Description
Book SynopsisDie zweite Auflage dieses beliebten Einsteiger-Buches vermittelt das unverzichtbare chemische Grundwissen für 'Chemie-Nebenfächler'. Die Studenten können sowohl Studenten der Lebenswissenschaften (Medizin, Biologie) als auch technischer Fachrichtungen (z.B. Maschinenbau, Umwelttechnik...) sein. Mit dem didaktischen Ansatz, zuerst Problemstellung - dann Antwort, fördert das Buch die aktive Auseinandersetzung mit dem Stoff.
Kompakt und auf den Punkt gebracht sind alle Hauptthemen der anorganischen und organischen Chemie äußerst verständlich erklärt und abgedeckt. Dabei unterstützen besondere Textelemente Ihren Lernerfolg:
* Für inhaltliche Orientierung sorgen optisch hervorgehobene Schlüsselthemen am Kapitelanfang.
* Das Wichtigste wird kurz und prägnant in Definitionen und Merksätzen zusammengefasst.
* Beispiele helfen beim Anwenden des Lernstoffs.
* Wissenstest und Prüfungsvorbereitung: Aufgaben mit Lösungen helfen ungemein beim eigenständigen Überprüfen des Gelernten.
Table of ContentsVorwort zur zweiten Auflage xiii
1 Aufbau der Materie, Atombau und Periodensystem 1
1.1 Aufbau der Materie 1
1.1.1 Reinstoffe 1
1.1.2 Mischungen 1
1.1.3 Elemente und Verbindungen 2
1.2 Atombau 3
1.2.1 Der Atomkern 3
1.2.2 Die Elektronenhülle 7
1.3 Das Periodensystem der Elemente (PSE) 14
1.3.1 Ionisierungsenergie 16
1.3.2 Elektronenaffinität 17
1.3.3 Metalle und Nichtmetalle 18
1.3.4 Elektronegativität 19
1.4 Radioaktivität 19
1.4.1 Natürliche Radioaktivität 19
1.4.2 Die Halbwertszeit 20
1.4.3 Zerfallsreihen 21
1.4.4 Kernumwandlungen 21
1.4.5 Kernspaltung 21
1.4.6 Künstliche Nuklide 22
2 Reaktionsgleichungen und Stöchiometrie 27
2.1 Die Reaktionsgleichung 27
2.2 Umgesetzte Mengen und Massen 29
2.3 Die Stoffmenge Mol 30
2.4 Reaktionstypen in der Chemie 33
2.5 Konzentrationsangaben 33
2.5.1 Molare Lösungen 33
2.5.2 Prozentangaben 34
2.5.3 Kleine Konzentrationen 36
2.6 Die Aktivität 37
2.7 Rechenbeispiele 37
2.8 Mischungsrechnen 38
3 Bindungsarten 43
3.1 Die Ionenbindung 43
3.1.1 Kationenbildung 46
3.1.2 Anionenbildung 47
3.1.3 Salzbildung 47
3.1.4 Kristallwasser 49
3.1.5 Die molare Masse eines Salzes 50
3.1.6 Saure Salze 50
3.1.7 Kristallformen 51
3.2 Die Metallbindung 51
3.3 Die Elektronenpaarbindung 52
3.3.1 Lewis-Formeln 53
3.4 Mehrfachbindungen 54
3.4.1 Polare und unpolare Elektronenpaarbindungen 57
3.4.2 Die räumliche Anordnung von Molekülen 58
3.4.3 Anionenkomplexe 59
3.5 Komplexbindung 61
3.6 Bindungskräfte zwischen Molekülen 64
3.6.1 Ion-Dipol 64
3.6.2 Dipol-Dipol 64
3.6.3 Sonderfall Wasserstoffbrückenbindung 64
3.6.4 Induzierte Dipole und Van-der-Waals-Kräfte 65
3.6.5 Hydrophobe Bindungen 66
4 Kinetik und Thermodynamik 71
4.1 Chemische Kinetik 71
4.1.1 Die Reaktionsgeschwindigkeit 71
4.1.2 Die Stoßtheorie 73
4.1.3 Das chemische Gleichgewicht 74
4.1.4 Das Massenwirkungsgesetz 76
4.1.5 Das Prinzip des kleinsten Zwangs 78
4.1.6 Folgereaktionen 79
4.1.7 Die Reaktionsordnung 80
4.1.8 Molekularität einer Reaktion 81
4.2 Thermodynamik 82
4.2.1 Systeme 82
4.2.2 Energieformen 83
4.2.3 Energieinhalt 84
4.2.4 Energiedifferenzen 86
4.2.5 Die Enthalpie 87
4.2.6 Enthalpieberechnungen 89
4.2.7 Die innere Energie U 91
4.2.8 Die Entropie 92
4.2.9 Die Gibbs-Energie 94
4.3 Verbindungen zwischen Kinetik und Thermodynamik 96
4.3.1 Starten einer Reaktion 96
4.3.2 Katalysatoren 98
4.3.3 Die Gibbs-Energie und das chemische Gleichgewicht 98
5 Zustandsformen der Materie 105
5.1 Die Aggregatzustände 105
5.2 Phasenübergänge 107
5.3 Lösungen 108
5.3.1 Echte und kolloidale Lösungen 108
5.3.2 Löslichkeit 108
5.3.3 Allgemeine Regeln zur Löslichkeit 109
5.3.4 Das Löslichkeitsprodukt 110
5.3.5 Elektrolyte 111
5.3.6 Kolligative Eigenschaften 112
5.3.7 Die Oberflächenspannung 114
6 Säuren und Basen 117
6.1 Die Theorien von Arrhenius und Brönsted 117
6.2 Die Stärke von Säuren und Basen 119
6.2.1 Starke Säuren 120
6.2.2 Schwache Säuren 121
6.2.3 Die Reaktion des Anions einer schwachen Säure 121
6.2.4 Die Wertigkeit von Säuren und Basen 122
6.2.5 Der pkS-Wert 123
6.2.6 Starke und schwache Elektrolyte 124
6.2.7 Starke und schwache Basen 125
6.2.8 Die Säuredefinition nach Lewis 125
6.2.9 Ampholyte 126
6.3 Die Neutralisationsreaktion 127
6.4 Der pH-Wert 127
6.4.1 Die Dissoziation des Wassers 128
6.4.2 Die mathematische Herleitung 128
6.4.3 Reaktionen von Salzen in Wasser 130
6.4.4 pH-Wert-Berechnungen 132
6.5 Puffer 134
6.5.1 Bestandteile von Puffern 135
6.5.2 pH-Wert-Berechnungen und Pufferlösungen 135
7 Redoxreaktionen 141
7.1 Die Reaktion von Metallen mit Sauerstoff 141
7.2 Verbrennung von Kohlenstoffverbindungen 142
7.3 Die Elektronenverteilung in Verbindungen 144
7.4 Oxidationszahlen 145
7.5 Häufig vorkommende Typen von Redoxreaktionen 146
7.5.1 Verbrennung 146
7.5.2 Rosten 147
7.5.3 Änderung der Sauerstoffanzahl im Molekül 147
7.5.4 Reaktionen von Metallen untereinander 148
7.5.5 Andere Redoxreaktionen ohne Beteiligung von Sauerstoff 148
7.6 Elementare Vorgänge bei Redoxreaktionen 149
7.7 Oxidations- und Reduktionsmittel 149
7.8 Das Aufstellen von Redoxgleichungen 150
7.8.1 Teilgleichungen 150
7.8.2 Basisches oder saures Milieu? 151
7.8.3 Die Bilanz 151
7.9 Disproportionierung und Komproportionierung 153
7.10 Die Spannungsreihe der Metalle 153
7.11 Elektrochemie 158
7.11.1 Elektrolyse 158
7.11.2 Galvanische Elemente 159
8 Angewandte anorganische Chemie 163
8.1 Anorganische Analytik 163
8.1.1 Identitätsprüfungen 163
8.1.2 Gehaltsbestimmungen 164
8.2 Großtechnische Prozesse 164
8.2.1 Roheisengewinnung und Stahlproduktion 164
8.2.2 Schwefelsäureherstellung 165
8.2.3 Salpetersäureherstellung 165
8.2.4 Salzsäureherstellung 166
8.2.5 Die Chlor-Alkali-Elektrolyse 166
8.2.6 Ammoniaksynthese 166
8.2.7 Sodaherstellung 166
9 Sonderstellung des Kohlenstoffs 167
9.1 Die Stellung des Kohlenstoffs im PSE 167
9.2 Die Bildung von Hybridorbitalen 168
9.3 Kohlenwasserstoffe 171
9.4 Die Vielfalt organischer Verbindungen: funktionelle Gruppen 171
9.5 Nomenklatur organischer Verbindungen 174
10 Kohlenwasserstoffe 179
10.1 Alkane 179
10.2 Verzweigte Alkane 179
10.2.1 Isomerie 182
10.3 Alkene 182
10.3.1 Polyene 183
10.4 Alkine 184
10.5 Aliphaten 184
10.6 Cyclische Kohlenwasserstoffe 185
10.7 Physikalische Eigenschaften der Kohlenwasserstoffe 186
10.8 Chemische Eigenschaften der Kohlenwasserstoffe 186
10.8.1 Alkane 187
10.8.2 Alkene 187
10.9 Aromatische Verbindungen 188
10.10 Erdöl und Kohle 190
10.11 Reaktionen der Aromaten 192
10.12 Halogenierte Kohlenwasserstoffe 193
11 Alkohole 197
11.1 Einwertige Alkohole 197
11.2 Mehrwertige Alkohole 199
11.3 Primäre, sekundäre und tertiäre Hydroxylgruppen 200
11.4 Reaktionen von Alkoholen 201
11.4.1 Etherbildung 201
11.4.2 Eigenschaften von Ethern 203
11.4.3 Organische Ester (niemals Esther!) 203
11.4.4 Nomenklatur der Ester 204
11.4.5 Anorganische Ester 204
11.4.6 Die Oxidation von Alkoholen 204
11.5 Phenole 206
11.5.1 Die saure Reaktion 207
11.5.2 Die Oxidation von Phenolen 207
11.5.3 Ether und Ester mit Phenolen 208
12 Aldehyde und Ketone 211
12.1 Die Carbonylgruppe 211
12.2 Nomenklatur der Aldehyde 212
12.3 Nomenklatur der Ketone 212
12.4 Reaktionen der Carbonylgruppe 213
12.4.1 Anlagerung vonWasser 215
12.4.2 Halbe und volle Acetale 215
12.4.3 Polymerisationen 216
12.4.4 Keto-Enol-Tautomerie 216
12.4.5 Die Aldolkondensation als C-Ketten-Verlängerung 217
12.4.6 Addition von Aminen 218
12.4.7 Reduzierende Eigenschaften/Oxidation 218
13 Amine 221
13.1 Die Aminogruppe 221
13.2 Primäre, sekundäre und tertiäre Amine 222
13.3 Die Basizität der Amine 223
13.4 Quartäre Amine 224
13.5 Aromatische Amine 225
13.6 Reaktionen mit salpetriger Säure/Nitrit 225
13.7 Weitere stickstoffhaltige Verbindungen 225
13.7.1 Ethylendiamin 225
13.7.2 Nitroverbindungen 225
14 Carbonsäuren 229
14.1 Die Carboxylgruppe 229
14.2 Die homologe Reihe der Carbonsäuren 231
14.3 Physikalische Eigenschaften 232
14.4 Die Säurestärke 232
14.5 Substituierte Carbonsäuren 233
14.5.1 Hydroxycarbonsäuren 234
14.5.2 Mehrwertige Carbonsäuren 235
14.5.3 Halogenierte Carbonsäuren 235
14.5.4 Ungesättigte Carbonsäuren 236
14.5.5 Aminocarbonsäuren 236
14.5.6 Aromatische Carbonsäuren 237
14.6 Derivate der Carboxylgruppe 237
14.6.1 Säurehalogenide 238
14.6.2 Säureanhydride 238
14.6.3 Säureamide 239
14.7 Typische Reaktionen von Carbonsäuren 240
14.7.1 Die Reaktion mit Wasser 240
14.7.2 Esterbildung und Verseifung 240
14.7.3 Inter- und intramolekulare Verbindungen 241
14.7.4 Schwefelhaltige Verbindungen 242
15 Reaktionstypen in der organischen Chemie 245
15.1 Grundsätzliches 245
15.1.1 Induktivität 245
15.1.2 Mesomerie 246
15.1.3 Elektrophile und nucleophile Teilchen 246
15.1.4 Radikale 247
15.1.5 Übergangszustände und Zwischenstufen 247
15.1.6 Reaktionstypen 248
15.2 Additionen 249
15.2.1 Elektrophile Addition 249
15.2.2 Verwandte Reaktionen 250
15.2.3 Nucleophile Addition 250
15.3 Substitutionen 251
15.3.1 Elektrophile Substitution 252
15.3.2 Die elektrophile Zweitsubstitution 253
15.3.3 Radikalische Substitution 254
15.4 Eliminierung 254
15.5 Umlagerung 255
15.6 Redoxreaktionen 255
16 Isomerie 261
16.1 Konformationsisomerie 261
16.2 Strukturisomerie 262
16.2.1 Ketten- oder Skelettisomerie 262
16.2.2 Stellungsisomerie 263
16.2.3 Tautomerie 263
16.2.4 Funktionsisomerie 263
16.2.5 Bindungs- oder Valenzisomere 264
16.2.6 Isomerie bei Cycloalkanen 264
16.3 Stereoisomerie 265
16.3.1 cis-trans- und E-Z-Isomerie 265
16.3.2 Spiegelbildisomerie 266
16.4 Optische Aktivität 271
17 Kunststoffe 275
17.1 Einteilung nach Materialeigenschaften 275
17.2 Halbsynthetische Kunststoffe 275
17.3 Vollsynthetische Kunststoffe 276
17.3.1 Polymerisation 276
17.3.2 Polykondensation 276
17.3.3 Weitere Kunststoffe 277
17.4 Silicone 277
18 Naturstoffe 279
18.1 Fette, Öle, Seifen, Wachse 279
18.1.1 Fette und Öle 279
18.1.2 Seifen 282
18.1.3 Wachse 283
18.2 Aminosäuren und Eiweiße 283
18.2.1 Aminosäuren 283
18.2.2 Eiweiße 285
18.3 Kohlenhydrate 287
18.3.1 Aldosen 287
18.4 Nucleinsäuren 295
18.4.1 Die DNA 295
18.4.2 Die RNA 298
19 Richtig gelöst 301
Literatur 355
Stichwortverzeichnis 357
