CHEMIE s Studienbücher Walter Friedli Repetitorium Allgemeine und anorganische Chemie Teil 1: Atombau und Bindungslehre DIESTER WEG SALLE Frankfurt am Main Berlin. München VERLAG SAUERLÄNDER Aarau Frankfurt am Main
Inhaltsverzeichnis Teil 1 (Kapitel 1-10) 1 Einleitung 1.1 Die Chemie als eine Naturwissenschaft 10 1.2 Die Aufgabe der Chemie 10 1.3 Materie und Stoffe 12 1.4 Die Einteilung der Stoffe 12 1.4.1 Homogene Mischungen 16 1.4.2 Heterogene Mischungen 16 1.4.3 Kolloide (kolloiddisperse) Systeme 16 1.5 Eigenschaften der reinen Stoffe 18 1.5.1 Aggregatzustände 18 1.5.2 Geruch und Geschmack 20 1.5.3 Farbe und Glanz 20 1.5.4 Dichte 20 1.5.5 Härte 20 1.5.6 Schmelzpunkt und Siedepunkt 22 1.5.7 Kristallform 22 1.5.8 Löslichkeit 22 1.5.9 Spezifische Wärme 22 1.5.10 Elektrische und Wärmeleitfähigkeit 22 1.5.11 Elastizität und Duktilität 22 1.6 Diffusion, Löslichkeit und Konzentration 24 2 Die physikalischen Trennmethoden: Fraktioniermethoden 2.1 Auslesen 28 2.2 Sedimentieren 28 2.3 Extraktion 28 2.4 Filtrieren 28 2.5 Sublimation 30 2.6 Schlämmen 30 2.7 Dialyse 30 2.8 Kristallisieren 32 2.9 Eindampfen 32 2.10 Destillation 32 2.11 Absorption 34 3 Elemente und Verbindungen 36 4 Die Atome 4.1 Die chemischen Symbole 40 4.2 Das Gesetz von der Erhaltung der Masse und der Energie 40 4.3 Das Gesetz der konstanten Proportionen 42 4.4 Die Atomhypothese von Dalton 42
4.5 Das Gesetz der multiplen Proportionen 44 4.6 Chemische Formeln 44 4.7 Chemische Reaktionsgleichungen 46 4.8 Die Reaktionswärme oder Wärmetönung (Reaktionsenthalpie) 46 4.9 Der Aufbau der Atome 48 4.9.1 Das Rutherfordsche Kern-Hülle-Modell 48 4.9.2 Der Atomkern 50 4.9.3 Die Elementarteilchen 50 4.9.4 Die Isotope 52 4.9.5 Das Schalenmodell der Elektronenhülle 54 4.10 Die Modellvorstellungen 56 4.11 Die Radioaktivität 58 4.11.1 Die Arten der radioaktiven Strahlung 58 4.11.2 Natürliche Radioaktivität 60 4.11.3 Künstliche Kernreaktionen 62 4.11.4 Kernspaltung (Fission) und Herstellung künstlicher Isotope 62 4.12 Die Atommasse 64 4.13 Das Mol 66 4.14 Die Formelmasse 68 4.15 Die Volumenverhältnisse bei chemischen Vorgängen 70 4.16 Die Gasgesetze 72 4.16.1 Der gasförmige Zustand 72 4.16.2 Die Diffusion der Gase 72 4.16.3 Das ideale Gas 76 4.16.4 Die Gasgesetze 76 4.16.4.1 Das Druck-Volumengesetz von Boyle-Mariotte 76 4.16.4.2 Die Abhängigkeit des Volumens von der Temperatur (Gesetz von Gay-Lussac) 78 4.16.4.3 Die allgemeine Zustandsgieichung der Gase 78 4.17 Stöchiometrische Berechnungen 78 4.17.1 Die Berechnung der Menge oder Volumina der Endstoffe, die bei einer chemischen Reaktion entstehen 80 4.17.2 Die Berechnung der prozentualen Anteile der in einer Verbindung enthaltenen Elemente 82 5 Das Periodensystem (PSE) 5.1 Das Gesetz der Periodizität 84 5.2 Die Einteilung des Periodensystems 84 5.3 Zusammenhänge zwischen dem Periodensystem (PSE) und der Struktur der Elektronenhülle (Schalenaufbau) 86 5.4 Chemische Eigenschaften und Struktur der Elektronenhülle 88 5.5 Die Unterteilung der Schalen in Unterschalen oder Niveaus 90 6 Die chemischen Bindungstypen 6.1 Übersicht über die Bindungstypen 92 6.2 Das Wolkenmodell der Atome 92 6.3 Die Atombindung 94 6.4 Die Elektronen- oder Lewis-Formeln 98 6.5 Die räumliche Richtung der Atombindung 100
6.6 Die Ableitung der Molekülformeln kovalenter Verbindungen 106 6.7 Die Ableitung der Strukturformeln aus der gegebenen Molekülformel 110 6.7.1 H 2 S0 4 (Schwefelsäure) 110 6.7.2 HC10 4 (Perchlorsäure) 112 6.8 Die polare Atombindung 114 6.9 Der Dipolcharakter eines Moleküls 114 6.10 Die zwischenmolekularen Kräfte 118 6.11 Die Mesomerie 122 6.12 Die Eigenschaften der Molekülverbindungen 124 6.13 Die Benennung der Molekülverbindungen (Nomenklatur) 124 7 Die Ionenbindung 7.1 Einleitung 128 7.2 Atom- und Ionenradien 128 7.2.1 Atomradien 128 7.2.2 Die Ionenradien 128 7.2.3 lonisierungsenergie 130 7.2.4 Elektronenaffinität 132 7.3 Die Reaktion zwischen einem Metall und einem Nichtmetall: die Bildung eines Salzes 132 7.4 Die Energieumsätze bei einer Reaktion zwischen Metallen und Nichtmetallen 138 7.5 Die Ableitung der Substanzformel 140 7.6 Das lonengitter 144 7.7 Die Benennung der Salze (lonenverbindungen) 146 7.8 Komplexionen und Komplexsalze 146 7.8.1 Metallkomplexionen 146 7.8.2 Molekülionen 148 7.8.3 Komplexsalze 152 7.9 Die Eigenschaften der Salze (lonenverbindungen) 154 8 Die metallische Bindung 8.1 Die physikalischen Eigenschaften der Metalle 156 8.2 Das Metallgitter und die metallische Bindung 156 8.3 Die Typen der Kugelpackung 160 8.4 Die Legierungen 162 9 Übergänge zwischen Atom- und Ionenbindung und zwischen Ionen- und Atombindung 9.1 Die polare Atombindung 166 9.2 Die lonenbindung mit partiellem Atombindungscharakter 166 9.3 Der Übergang von der Atom- oder lonenbindung zur metallischen Bindung 168 10 Zusammenfassung: Die chemische Bindung 10.1 Chemische Bindungstypen 170 10.2 Chemische Verbindungstypen 172 10.2.1 Die kovalenten oder Molekülverbindungen 172 6
10.2.2 Die lonenverbindungen oder Salze 172 10.2.3 Die Festkörperverbindungen 174 10.3 Physikalische Stoffklassen 174 10.3.1 Salze 174 10.3.2 Flüchtige Stoffe (Molekülverbindungen) 176 10.3.3 Metallische Stoffe (Metalle und Legierungen) 176 10.3.4 Diamantartige Stoffe 176 10.3.5 Hochmolekulare Stoffe 176 10.4 Die Gittertypen 178 10.4.1 Ionengitter 178 10.4.2 Molekülgitter 178 10.4.3 Atomgitter 178 10.4.4 Metallgitter 178 Lösungen 180 Tabellen 217 Register 222 Teil 2 (Kapitel 11-17) 11 Lösungen 11.1 Der LösungsVorgang 6 11.2 Das Wasser als Lösungsmittel 6 11.3 Das Auflösen eines Salzes in Wasser 8 11.4 Das Mischen von unpolaren Stoffen 10 12 Die Aggregatzustände 12.1 Der feste Aggregatzustand 12 12.2 Der flüssige Aggregatzustand 12 12.3 Der gasförmige Zustand 16 13 Die Eigenschaften der Lösungen 13.1 Die Osmose 18 13.2 Die Dampfdruckerniedrigung 20 13.3 Die Siedepunktserhöhung und die Gefrierpunktserniedrigung 20 13.3.1 Siedepunktserhöhung 20 13.3.2 Gefrierpunktserniedrigung 20 13.4 Formelmassenbestimmung 20 13.5 Elektrolyte 22 14 Weitere stöchiometrische Berechnungen 14.1 Die Berechnung der Formelmasse und des Mols 24 14.1.1 Die Formelmasse 24 7
14.1.2 Das Mol 26 14.2 Die Berechnung der prozentualen Zusammensetzung einer Verbindung 26 14.3 Die Berechnung einer Formel aus gegebenen Prozentzahlen 28 14.4 14.5 Die Molarität Allgemeine stöchiometrische Berechnungen 30 32 15 Thermochemie 15.1 Die Wärmetönung oder Reaktionswärme 34 15.2 Die Bildungswärme 36 15.3 Die Bindungsenergie (einer Atombindung) 36 15.4 Der Wärmesatz von Hess 36 16 Der Verlauf chemischer Reaktionen 16.1 Die Triebkräfte chemischer Reaktionen 40 16.2 Die Reaktionsgeschwindigkeit 40 16.3 Die Reaktionsmechanismen 42 16.3.1 Radikalreaktionen 42 16.3.2 lonenreaktionen 44 16.4 Der aktivierte Übergangszustand 44 16.5 Chemische Gleichgewichtsvorgänge 48 16.5.1 Der Gleichgewichtszustand 48 16.5.2 Die Anwendung des Massenwirkungsgesetzes auf Gleichgewichtsvorgänge 50 16.5.3 Die Verschiebung des Gleichgewichtes 52 16.5.3.1 Der Einfluß der Temperatur 52 16.5.3.2 Der Einfluß der Konzentration 52 16.5.3.3 Der Einfluß des Druckes 54 16.5.3.4 Das Prinzip von Le Chatelier (Prinzip vom kleinsten Zwang) 54 16.5.3.5 Die Katalysatoren 56 17 Chemische Reaktionstypen 17.1 Redoxreaktionen 58 17.1.1 Oxidationszahlen 58 17.1.2 Die Elektronenübertragungsreaktionen 62 17.1.3 Die Definition von Oxidation und Reduktion 64 17.1.4 Das Oxidations- und Reduktionsmittel 66 17.1.5 Redoxgleichgewichte 66 17.1.6 Die Redoxreihe 70 17.1.7 Die Formulierung einer Redoxreaktion 70 17.1.7.1 Die Formulierung der stöchiometrisch richtig gestellten Redoxreaktion 70 17.1.7.2 Die Ableitung der Redoxgleichung mit Hilfe der Redoxreihe 72 17.1.8 Die Lage eines Redoxgleichgewichtes 74 17.2 Elektrochemie 78 17.2.1 Die elektrolytische Leitfähigkeit 78 17.2.2 Die Ionenwanderung 80 17.2.3 Die Elektrolyse 80 17.2.3.1 Die an den Elektroden stattfindenden chemischen Reaktionen 80
26 17.2.3.2 Die Elektrolyse einer Salzschmelze 82 17.2.3.3 Die Elektrolyse einer wäßrigen Lösung 84 26 17.2.4 Das Faraday-Gesetz 86 28 17.2.5 Galvanische Elemente 88 30 17.3 Säure-Base- oder Protolysenreaktionen 94 32 17.3.1 Die Autoprotolyse 94 17.3.2 Die Säure-Base-Definitionen nach Brönsted 96 17.3.3 Das Protolysengleichgewicht 98 17.3.4 Die Säurestärke 100 '4 17.3.4.1 Strukturelle Merkmale einer Säure und Base 100!6 17.3.4.2 Die Säurekonstante 100 16 17.3.4.3 Der Zusammenhang zwischen Säurestärke und Struktur.. 102 16 17.3.4.3.1 Binäre Säuren 102 17.3.4.3.2 Sauerstoffsäuren 104 17.3.4.4 Die Säuretypen 106 17.3.4.5 Basenstärke 106 17.3.5 Die Säure-Base-Reihe 108 " 17.3.6 Das ph (der negative Logarithmus der H 3 0 + -Konzentration) 108 ' 2 17.3.7 ph-berechnungen 110 '2 17.3.7.1 ph-berechnungen bei starken Säuren 110 4 17.3.7.2 ph-berechnungen bei gut löslichen Hydroxiden 112 4 17.3.7.3 ph-berechnungen bei schwachen Säuren und Basen 112 8 8 17.3.8 Spezielle Säure-Base-Reaktionen 114 17.3.8.1 Reaktionen zwischen einer Säure und einem Metallhydroxid: Neutralisation 114 0 17.3.8.2 Reaktion zwischen einem Metalloxid und einer Säure 116 2 17.3.8.3 Reaktion zwischen einem Salz und einer Säure 116 2 2 4 17.3.9 Indikatoren 118 17.3.10 Saure und basische Reaktion von Salzen in Wasser 120 17.3.10.1 Basische Reaktion 120 * 17.3.10.2 Saure Reaktion 122 5 17.3.11 Puffer 124 17.3.11.1 Puffer, die aus einem konjugierten Säure-Base-Paar bestehen 124 17.3.11.2 Ampholyt als Puffer 124 17.3.12 Titrationen 126 3 17.4 Änderungen der koordinativen Verhältnisse 130 * 17.4.1 Fällungsreaktionen 130 1 17.4.1.1 Die Löslichkeit 130 ' 17.4.1.2 Fällungsreaktionen 130 ' 17.4.2 Nachweisreaktionen 134 5 17.4.3 Das Löslichkeitsprodukt 134 ' 17.4.4 Komplexbildungs- und Komplexzerfallsreaktionen 138 ' 17.4.5 Die Benennung der Metallkomplexionen 140 17.4.6 Ligandenaustauschreaktionen 142 ' 17.5 Das Auflösen eines schwer löslichen Salzes 144 17.5.1 Mit einer starken Säure 144 \ 17.5.2 Durch eine Komplexbildung 144 1 Lösungen 146 Tabellen 187 ' Register 191 9