Description
Book SynopsisDie 14. Auflage dieses Klassikers bietet eine umfassende praxisorientierte Einführung in die für Ingenieure relevante Chemie. Vollständig überarbeitet und aktualisiert ist das Buch besonders für Ingenieure in Bachelor- und Diplomstudiengängen konzipiert.
Trade Review "Das Lehrbuch ist didaktisch sehr gut aufgebaut. Fachausdrücke werden bei ihrem ersten Auftauchen mit verständlichen Sätzen erklärt (...). Für die Studierende, die sich mit den Grundlagen der Chemie befassen und Praktiker, die ihr chemisches Grundlagenwissen auffrischen wollen, sind das bewährte Lehrbuch zusammen mit dem Aufgaben- und Lösungsbuch sehr zu empfehlen. Das Ziel, ein Lehrbuch sowie aktuelles Nachschlagewerk zu sein, hat der Autor wirklich erreicht!"
Materials and Corrosion (22.07.2016)
"Der Lehrbuch-Bestseller erleichtert Studierenden der Elektrotechnik, des Maschinenbaus und der Verfahrenstechnik, aber auch Neu- und Quereinsteigern die Einarbeitung. Es erläuterte chemisches Grundlagenwissen abgestimmt auf die Bedürfnisse angehender Ingenieuren."
BBR (März 2016)
"Das Lehrbuch Chemie für Ingenieure hilft auch in der neuen Auflage Studentinnen und Studenten der Elektrotechnik, des Maschinenbaus, der Verfahrenstechnik und des Bauingenieurwesen beim erfolgreichen Studium."
mpa (01.01.2016)
"(...) dieses Werk erläutert (die) Grundlagen didaktisch herausragend und natürlich abgestimmt auf die Bedürfnisse von Ingenieuren."
Giesserei (11.12.2015)
"Das 650 Seiten starke Werk, so wie sein gut 180 Seiten starkes Arbeitsbuch lassen sich zu einer Prüfungsvorbereitung wärmstens empfehlen. Durch die saubere und strukturierte Schreibart ist auch der Chemiestudierende im Hauptfach angesprochen, als erstes Nachschlagewerk um einen ersten Eindruck zu gewinnen, vor allem während der ersten Semester. Alles in allem ist für den Chemie-interessierten dieses Werk eine gute Wahl."
www.fschemie.hhu.de (01.12.2015)
Table of ContentsVorwort XV
1 Atombau und Periodensystem 1
1.1 Bestandteile des Atoms 1
1.2 Atomkerne 2
1.3 Aufbau der Elektronenhülle 4
1.3.1 Das Bohr’sche Atommodell 4
1.3.2 Das wellenmechanische Atommodell 5
1.4 Das Periodensystem der Elemente 15
1.4.1 Die Elektronenstrukturen der Elemente 16
1.4.2 Die Periodizität der Eigenschaften 17
2 Die chemische Bindung 25
2.1 Die Atombindung (kovalente Bindung) 26
2.1.1 DasWasserstoffmolekül 26
2.1.2 σ-Bindungen 27
2.1.3 π-Bindungen 28
2.2 Die Ionenbindung 29
2.3 Die metallische Bindung 32
2.3.1 Das „Elektronengasmodell“ 32
2.3.2 Das Energiebändermodell 33
2.4 Übergangsformen zwischen den Bindungsarten 33
2.5 Die zwischenmolekularenWechselwirkungen 36
2.5.1 Die Dipol-Wechselwirkungen 36
2.5.2 Die Van-der-Waals-Wechselwirkung 37
2.5.3 Wasserstoffbrücken 39
2.6 Mengenangaben 41
2.6.1 Die Gesetze von den konstanten und multiplen Proportionen 41
2.6.2 Die relative Atommasse 42
2.6.3 Die relative Molekülmasse und die Formelmasse 43
2.6.4 Das Mol und die molare Masse 44
3 Die Aggregatzustände 47
3.1 Der gasförmige Aggregatzustand 47
3.1.1 Ideale Gase 47
3.1.2 Reale Gase 49
3.1.3 Gasverflüssigung, der Joule-Thomson-Effekt 50
3.2 Der flüssige Aggregatzustand 51
3.3 Der feste Aggregatzustand 52
3.3.1 Die Kristallsysteme 52
3.3.2 Die Eigenschaften von Kristallen 54
3.3.3 Amorphe Feststoffe 56
3.4 Mischungen 56
3.4.1 HomogeneMischungen 57
3.4.2 HeterogeneMischungen 57
3.5 Lösungen 59
3.5.1 Angaben über die Zusammensetzung von Lösungen 60
3.5.2 Diffusion und Osmose 63
3.5.3 Lösungsenthalpie und Entropie 66
3.6 Aggregatzustandsänderungen 70
3.6.1 Das Temperatur-Energie-Diagramm 70
3.6.2 Das Phasendiagramm 71
3.6.3 Das Prinzip der Kälteerzeugung 75
3.6.4 Destillation 79
4 Chemische Reaktionen 85
4.1 Reaktionsgleichungen und stöchiometrische Berechnungen 85
4.2 Energieumsätze bei chemischen Reaktionen 88
4.3 Der Verlauf chemischer Reaktionen 91
4.3.1 Reversible und irreversible Prozesse 91
4.3.2 Reaktionsgeschwindigkeit 92
4.4 Redoxreaktionen 95
4.4.1 Die Definition von Oxidation und Reduktion 95
4.4.2 Die Definition der Oxidationszahl 96
4.4.3 Schreibweise von Oxidationszahl und Ladungszahl 96
4.4.4 Regeln für die Festlegung der Oxidationszahlen 97
4.4.5 Beispiele für wichtige Redoxreaktionen in der Chemietechnik 99
4.5 Säure-Base-Reaktionen 100
4.5.1 Säuren 100
4.5.2 Basen 102
4.5.3 Der Ampholyt „Wasser“ und der pH-Wert (1. Teil) 102
4.5.4 Salze 104
5 Chemische Gleichgewichte 107
5.1 Das Massenwirkungsgesetz 107
5.1.1 Die mathematische Formulierung des Massenwirkungsgesetzes 107
5.1.2 Das Prinzip von Le Chatelier 110
5.2 Gleichgewichte in wässrigen Lösungen 113
5.2.1 Das Ionenprodukt desWassers 113
5.2.2 Der pH-Wert (2. Teil) 114
5.2.3 Die elektrolytische Dissoziation 116
5.2.4 Das Kohlensäuregleichgewicht 117
5.2.5 Pufferlösungen 118
5.2.6 pH-Farbindikatoren 119
5.2.7 Maßanalyse 121
5.2.8 Saure und alkalische Reaktionen von Salzen 125
5.3 Das Löslichkeitsprodukt 127
5.3.1 Mathematische Ableitung des Löslichkeitsproduktes 127
5.3.2 Das Löslichkeitsprodukt des Calciumcarbonats 130
5.3.3 Weitere Anwendungsbeispiele aus der Praxis 134
5.4 Komplexverbindungen 138
5.4.1 Komplexbildung am Anion 138
5.4.2 Komplexbildung am Kation 140
5.4.3 Komplexbildung an neutralen Atomen 143
5.4.4 Eigenschaften häufig gebrauchter Komplexe 144
5.5 Gasgleichgewichte 145
5.5.1 Homogene Gasgleichgewichte 146
5.5.2 Heterogene Gasgleichgewichte 152
5.5.3 Der Heß’sche Satz 155
5.6 Adsorptionsvorgänge 155
5.6.1 Adsorptionsgesetze 155
5.6.2 Chromatografie 157
6 Die Elemente 161
6.1 Allgemeines 161
6.1.1 Einteilung der Elemente 161
6.1.2 Die Häufigkeit der Elemente und die Rohstoffprobleme 162
6.1.3 Elementumwandlungen 165
6.2 Die gasförmigen Elemente 171
6.2.1 Wasserstoff 171
6.2.2 Die gasförmigen Halogene 173
6.2.3 Stickstoff und Sauerstoff 174
6.2.4 Ozon 182
6.2.5 Die Edelgase 183
6.3 Die übrigen Nichtmetalle 185
6.3.1 Brom und Iod 185
6.3.2 Schwefel 187
6.3.3 Phosphor 188
6.3.4 Kohlenstoff 189
6.4 Halbleiter 197
6.4.1 Die elektrische Leitfähigkeit in festen Stoffen 197
6.4.2 Silicium und Germanium 200
6.4.3 Chemische Verbindungen als Halbleiter 206
6.5 Metalle 209
6.5.1 Allgemeine metallische Eigenschaften 209
6.5.2 Einteilung der Metalle 215
6.5.3 Legierungen 215
6.5.4 Die Alkalimetalle 219
6.5.5 Die Erdalkalimetalle 220
6.5.6 Beryllium undMagnesium 221
6.5.7 Aluminium und die Metalle der dritten Hauptgruppe 221
6.5.8 Die Metalle der vierten und fünften Hauptgruppe 222
6.5.9 Zink, Cadmium, Quecksilber 223
6.5.10 Kupfer, Silber, Gold 225
6.5.11 Die Platinmetalle 227
6.5.12 Eisen, Cobalt, Nickel 227
6.5.13 Metalle der vierten bis siebten Nebengruppe 232
6.5.14 Metalle der dritten Nebengruppe und die Lanthanoide 232
6.6 Radioaktive Elemente 233
6.6.1 Natürliche radioaktive Elemente 233
6.6.2 Künstlich hergestellte radioaktive Elemente 236
6.6.3 Kernreaktoren 237
7 Anorganische Verbindungen 239
7.1 Wasserstoffverbindungen der Elemente 239
7.1.1 Das Tetraedermodell für Moleküle 240
7.1.2 Wasser H2O 243
7.1.3 Wasserstoffperoxid H2O2 247
7.1.4 Chlorwasserstoff HCl 248
7.1.5 Ammoniak NH3 249
7.1.6 Hydrazin N2H4 251
7.1.7 Schwefelwasserstoff H2S 251
7.1.8 Phosphorwasserstoff PH3 251
7.2 Sauerstoffverbindungen der Elemente 251
7.2.1 Nichtmetalloxide 251
7.2.2 Sauerstoffsäuren 259
7.2.3 Metalloxide und Metallhydroxide 263
7.2.4 Glas 265
7.2.5 Alumosilicate 266
7.2.6 Baustoffbindemittel 268
7.2.7 Asbest 269
7.3 Carbide und Nitride 270
7.3.1 Salzartige Carbide 270
7.3.2 Einlagerungsverbindungen 270
7.3.3 Kovalente Verbindungen 271
7.4 Nanotechnologie 272
8 Organische Verbindungen 277
8.1 Kohlenwasserstoffe 279
8.1.1 Alkane oder Paraffine 279
8.1.2 Alkene oder Olefine 282
8.1.3 Alkine oder Acetylene 285
8.1.4 Alicyclische Verbindungen 288
8.1.5 Aromatische Kohlenwasserstoffe 288
8.2 Halogenabkömmlinge der Kohlenwasserstoffe 295
8.2.1 Chlorierte Kohlenwasserstoffe 295
8.2.2 Polychlorierte Biphenyle (PCB) 296
8.2.3 Frigene (Freone) und Halone 296
8.2.4 Umweltaspekte von halogenierten Kohlenwasserstoffen 297
8.2.5 Substitutionsmöglichkeiten von Halogenkohlenwasserstoffen 298
8.3 Metallorganische Verbindungen 299
8.4 Sauerstoffverbindungen 299
8.4.1 Alkohole 300
8.4.2 Phenole 302
8.4.3 Ether (frühere Schreibweise Äther) 303
8.4.4 Ketone 304
8.4.5 Aldehyde 304
8.4.6 Carbonsäuren 306
8.4.7 Ester 311
8.4.8 Fette und fette Öle 312
8.4.9 Seifen undWaschmittel 313
8.4.10 Zusammenfassender Überblick 315
8.5 Stickstoffverbindungen 316
8.5.1 Amine 316
8.5.2 Aminosäuren 317
8.5.3 Amide 317
8.5.4 Nitrile 318
8.5.5 Nitroverbindungen 319
8.6 Heterocyclische Verbindungen 320
8.6.1 Stickstoffhaltige Heterocyclen 320
8.6.2 Sauerstoffhaltige Heterocyclen 321
8.7 Organische Naturprodukte 322
8.7.1 Kohlenhydrate 322
8.7.2 Eiweißstoffe (Proteine) 325
8.8 Brennstoffe, Kraftstoffe, Schmierstoffe 326
8.8.1 Brennstoffe 326
8.8.2 Kraftstoffe 328
8.8.3 Schmierstoffe 336
8.8.4 Sicherheitsvorschriften 339
9 Kunststoffe 341
9.1 Mechanisch-thermische Eigenschaften 342
9.1.1 Thermoplaste 342
9.1.2 Elastomere 344
9.1.3 Duroplaste 345
9.1.4 Fluidoplaste 346
9.1.5 Spannungs-Dehnungs-Diagramme 346
9.2 Abgewandelte Naturprodukte 348
9.2.1 Kunststoffe auf Cellulosebasis 348
9.2.2 Gummi aus Naturkautschuk 349
9.3 Polymerisationskunststoffe 350
9.3.1 Allgemeines 350
9.3.2 Polyethylen 352
9.3.3 Polypropylen 355
9.3.4 Polybuten-1 356
9.3.5 Polyisobutylen 356
9.3.6 Synthetischer Kautschuk 356
9.3.7 Ethylen-Propylen-Kautschuk 357
9.3.8 Polystyrol 358
9.3.9 Polyvinylcarbazol 360
9.3.10 Polyvinylchlorid und Polyvinylacetat 360
9.3.11 Polyvinylidenchlorid 362
9.3.12 Polytetrafluorethylen 363
9.3.13 Polyacrylnitril 365
9.3.14 Polymethacrylsäuremethylester 365
9.3.15 Polyoxymethylen 366
9.4 Polykondensationskunststoffe 367
9.4.1 Polyamide 367
9.4.2 Formaldehydkondensationsprodukte 370
9.4.3 Polyesterharze oder Alkydharze 372
9.4.4 Polycarbonat 376
9.4.5 Hochtemperaturbeständige Polykondensationskunststoffe 377
9.5 Polyadditionskunststoffe 378
9.5.1 Polyurethane 379
9.5.2 Epoxidharze 379
9.6 Silicone 381
9.6.1 Siliconöle und -fette 381
9.6.2 Siliconkautschuk 382
9.6.3 Siliconharze 382
9.7 Alterung und Zerstörung von Kunststoffen 382
9.7.1 Thermische Einflüsse 383
9.7.2 Einfluss von energiereicher Strahlung 384
9.7.3 Spannungsrissbildung 385
9.7.4 Einfluss von Lösungsmitteln 385
9.7.5 Chemische Zerstörung von Kunststoffen 388
9.7.6 Feuerbeständigkeit von Kunststoffen 388
9.8 Kunststoffrecycling 389
9.9 Biologisch abbaubare Kunststoffe 391
10 Elektrochemie 393
10.1 Elektrochemische Potenziale 393
10.1.1 Galvanische Elemente 393
10.1.2 Die Normal-Wasserstoffelektrode 395
10.1.3 Die Normalpotenziale (elektrochemische Spannungsreihen) 396
10.1.4 Praktische Spannungsreihen 403
10.1.5 Herstellung von Leiterplatten 404
10.2 Die Konzentrationsabhängigkeit der elektrochemischen Potenziale 406
10.2.1 Die Nernst’sche Gleichung 406
10.2.2 Elektroden zweiter Art 408
10.2.3 pH-Messungen 410
10.3 Elektrochemische Stromerzeugung 412
10.3.1 Primärelemente 412
10.3.2 Sekundärelemente 415
10.3.3 Brennstoffzellen 420
10.4 Erzwungene elektrochemische Vorgänge 424
10.4.1 Messung einer galvanischen Spannung 424
10.4.2 Die Elektrolyse 424
10.4.3 Die Faraday’schen Gesetze 427
10.4.4 Die elektrische Leitfähigkeit von Elektrolyten 429
10.4.5 Die elektrochemische Polarisation 429
10.5 Galvanisieren 433
10.5.1 Die elektrolytische Entfettung 434
10.5.2 Elektropolieren und Elektroentgraten 434
10.5.3 Die gebräuchlichsten Metallschutzschichten 434
10.6 Korrosion und Korrosionsschutz 436
10.6.1 Korrosionsarten 436
10.6.2 Möglichkeiten des Korrosionsschutzes 444
10.7 ElektrochemischeMessmethoden 449
10.7.1 Die Leitfähigkeitsmethode (Konduktometrie) 450
10.7.2 Die Potenziometrie 451
10.7.3 Die Amperometrie 453
10.7.4 Die Coulometrie 454
10.7.5 Die Voltammetrie und Polarografie 455
11 Spektren und ihre Anwendungen 459
11.1 Elektromagnetische Spektren 460
11.1.1 Die Entstehung von elektromagnetischen Spektren 460
11.1.2 Absorptions- und Emissionsspektren 460
11.1.3 Die Bereiche elektromagnetischer Strahlen 461
11.2 Spektrenformen 462
11.2.1 Linienspektren 463
11.2.2 Bandenspektren 467
11.2.3 Absorptionsmaxima 469
11.3 Spektralanalytische Untersuchungen 470
11.4 Spektralbereiche 471
11.4.1 Gammastrahlen 471
11.4.2 Röntgenbereich 472
11.4.3 Ultraviolettspektren (UV-Spektren) 474
11.4.4 Spektren im sichtbaren Licht 475
11.4.5 Infrarotspektren (IR-Spektren) 477
11.4.6 Magnetische Kernresonanz (nuclear magnetic resonance=NMR) 479
11.5 Spezielle Messgeräte 480
11.5.1 Fotometer 480
11.5.2 IR-Messgeräte für Gase 482
11.5.3 Chemolumineszenzanalyse 483
11.6 Massenspektrometer 484
11.7 Farbmittel 486
11.7.1 Ursachen für die Farbigkeit 487
11.7.2 Pigmente 489
11.7.3 Farbstoffe 489
11.7.4 Farbindikatoren 490
12 Biochemie und Biotechnologie 491
12.1 Grundlagen der Biochemie 492
12.1.1 Eigenschaften belebter Materie 492
12.1.2 Die Zelle 494
12.1.3 Der Stoffwechsel 497
12.2 Molekularbiologie 502
12.2.1 Aufbau und Verdoppelung der DNA 502
12.2.2 Die Eiweißsynthese 503
12.2.3 Mutationen 505
12.2.4 Gentechnik 510
12.3 Bioverfahrenstechnik 513
12.3.1 Bioreaktoren (Fermenter) 514
12.3.2 Produktaufarbeitung 516
12.3.3 Herstellung von Bioethanol 516
12.4 Biosensoren 518
12.5 Schadwirkung von Chemikalien 520
12.5.1 Humantoxikologie 520
12.5.2 Die häufigsten Gifte 525
12.5.3 Ökotoxikologie 530
13 Umwelttechnik 535
13.1 Ökologische Grundlagen 535
13.1.1 Ökosysteme 535
13.1.2 Stoff- und Energieumsätze in Ökosystemen 537
13.1.3 Stoffkreisläufe 538
13.2 Abwasser und Abwasserreinigung 541
13.2.1 RohstoffWasser 541
13.2.2 Abwasserinhaltsstoffe 542
13.2.3 Abwasserreinigung durch kommunale Kläranlagen 550
13.2.4 Weiterentwickelte Verfahren in der biologischen Abwasserreinigung 556
13.2.5 Spezielle Verfahren der Abwasserreinigung 558
13.3 Membrantrennverfahren 566
13.3.1 Grundlage und Arten der Membrantrennverfahren 566
13.3.2 Stofftransport beiMembrantrennverfahren 569
13.3.3 TechnischeMembranmodule 575
13.4 Abluftreinigung 576
13.4.1 Luftschadstoffe 576
13.4.2 Abluftreinigung in der Industrie 578
13.4.3 Rauchgasreinigung in Kraftwerken 586
13.4.4 Abgasreinigung bei Automobilen 591
13.5 Abfall und Recycling 594
13.5.1 Abfallzusammensetzung 594
13.5.2 Abfallentsorgung 595
13.5.3 Recycling 602
13.6 Produktionsintegrierter Umweltschutz 603
13.7 Ökobilanzen 606
Anhang 609
A.1 Die Buchstaben des griechischen Alphabets 609
A.2 Vorsatzzeichen und Abkürzungen für Stoffmengengehalte 610
A.3 Maßeinheitentabelle 611
A.4 Verzeichnis der chemischen Elemente (Stand IUPAC 2011) 612
A.5 Löslichkeitsprodukte 615
A.6 Schadstoffhöchstwerte am Arbeitsplatz und Wassergefährdungsklassen (WGK) 617
A.7 Gefahrensymbole 618
A.8 Periodensystem der Elemente 619
Sachverzeichnis 621
