Angewandte Chemie flir Ingenieure

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1 Angewandte Chemie flir Ingenieure

2 Angewandte Chemie fur Ingenieure von Prof. Dr. Christian Jentsch Fachhochschule LUbeck Wissenschaftsverlag Mannheirn/WienlZiirich

3 CIP-Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek Jentsch, Christian: Angewandte Chemie fur Ingenieure / von Christian Jentsch. - Mannheim ; Wien ; ZUrich: BI-Wiss.-Verl., 1990 Gedruckt auf saurefreiem Papier mit neutralem ph-wert (bibliotheksfest) AIle Rechte, auch die der Ubersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Werkes darf ohne schriftliche Einwilligung des VerJages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht fur Zwecke der Unterrichtsgestaltung, reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfaltigt oder verbreitet werden. Bibliographisches Institut & RA. Brockhaus AG, ZUrich 1990 ISBN-13: e-isbn-13: DOl: /

4 Vorwort Chemische Probleme tauchen in nahezu allen Bereichen auf, in denen Ingenieure UUig sind. Lehrveranstaltungen fur Chemie sind deshalb ein fester Bestandteil der meisten Studienplane fur Ingenieurstudiengange. Wenn man Chemievorlesungen fur Studierende des Maschinenbaus, der Elektrotechnik, des Bauingenieurwesens oder anderer Studiengange mit Chemie im Nebenfach halt, wird einem immer wieder die Frage gestellt: "Welches Lehrbuch konnen Sie uns empfehlen?" Nun gibt es zwar Literatur uber allgemeine chemische Grundlagen in grober Auswahl und mit unterschiedlichen Anforderungen an die Studierenden. Auch fur viele Spezialgebiete wie Korrosion, Wasserchemie, Bauchemie oder Kunststoffchemie sind z. T. recht gute Lehrbucher auf dem Markt. Sucht man aber nach einem handlichen Lehrbuch, das einerseits chemische Grundlagen - und zwar modem, aber nicht zu tiefschurfend - und zum anderen Spezialwissen fur den Ingenieur anbietet, dann ist das Angebot gering. Das vorliegende Buch soli hier eine Lucke schlieben. Ich fasse dabei den Begriff "Chemie" nicht eng, sondem schliebe Grenzgebiete wie Reibung und Schmierung, die stark durch die Chemie beeinflubt werden, mit ein. Die Verastelung der Chemie bis in spezielle Bereiche des Ingenieurs ist so fein, und die Probleme sind so vielfaltig, dab ein Lehrbuch, das handlich und fur Studierende bezahlbar sein soli, notgedrungen unvollstandig sein mub. Mancher, der dieses Buch zur Hand nimmt, wird deshalb vielleicht auf seine Frage keine befriedigende Antwort bekommen. Es ist mein Bestreben, schwerwiegende Lucken in einer spateren Auflage zu schlieben und sehe deshalb Anregungen aus der Praxis mit grobem Interesse entgegen. Ich danke Herm Engesser und allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitem des B.I. Wissenschaftsverlages, die zum Gelingen dieses Buches beigetragen haben. Lubeck, im Marz 1990 C. Jentsch

5 InhaIt Vorwort 5 1. Grundbegriffe der Chemie Stoffe Atome und chemische Elemente Chemische Verbindungen und Reaktionen - Stoffmenge Aggregatzustande - Zustandsgleichung idealer Gase Aufbau der Elektronenhiille und Periodensystem der Elemente Chemische Bindungen Ionenbeziehung Kovalente Bindung Metallbindung Reale Bindungen Zwischenmolekulare Krafte Losungen Theoretische Grundlagen der Loslichkeit Gehalt von Losungen Chemische Reaktionen Reaktionsenthalpien Chemische Gleichgewichte Katalysatoren Saure-Base-Reaktionen Saure und basische Eigenschaften Technisch wichtige Sauren und Basen Protolysegleichgewichte, Saure- und Basenkonstante Ionenprodukt des Wassers und ph-wert ph-wert von Salzlosungen und Pufferlosungen Saure-Base-Titrationen Redoxreaktionen und Einfiihrung in die Elektrochemie Redoxgleichungen Elektrochemische Grundbegriffe Faradaysches Gesetz Leitfahigkeit von Elektrolytlosungen Elektrodenpoteniale und Spannungsreihe Konzentrationszellen und Nernstsche Gleichung 121 7

6 Inhalt 7.7. Galvanische Elemente Elektrolyse Wasser Struktur und Eigenschaften Wasserinhaltsstoffe Wasseraufbereitung Biologische Abwasserbehandlung Silicium 9.1. Eigenschaften und Herstellung Siliciumnitrid und Siliciumcarbid Siliciumdioxid und Silicate Silicone Anorganische Bindemittel Baukalk Gips und Anhydrit Zement Metalle Eisen Aluminium Kupfer Zink Kohlenstoff Modifikationen und technische Anwendungsformen Oxide Einfiihrung in die organische Chemie Grenzflachenaktive Stoffe Brennstoffe und Kraftstoffe Allgemeine Definitionen und sicherheitstechnische Begriffe Verbrennungsreaktionen Autoxidation Brenngase Erdol und Erdolverarbeitung Kohle Verbrennungsabgase und ihre Reinigung Schmierstoffe und Bitumen Reibung, VerschleiB und Schmierung - Viskositat Herstellung von Grundolen und Bitumen Eigenschaften spezie\ler Schmierstoffe Eigenschaften und Anwendung von Bitumen 299 8

7 Inhalt 16. Polymere Bildungsreaktionen und Struktur Thermoplaste Kautschuk und Elastomere Duroplaste (Duromere) Korrosion Korrosion in heiben Gasen Korrosion in feuchten Medien Korrosionsarten Korrosionsschutz Literaturverzeichnis Anhang Symbolverzeichnis Molare Massen von ausgewahlten natiirlichen Elementen und chemischen Verbindungen 366 Register 369 9