ca) Calcium-Verbindungen Mörtel Strontium (Sr) Barium (Ba) Barium-Verbindungen Radium (Ra) III. Hauptgruppe Borgruppe (B, Al, Ga, In, Tl) Bor (B) Bor-Verbindungen Borwasserstoffe, Borane Carborane Borhalogenide Borsauerstoff-Verbindungen Borstickstoff-Verbindungen Aluminium (Al) Aluminium-Verbindungen Gallium (Ga), Indium (In) und Thallium (Tl) IV. Hauptgruppe Kohlenstoffgruppe (C, Si, Ge, Sn, Pb) Kohlenstoff (C) Graphit-Verbindungen Kohlenstoff-Verbindungen Isosterie Boudouard-Gleichgewicht... 88

9 ix Carbide Silicium (Si) Silicium-Verbindungen Kieselsäuren Germanium (Ge) Zinn (Sn) Zinn-Verbindungen Zinn(II) Verbindungen Zinn(IV)-Verbindungen Blei (Pb) Blei-Verbindungen Blei(II)-Verbindungen Blei(IV)-Verbindungen Inert-pair-Effekt V. Hauptgruppe Stickstoffgruppe (N, P, As, Sb, Bi) Stickstoff (N) Stickstoff-Verbindungen Stickstoff-Halogen-Verbindungen Phosphor (P) Phosphor-Verbindungen Phosphor-Sauerstoff-Verbindungen Phosphorsäuren Phosphor-Halogen-Verbindungen Pseudorotation (Berry-Mechanismus) Phosphor-Stickstoff-Verbindungen Arsen (As) Arsen-Verbindungen Arsen-Sauerstoff-Verbindungen Arsen-Halogen-Verbindungen Arsen-Schwefel-Verbindungen Antimon (Sb) Antimon-Verbindungen Bismut (Bi) (früher Wismut) Bismut-Verbindungen Ausnahmen von der Doppelbindungsregel VI. Hauptgruppe Chalkogene (O, S, Se, Te, Po) Sauerstoff (O) Sauerstoff-Verbindungen Oxide Schwefel (S) Schwefel-Verbindungen Schwefel-Halogen-Verbindungen Schwefelchloride und Schwefelbromide Schwefeloxidhalogenide SOX 2 (X = F, Cl, Br)

10 x Schwefeloxide und Schwefelsäuren Schwefel-Stickstoff-Verbindungen Selen (Se) Selen-Verbindungen Tellur (Te) Tellur-Verbindungen Polonium (Po) VII. Hauptgruppe Halogene (F, Cl, Br, I, At) Fluor Fluor-Verbindungen Fluor-Sauerstoff-Verbindungen Chlor (Cl) Chlor-Verbindungen Sauerstoffsäuren von Chlor Oxide des Chlors Brom (Br) Brom-Verbindungen Iod (I) Iod-Verbindungen Iodoxide Astat (At) Bindungsenthalpie und Acidität Salzcharakter der Halogenide Photographischer Prozess (Schwarz-Weiß-Photographie) Interhalogenverbindungen Pseudohalogene Pseudohalogenide VIII. Hauptgruppe Edelgase (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) Edelgas-Verbindungen Edelgas-Halogenide Xenon-Oxide Physikalische Verbindungen Beschreibung der Bindung in Edelgasverbindungen Allgemeine Verfahren zur Reindarstellung von Metallen (Übersicht) I. Reduktion der Oxide zu den Metallen II. Elektrolytische Verfahren III. Spezielle Verfahren Nebengruppenelemente Oxidationszahlen Qualitativer Vergleich der Standardpotenziale von einigen Metallen in verschiedenen Oxidationsstufen Qualitativer Vergleich der Atom- und Ionenradien der Nebengruppenelemente Atomradien

11 xi Lanthanoiden-Kontraktion Ionenradien I. Nebengruppe Kupfer-Gruppe (Cu, Ag, Au) Übersicht Kupfer (Cu) Kupfer-Verbindungen Silber (Ag) Silber-Verbindungen Gold (Au) II. Nebengruppe Zink-Gruppe (Zn, Cd, Hg) Übersicht Zink (Zn) Zink-Verbindungen Cadmium (Cd) Cadmium-Verbindungen Quecksilber (Hg) Quecksilber-Verbindungen III. Nebengruppe Scandiumgruppe (Sc, Y, La, Ac) Übersicht Scandium (Sc) Yttrium (Y) Lanthan (La) Actinium (Ac) IV. Nebengruppe Titan-Gruppe (Ti, Zr, Hf) Übersicht Titan (Ti) Titan-Verbindungen Zirconium (Zr) und Hafnium (Hf) V. Nebengruppe Vanadium-Gruppe (V, Nb, Ta) Übersicht Vanadium (V) (früher Vanadin) Vanadium-Verbindungen Niob (Nb) und Tantal (Ta) Niob- und Tantal-Verbindungen VI. Nebengruppe Chrom-Gruppe (Cr, Mo, W) Übersicht Chrom (Cr) Chrom-Verbindungen Molybdän (Mo) Molybdän-Verbindungen Wolfram (W) Transportreaktionen

12 xii Wolfram-Verbindungen Wolframate, Polysäuren VII. Nebengruppe Mangan-Gruppe (Mn, Tc, Re) Übersicht Mangan (Mn) Mangan-Verbindungen Technetium (Tc) Technetium-Verbindungen Rhenium (Re) Rhenium-Verbindungen Rhenium-Halogenide VIII. Nebengruppe Eisen-Platin-Gruppe (Fe, Co, Ni Ru, Rh, Pd Os, Ir, Pt) Eisenmetalle (Fe, Co, Ni) Eisen (Fe) Eisen-Verbindungen Eisen(II)-Verbindungen Eisen(III) Verbindungen Cobalt (Co) und Nickel (Ni) Cobalt-Verbindungen Nickel-Verbindungen Platinmetalle (Ru, Rh, Pd Os, Ir, Pt) Verbindungen der Platinmetalle Ruthenium und Osmium Rhodium und Iridium Palladium und Platin Lanthanoide, Ln Übersicht Lanthanoiden-Verbindungen Actinoide, An Übersicht Actinoiden-Verbindungen Anhang Edelsteine Düngemittel Handelsdünger aus natürlichen Vorkommen Kunstdünger Mineraldünger Stickstoffdünger Phosphatdünger Kaliumdünger Mehrstoffdünger

13 xiii Literaturauswahl und Quellennachweis Große Lehrbücher Kleine Lehrbücher Darstellungen der allgemeinen Chemie Monographien über Teilgebiete Nachschlagewerke und Übersichtsartikel Abbildungsnachweis Sachverzeichnis