Inhaltsverzeichnis. Vorwort. xvii. Kapitel 1 Aufbau der Materie 1. Kapitel 2 Die chemische Bindung 39

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Tristan Egger
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2 Vorwort xvii Kapitel 1 Aufbau der Materie MateriebestehtausAtomen Elementarteilchen AufbaueinesAtoms AtommassenundStoffmengen Isotope Radioaktivität und Anwendungen von Isotopen AufbauderElektronenhülle DasPeriodensystemderElemente Wichtige Gruppen im Periodensystem WichtigeElementeinlebendenOrganismen Grundlagen der Spektroskopie Zusammenfassung Übungsaufgaben Kapitel 2 Die chemische Bindung AufbauderMoleküle Die Edelgasregel Die Ionenbindung Die Metallbindung Die kovalente Atombindung Die polare Atombindung Die koordinative Bindung Vergleich der Bindungstypen VorhersagevonMolekülstrukturen Zusammenfassung Übungsaufgaben vii

3 Kapitel 3 Zustandsformen der Materie Aggregatzustände ArtenzwischenmolekularerKräfte ElektrostatischeWechselwirkungen Wasserstoffbrückenbindungen Van-der-Waals-Wechselwirkungen HydrophobeWechselwirkungen Phasenumwandlungen ReinstoffeundStoffgemische HomogeneundheterogeneSysteme IdealeGase Flüssigkeiten Feststoffe Zusammenfassung Übungsaufgaben Kapitel 4 Heterogene Phasengleichgewichte Einführung AllgemeineBeschreibungvonVerteilungsgleichgewichten LöslichkeitvonGaseninFlüssigkeiten AdsorptionanOberflächen VerteilungzwischenzweiFlüssigkeiten VergleichderheterogenenVerteilungsgleichgewichte Grundlagen der Stofftrennung Chromatographie Fraktionierende Destillation Gefriertrocknung LöslichkeitvonFeststoffen SalzlösungenunddasLöslichkeitsprodukt DerLösungsvorgang DasLöslichkeitsprodukt Löslichkeit in Gegenwart von Fremdsalzen Verteilungsgleichgewichte in Gegenwart von Membranen Diffusion viii

4 Diffusion durch eine semipermeable Membran Osmose Donnan-Gleichgewicht Zusammenfassung Übungsaufgaben Kapitel 5 Chemische Reaktionen und Energetik ChemischeReaktionensindStoffumwandlungen Die chemische Reaktionsgleichung Quantitative Interpretation der Reaktionsgleichung Energetische Betrachtung chemischer Reaktionen: Thermodynamik Erscheinungsformen von Energie DerthermodynamischeBegriff System Die Reaktionsenthalpie R H Die Lösungsenthalpie beim Auflösen von Salzen inwasser DieTriebkraftchemischerReaktionen Die Entropie S Die freie Enthalpie G Triebkraft und Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion DaschemischeGleichgewicht GibbsEnergieundchemischesGleichgewicht DasPrinzipdeskleinstenZwanges Änderung der Konzentrationen der Reaktionsteilnehmer ÄnderungvonDruckoderVolumen Temperaturänderungen GekoppelteReaktionen Fließgleichgewichte Zusammenfassung Übungsaufgaben ix

5 Kapitel 6 Säuren und Basen Definition Säure-Base Säure-Base-ReaktionenundkonjugierteSäure-Base-Paare StärkevonSäurenundBasen Autoprotolyse von Wasser, ph -Wert Berechnung von ph -Werten Berechnung des ph -Wertes einer starken einprotonigensäure Berechnung des ph -Wertes einer schwachen einprotonigensäure Berechnung des ph -Wertes starker und schwacherbasen Berechnung des ph -Wertes von Mischungen von SäurenundBasen Messung von ph -Werten,Indikatoren Neutralisation Titration TitrationvonSalzsäuremitNatronlauge TitrationvonEssigsäuremitNatronlauge ph -WertevonSalzlösungen TitrationvonPhosphorsäuremitNatronlauge Puffer Zusammenfassung Übungsaufgaben Kapitel 7 Redoxreaktionen OxidationundReduktion Oxidationszahlen Redoxreaktionen AufstellenvonRedoxgleichungen ElektrochemischeZellen DieelektromotorischeKraftEMK Standard-Halbzellenpotenziale E Elektrochemische Spannungsreihe die Stärke von Reduktions- und Oxidationsmitteln x

6 7.6.3 Die Richtung von Redoxreaktionen: ZusammenhangvonEMKundGibbsEnergie Die Nernstsche Gleichung Konzentrationszellen Elektrolyse ph -AbhängigkeitvonRedoxpotenzialen VergleichvonSäure-Base-ReaktionenundRedoxreaktionen Zusammenfassung Übungsaufgaben Kapitel 8 Metallkomplexe Metallkomplexe Bindung in Metallkomplexen Ladung von Metallkomplexen NamenvonMetallkomplexen StrukturvonMetallkomplexen Stabilität von Metallkomplexen MehrzähnigeLiganden Eigenschaftsänderungen bei der Komplexbildung VeränderungderFarbe VeränderungderLöslichkeit VeränderungderRedoxeigenschaften BiologischwichtigeMetallkomplexe Metallkomplexe zur Strukturbildung Metallkomplexe zur Substratbindung und -aktivierung Zusammenfassung Übungsaufgaben Kapitel 9 Aufbau und Struktur organischer Verbindungen WasistOrganischeChemie? DasBesondereamKohlenstoff Bindungsverhältnisse in organischen Verbindungen Einfachbindungen: sp 3 -Hybridorbitale Doppelbindungen: sp 2 -Hybridorbitale xi

7 9.3.3 Dreifachbindungen: sp-hybridorbitale ZusammenfassungderHybridisierungstypen StrichschreibweisevonorganischenMolekülen Stoffklassen, homologe Reihen und funktionelle Gruppen Strukturisomerie Nomenklatur GeometrischeIsomere Spiegelbildisomerie oder Enantiomerie ChiraleMoleküle Eigenschaften chiraler Verbindungen OptischeAktivität Nomenklatur chiraler Verbindungen: die absolute Konfiguration Die D/L-NomenklaturnachFischer Verbindungen mit zwei oder mehr Stereozentren Diastereomere Meso-Formen Racemische Gemische und Racematspaltung Cycloalkane Zusammenfassung:Isomeriearten Zusammenfassung Übungsaufgaben Kapitel 10 Grundtypen organisch-chemischer Reaktionen WasisteinReaktionsmechanismus? DasReaktionsenergiediagramm DieGeschwindigkeiteinerchemischenReaktion Die Reaktionsgeschwindigkeit v Faktoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit v beeinflussen Konzentration und Reaktionsgeschwindigkeit: dasgeschwindigkeitsgesetz Die Aktivierungsenergie E A Katalyse Grundtypen organisch-chemischer Reaktionen xii

8 10.5 Die nucleophile Substitutionsreaktion Die S N 2-Reaktion Die S N 1-Reaktion Vergleich zwischen S N 1- und S N 2-Reaktion DieEliminierung DieE2-Eliminierung DieE1-Eliminierung VergleichzwischenE1-undE2-Reaktion Die Addition KatalytischeHydrierung Elektrophile Addition von HX und H 2 O Elektrophile Addition von Halogenen X Elektrophile Substitution am Aromaten Bindungsverhältnisse im Benzol: delokalisierteelektronen Der Mechanismus der elektrophilen aromatischen Substitution Radikalreaktionen Zusammenfassung Übungsaufgaben Kapitel 11 Reaktionen von Carbonylverbindungen Einteilung von Carbonylverbindungen Struktur und Bindungsverhältnisse Reaktivität von Carbonylverbindungen Reaktionen an der Carbonylgruppe: AngriffeinesNucleophils Reaktionen an der Carbonylgruppe: AngriffeinesElektrophils Erhöhung der -CH-Azidität:AngriffeinerBase ReaktionenvonAldehydenundKetonen Reaktion mit Wasser: Bildung von Hydraten Reaktion mit Alkoholen: Bildung von Halbacetalen und Acetalen Reaktion mit Aminen: Bildung von Iminen und Enaminen xiii

9 11.5 Keto-Enol-Tautomerie Die Aldolreaktion: Knüpfung von C C-Bindungen Carbonsäuren Struktur und Bezeichnung DieSäurestärkevonCarbonsäuren Carbonsäurederivate AllgemeinesReaktionsschema RelativeReaktivitätderCarbonsäurederivate Carbonsäureester EsteranorganischerSäuren LipideundSeifen OxidationundReduktion Reduktion Oxidation HydrochinoneundChinone Zusammenfassung Übungsaufgaben Kapitel 12 Wichtige Klassen von Biomolekülen Kohlenhydrate Monosaccharide Redoxreaktionen der Monosaccharide Bildung cyclischer Halbacetale Aminozucker Glycosidbildung Disaccharide Polysaccharide Aminosäuren,PeptideundProteine AufbauundKlassifizierungvonAminosäuren KonfigurationderAminosäuren Säure-Base-EigenschaftenderAminosäuren Der isoelektrische Punkt IEP Chemische Reaktionen mit Aminosäuren: Schutzgruppen Peptide Proteine Enzyme xiv

10 12.3 Nucleinsäuren AufbauderNucleinsäuren Nucleotide StrukturenderNucleinsäuren Chemische Stabilität der Nucleinsäuren DieReplikationderDNA Proteinbiosynthese Zusammenfassung Übungsaufgaben Lösungen zu den Übungsaufgaben 705 Index 711 Abbildungsnachweis 725 Weiterführende Literatur 728 xv

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