Inhaltsverzeichnis. Allgemeine Chemie

Transkript

1 IX Vorwort zur 2. Auflage... Vorwort zur 1. Auflage... Methodisch-didaktische Einführung... Abkürzungsverzeichnis... V VII XXI XXIII A Allgemeine Chemie 1 Einführung in die Arbeits- und Aufgabengebiete der Chemie Chemische Grundbegriffe als angleichende Wiederholung Chemische Grundbegriffe Chemische und physikalische Vorgänge Stoffbegriff Eigenschaften von Stoffen Analyse und Synthese von Stoffen Trennung von Stoffgemischen Element und Verbindung Teilchenmodell Atom und Molekül Massenangaben in der Chemie: Molekül und Verhältnisformeln Merkmale von chemischen Reaktionen Reaktionsgleichung Stoffumsatz Energieumsatz bei chemischen Reaktionen Atombau Merkmale und Probleme von Modellen Ladungen Verhalten von Ladungen zueinander Beweglichkeit von Ladungen Atom Anordnung der Elementarteilchen im Atom Atomkern Elektronenhülle Radioaktivität Periodensystem der Elemente Kurzer geschichtlicher Rückblick... 32

2 X 4.2 Aufbau und Gliederung des Periodensystems der Elemente Perioden Hauptgruppen Nebengruppen oder Übergangselemente Aussagen des Periodensystems der Elemente Atomradien Ionenradien Ionisierungsenergie Bindigkeit Elektronegativität Metallischer Charakter der Elemente Periodensystem der Elemente und Ionenbildung Chemische Bindung Ionenbindung Ionenbildung durch Elektronenübergänge Ionenbindung und Ionenverbindung Ionengitter Kristallgitterbildung und Ionenbindung Metalloxide und Metallhydroxide als Ionenverbindungen Charakteristische Eigenschaften von Ionenverbindungen Anwendungsaspekte von Ionenverbindungen Anleitung zum Aufstellen von Verhältnisformeln Atombindung und die polare Atombindung Erweiterung des Atommodells zum Kugelwolkenmodell Atombindung Räumliche Anordnung der Atome im Molekül Polare Atombindung Übergänge zwischen Ionenbindung und polarer Atombindung Bindung durch zwischenmolekulare Kräfte Dipol Dipol Kräfte Wasserstoffbrücken und die Eigenschaften des Wassers Bindung durch Van der Waals Kräfte Komplexbildung und koordinative Bindung Komplexbildung Bindungsverhältnisse in Komplexen Gliederung von Komplexverbindungen Theoretische Grundlagen für das praktische Arbeiten mit Komplexen Metallbindung und typische Metalleigenschaften Bindung in Metallen Aufbau des Metallgitters Erklärung der typischen Metalleigenschaften Vergleich der verschiedenen Bindungstypen... 77

3 XI 6 Aufstellen von Formeln und Reaktionsgleichungen Formelbegriff Verschiedene Arten von Formeln PSE und Bindigkeit beim Aufstellen von Formeln Aufstellen von Formeln Ionenverbindungen Verbindungen mit Atombindung und polarer Atombindung Aufstellen von Reaktionsgleichungen Massenberechnung Systematik chemischer Reaktionen mit pharmazeutischem Bezug Lösevorgänge und Fällungsreaktionen Lösungen als flüssige Systeme Lösevorgänge Löslichkeit von Feststoffen Gehaltsangaben von Lösungen Fällungsreaktionen Säure-Base-Reaktionen Säuren und saure Lösungen Laugen und alkalische Lösungen Messung des sauren oder alkalischen Charakters Säure Base Begriff nach Brønsted, Säure Base Reaktion Besondere Säure Base Reaktionen Methoden der Salzbildung Anwendung der Säure Base Reaktion Redox-Reaktionen Herkömmliches Verständnis von Oxidation und Reduktion Problematisierung des herkömmlichen Verständnisses von Oxidation und Reduktion Definition eines umfassenden Verständnisses von Redox Reaktionen Korrespondierende Redox Paare Oxidationszahl Stärke von Oxidations und Reduktionsmitteln Formulierung schwieriger Redox Gleichungen Die chemische Reaktion Kollisionsmodell Reaktionsgeschwindigkeit Zerteilungsgrad Konzentration Temperatur

4 XII 8.3 Aktivierungsenergie Katalyse Katalyse der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff Wirkungsweise von Katalysatoren Verschiedene Arten der Katalyse Triebkräfte für chemische Reaktionen Prinzip des Energieminimums Prinzip des Entropiemaximums Verknüpfung von Enthalpie und Entropie Chemisches Gleichgewicht Umkehrbare Reaktion und chemisches Gleichgewicht Massenwirkungsgesetz Praktische Bedeutung des K C Wertes Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts Abhängigkeit von der Art der Reaktionspartner Konzentrationsabhängigkeit Temperaturabhängigkeit Druckabhängigkeit Zusammenfassung der Einflussmöglichkeiten auf die Lage des Gleichgewichts Fließgleichgewichte Gleichgewichte in wässrigen Lösungen Lösungsgleichgewichte Autoprotolyse des Wassers und ph Wert Stärke von Säuren und Basen Protolyse von Salzen (Säure Base Reaktionen in Salzlösungen) Pufferung und Pufferlösungen Maßanalytische Bestimmungen Gemeinsame Prinzipien maßanalytischer Bestimmungen Säure-Base-Titration Prinzip der Säure Base Titration Optimierung durch Titrationskurven und Computereinsatz Prinzip der Säure Base Titration für die Titration einer schwachen Säure mit einer starken Base Säure Base Titration in wasserfreiem Medium Indikatoren für Säure Base Titrationen Urtitersubstanz Redox-Titration Prinzip der Redox Titration Cerimetrie Iodometrie

5 XIII Iodatometrie Bromometrie Titration mit Periodat Permanganometrie Fällungstitration Prinzip der Fällungstitration Exemplarische Erklärung von zwei Fällungstitrationen Weitere Beispiele für Fällungstitrationen Komplexometrische Titration Prinzip der komplexometrischen Titration EDTA als Komplexbildner und Maßlösung von Ph. Eur Beispiele für den Einsatz der komplexometrischen Titration Besondere Titrationsverfahren B Organische Chemie Die Chemie der Kohlenstoffverbindungen 11 Kohlenwasserstoffe Besondere Eigenschaften des Kohlenstoffs und die Struktur des Methanmoleküls Alkane Homologe Reihe der Alkane Eigenschaften der Alkane mit pharmazeutischem Bezug Reaktionen der Alkane Alkane des Arzneibuchs Ungesättigte Kohlenwasserstoffe Alkene Alkine Cycloalkane Aromatische Kohlenwasserstoffe Benzol als Prototyp der aromatischen Kohlenwasserstoffe Substitution am Benzolmolekül mit Nomenklatur Kondensierte aromatische Ringsysteme Halogenkohlenwasserstoffe Radikalische Substitution exemplarisch als Reaktionsmechanismus Systematik und Nomenklatur Halogenalkane Cyclohalogenalkane Eigenschaften der Halogen- und Cyclohalogenalkane Pharmazeutisch relevante Halogen- und Cyclohalogenalkane Ökologische Aspekte

6 XIV 13 Oxidationsprodukte der Kohlenwasserstoffe Teil I Oxidationsreihe des Kohlenstoffs Alkohole Homologe Reihe der Alkanole Isomerie und Systematik der Alkohole Nomenklatur der Alkohole Eigenschaften der Alkohole Reaktionen der Alkohole Pharmazeutisch relevante Alkohole Phenole Einwertige Phenole Mehrwertige Phenole Ether Definition und Nomenklatur der Ether Eigenschaften der Ether Wirkung und Anwendung von Ethern Beispiele von Ethern mit technischer und pharmazeutisch medizinischer Bedeutung Cyclische Ether Polyethylenglycole Carbonylverbindungen Carbonylgruppe Aldehyde Ketone Gaschromatographie (GC) Oxidationsprodukte der Kohlenwasserstoffe Teil II Carboxylgruppe Alkansäuren Eigenschaften in der homologen Reihe der Alkansäuren Reaktionen der Alkansäuren Technische, pharmazeutische und physiologische Bedeutung der Alkansäuren Alkensäuren Alkensäuren mit einer Doppelbindung Alkensäuren mit mehreren Doppelbindungen Dicarbonsäuren (aliphatische Dicarbonsäuren) Eigenschaften und Reaktionen der Dicarbonsäuren Ungesättigte Dicarbonsäuren Substituierte Carbonsäuren bzw. substituierte Alkansäuren Hydroxycarbonsäuren mit einer Hydroxylgruppe Spiegelbild Isomerie

7 XV Hydroxycarbonsäuren mit einer oder zwei Hydroxylgruppen und zwei oder drei Carboxylgruppen Halogencarbonsäuren Aminocarbonsäuren, Aminosäuren Aromatische Carbonsäuren Benzoesäure als aromatische Monocarbonsäure Derivate der Benzoesäure Aromatische Dicarbonsäuren Kohlenhydrate Definition, Bedeutung und Systematik der Kohlenhydrate Monosaccharide Strukturbesonderheiten und Isomerie Ausgewählte Monosaccharide der Ph. Eur Disaccharide Maltose Lactose Lactulose Saccharose Polysaccharide Stärke Glykogen Dextrin Cellulose Dextrane Kohlenhydratähnliche Verbindungen Aminozucker Gluconsäure Uronsäuren und Polyuronsäuren Ascorbinsäure Maltitol Stärkederivate Celluloseether Ester Allgemeines zu den Estern Esterbildung als Gleichgewichtsreaktion Nomenklatur der Ester Eigenschaften der Ester Verschiedene Typen von Estern Ester aus kurzkettiger Alkansäure und kurzkettigem Alkohol

8 XVI 16.4 Ester aus aromatischer Carbonsäure und Alkohol Ester der 4 Hydroxbenzoesäure (p Hydroxybenzoesäure) Ester der 4 Aminobenzoesäure Ester aus Carbonsäure und Phenol Fette und Öle Bedeutung und Funktionen der Fette Zusammensetzung der Fette Zusammenhang zwischen Struktur und Eigenschaften der Fette Fettkennzahlen Esterhydrolyse als Umkehrung der Veresterung Verseifung Tenside Seifen Tenside mit pharmazeutischem Bezug Amine, Peptide, Proteine Amine Aliphatische Amine Aromatische Amine Biogene Amine Peptidgruppe als strukturbestimmendes Merkmal von Peptiden und Proteinen Peptide Einteilung Nomenklatur und Schreibweise Physiologische und pharmazeutische Bedeutung Proteine Struktur und Einteilung Eigenschaften der Proteine Pharmazeutisch und toxikologisch relevante Proteine Heterocyclen Definition und Systematik Fünfringe mit einem Heteroatom Fünfringe mit einem Stickstoffatom Pyrrol mit einem ankondensierten Benzolring Fünfringe mit zwei Heteroatomen Fünfringe mit zwei Stickstoffatomen Fünfringe mit zwei verschiedenen Heteroatomen Fünfringe mit zwei Stickstoffatomen und einem ankondensierten Benzolring

9 XVII 18.4 Sechsringe mit einem Heteroatom Sechsringe mit einem Stickstoffatom Sechsringe mit einem Stickstoffatom und einem ankondensierten Benzolring Sechsringe mit einem Sauerstoffatom und einem ankondensierten Benzolring Sechsringe mit zwei Heteroatomen Sechsringe mit zwei Stickstoffatomen Sechsringe mit zwei Heteroatomen (Stickstoff und Schwefel) und zwei ankondensierten Benzolringen Siebenringe mit einem Heteroatom Siebenringe mit einem Stickstoffatom und zwei ankondensierten Benzolringen Siebenringe mit zwei Heteroatomen Siebenringe mit zwei Stickstoffatomen und ankondensiertem Benzolring Bicyclische Heterosysteme am Beispiel der Purinderivate β-lactam-antibiotika als bicyclische Heterosysteme C Anorganische Chemie Pharmazeutische Schwerpunkte 19 Pharmazeutisch relevante Elemente und anorganische Verbindungen Hauptgruppe VIII Edelgase Gruppeneigenschaften Vorkommen und Gewinnung Technische und pharmazeutische Verwendung Sonderstellung des Wasserstoffs Hauptgruppe VII Halogene (Salzbildner) Gruppeneigenschaften Ausgewählte Eigenschaften der Halogene Halogenide Hauptgruppe VI Chalkogene (Erzbildner) Gruppeneigenschaften Sauerstoff und anorganische Verbindungen des Sauerstoffs Schwefel und anorganische Verbindungen des Schwefels Selen und anorganische Verbindungen des Selens Hauptgruppe V Stickstoffgruppe Gruppeneigenschaften Stickstoff und anorganische Verbindungen des Stickstoffs Phosphor und anorganische Verbindungen des Phosphors Arsen und anorganische Verbindungen des Arsens

10 XVIII Antimon und seine anorganischen Verbindungen Bismut (Wismut) und seine Verbindungen Hauptgruppe IV Kohlenstoffgruppe Gruppeneigenschaften Kohlenstoff und anorganische Verbindungen des Kohlenstoffs Silicium und Verbindungen des Siliciums Zinn und anorganische Verbindungen des Zinns Blei und anorganische Verbindungen des Bleis Hauptgruppe III Borgruppe Gruppeneigenschaften Bor und anorganische Verbindungen des Bors mit pharmazeutischem Bezug Aluminium und Verbindungen des Aluminiums Thallium und anorganische Verbindungen des Thalliums Hauptgruppe II Erdalkalimetalle Gruppeneigenschaften Magnesium und Verbindungen des Magnesiums Calcium und Verbindungen des Calciums Barium und anorganische Verbindungen des Bariums Hauptgruppe I Alkalimetalle Gruppeneigenschaften Pharmazeutisch relevante Lithiumverbindungen Vorkommen und Verwendung von Natrium und Kalium Physiologische und pharmakologische Eigenschaften von Natrium und Kalium Nachweisreaktionen für Natrium und Kalium Nebengruppenelemente Nebengruppe I A Kupfergruppe Nebengruppe II A Zinkgruppe Nebengruppe VI A Chromgruppe Nebengruppe VII A Mangangruppe Nebengruppe VIII A Eisengruppe und Platinmetalle D Anhang Antworten zu den Fragen und Übungen Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel

11 XIX Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Antworten zu Kapitel Anhang 1: Chemische Elemente Anhang 2: Übersicht der Isomerien Anhang 3: Griechische Zahlwörter, Griechisches Alphabet Anhang 4: Größen und Einheiten Anhang 5: Umrechnungsfaktoren Anhang Gefahrensymbole 67/548 EWG Gefahren Piktogramme EG CLP V Gefahrenklassen EG CLP V H Sätze EUH Sätze P Sätze Anhang 7: Organische Reaktionen Literatur Sachregister Periodensystem der Elemente