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E-Book

Chemie

Das Basiswissen der Chemie

Autor	Charles E. Mortimer, Ulrich Müller
Verlag	Georg Thieme Verlag KG
Erscheinungsjahr	2019
Seitenanzahl	720 Seiten
ISBN	9783132422759
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	84,99 EUR

Hier stimmt die Chemie! Der Mortimer begeistert Studierende seit Jahrzehnten. Er ist das meistverkaufte Lehrbuch seiner Art und startet bereits in die 13. Auflage. Warum sind die Lernenden so begeistert? Der Mortimer macht Chemie begreifbar und besonders anschaulich. Für Chemie-Studierende bietet er eine solide Basis, Nebenfächler der Natur- und Ingenieurwissenschaften führt er sicher durch alle Prüfungen. Mündliche Kolloquien im Rahmen der Praktika werden genauso abgedeckt wie Modulabschluss-Klausuren. Auch die Experimente der einzelnen Praktikumstage können damit inhaltlich prima vorbereitet werden. Das alles bietet der Mortimer seit über 40 Jahren: - leicht verständliche Sprache - konsequent farbige Abbildungen - anschauliche Rechenbeispiele - Übungsaufgaben mit Lösungen direkt im Buch (Das spart ein extra Übungsbuch!) - ausführliche Lösungswege zu den Übungsaufgaben im Internet - ausklappbares Periodensystem für den sicheren Überblick - Mini-Periodensystem als Lernkarte - umfangreiches Glossar mit Definitionen zu den wichtigsten Begriffen der Chemie - Zusammenfassungen je Kapitel Der Mortimer deckt den Inhalt des Moduls 'Allgemeine und anorganische Chemie' für Nebenfachstudierende ab und vermittelt das Grundwissen der organischen Chemie (Kohlenwasserstoffe; funktionelle Gruppen). Darüber hinaus gibt er einen Einblick in einige spezielle Gebiete der organischen Chemie (Stereochemie, Polymerchemie, supramolekulare Chemie). Die Biochemie wird kurz vorgestellt (u.a. Kohlenhydrate, Fette, Hormone, Vitamine, Proteine, Nucleinsäuren, Enzyme), ebenso die Kernchemie. Daneben gibt es ein Kapitel zum Umgang mit gefährlichen Stoffen und dem deutschen (und schweizerischen) Gefahrstoffrecht. Ein umfangreicher Anhang informiert über Normalpotenziale, Gleichgewichtskonstanten, Thermodynamische Daten, Bindungsenergien etc... Das Mortimer-Versprechen: Enthält das gesamte Basiswissen für Chemie-Studierende und alles Prüfungsrelevante für Chemie-Nebenfächler (Natur- und Ingenierswissenschaften).

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Inhaltsverzeichnis

Charles E. Mortimer, Ulrich Müller: Chemie	1
Vorderer Einband	2
Auf einen Blick	5
Innentitel	9
Impressum	10
Vorwort	11
Danksagung	12
Hinweise zur Benutzung	13
Inhaltsverzeichnis	15
1 Einleitung	21
1.1 Historische Entwicklung der Chemie	22
1.2 Elemente, Verbindungen, Gemische	25
1.3 Stofftrennung	27
1.3.1 Heterogene Gemische	27
1.3.2 Homogene Gemische	29
1.4 Maßeinheiten	30
1.5 Genauigkeit und signifikante Stellen	31
1.6 Mittelwert und Standardabweichung	32
2 Einführung in die Atomtheorie	34
2.1 Die Dalton-Atomtheorie	34
2.2 Das Elektron	35
2.2.1 Die Ladung des Elektrons	36
2.3 Das Proton	36
2.4 Das Neutron	37
2.5 Aufbau der Atome	37
2.5.1 Natürliche Radioaktivität	37
2.5.2 Das Rutherford-Atommodell	38
2.6 Atomsymbole	39
2.7 Isotope	39
2.8 Atommassen	40
3 Stöchiometrie Teil I: Chemische Formeln	43
3.1 Moleküle und Ionen	43
3.1.1 Moleküle	43
3.1.2 Ionen	44
3.1.3 Andere Atomaggregate	45
3.2 Empirische Formeln	45
3.3 Das Mol	45
3.4 Prozentuale Zusammensetzung von Verbindungen	47
3.5 Ermittlung chemischer Formeln	48
4 Stöchiometrie Teil II: Chemische Reaktionsgleichungen	52
4.1 Chemische Reaktionsgleichungen	52
4.1.1 Verbrennungsprozesse	53
4.1.2 Umrechnung auf umgesetzte Massen	54
4.2 Begrenzende Reaktanden	55
4.3 Ausbeute bei chemischen Reaktionen	56
4.4 Konzentration von Lösungen	56
5 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen	61
5.1 Energiemaße	62
5.2 Temperatur und Wärme	62
5.3 Kalorimetrie	63
5.4 Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie	64
5.5 Der Satz von Hess	66
5.6 Bildungsenthalpien	67
5.7 Bindungsenergien	70
6 Die Elektronenstruktur der Atome	74
6.1 Elektromagnetische Strahlung	75
6.2 Atomspektren	76
6.2.1 Das Bohr-Atommodell	77
6.3 Ordnungszahl und das Periodensystem der Elemente	79
6.3.1 Das Moseley-Gesetz	81
6.3.2 Einteilung des Periodensystems	81
6.4 Wellenmechanik	83
6.4.1 Die De-Broglie-Beziehung	83
6.4.2 Die Heisenberg-Unschärferelation	84
6.4.3 Das Elektron im Kasten	85
6.4.4 Die Schrödinger-Gleichung	86
6.5 Quantenzahlen	87
6.5.1 Das Pauli-Prinzip	91
6.6 Orbitalbesetzung und die Hund-Regel	91
6.7 Die Elektronenstruktur der Elemente	94
6.8 Halb- und vollbesetzte Unterschalen	96
6.9 Einteilung der Elemente	99
7 Eigenschaften der Atome und die Ionenbindung	102
7.1 Atomgröße	103
7.2 Ionisierungsenergien	105
7.3 Elektronenaffinitäten	107
7.4 Die Ionenbindung	109
7.5 Gitterenergie	110
7.6 Arten von Ionen	112
7.7 Ionenradien	114
7.8 Nomenklatur von Ionenverbindungen	116
8 Die kovalente Bindung	119
8.1 Konzept der kovalenten Bindung	119
8.2 Übergänge zwischen Ionenbindung und kovalenter Bindung	121
8.3 Elektronegativität	123
8.4 Formalladungen	125
8.5 Mesomerie (Resonanz)	127
8.6 Nomenklatur von binären Molekülverbindungen	129
9 Molekülstruktur, Molekülorbitale	131
9.1 Ausnahmen zur Oktettregel	132
9.2 Elektronenpaar-Abstoßung und Molekülstruktur	132
9.3 Hybridorbitale	137
9.4 Molekülorbitale	139
9.5 Molekülorbitale in mehratomigen Molekülen	143
9.6 Delokalisierte Bindungen	144
9.7 Stark polare kovalente Bindungen	148
9.8 Hypervalente Atome	148
9.9 Die Bindung in Metallen	150
9.10 Halbleiter	153
10 Gase	155
10.1 Druck	156
10.2 Das Avogadro-Gesetz	157
10.3 Das ideale Gasgesetz	158
10.4 Stöchiometrie und Gasvolumina	160
10.5 Die kinetische Gastheorie	162
10.5.1 Herleitung des idealen Gasgesetzes mit der kinetischen Gastheorie	162
10.6 Das Dalton-Gesetz der Partialdrücke	163
10.7 Molekülgeschwindigkeiten in Gasen	165
10.8 Das Graham-Effusionsgesetz	166
10.9 Reale Gase	167
10.10 Verflüssigung von Gasen	169
11 Flüssigkeiten	173
11.1 Intermolekulare Anziehungskräfte	174
11.2 Wasserstoff-Brücken	176
11.3 Der flüssige Zustand	177
11.4 Verdampfung	178
11.5 Dampfdruck	179
11.6 Siedepunkt	180
11.7 Verdampfungsenthalpie	180
11.8 Gefrierpunkt und Schmelzpunkt	181
11.9 Dampfdruck von Festkörpern	182
11.10 Phasendiagramme	182
12 Feststoffe	185
12.1 Arten von kristallinen Feststoffen	186
12.2 Kristallstruktur und Symmetrie	187
12.3 Kristallstrukturen von Metallen	190
12.4 Ionenkristalle	193
12.5 Defektstrukturen	196
12.6 Flüssigkristalle	197
12.7 Nanostrukturen	197
13 Strukturaufklärung	201
13.1 Röntgenbeugung	201
13.2 Kernmagnetische Resonanz-Spektroskopie	206
14 Lösungen	211
14.1 Allgemeine Betrachtungen	212
14.2 Der Auflösungsprozess	213
14.3 Hydratisierte Ionen	214
14.4 Lösungsenthalpie	215
14.5 Abhängigkeit der Löslichkeit von Druck und Temperatur	216
14.6 Konzentration von Lösungen	217
14.7 Dampfdruck von Lösungen	220
14.8 Gefrierpunkt und Siedepunkt von Lösungen	221
14.9 Osmose	223
14.10 Destillation	226
14.11 Elektrolyt-Lösungen	227
14.12 Interionische Wechselwirkungen in Lösungen	228
14.13 Kolloide Lösungen und Gele	229
14.14 Tenside und Mizellen	229
14.15 Ionische Flüssigkeiten	231
15 Reaktionen in wässriger Lösung	234
15.1 Metathese-Reaktionen	234
15.2 Oxidationszahlen	237
15.3 Reduktions-Oxidations-Reaktionen	239
15.4 Arrhenius-Säuren und -Basen	242
15.5 Saure und basische Oxide	244
15.6 Nomenklatur von Säuren, Hydroxiden und Salzen	245
15.7 Volumetrische Analyse	247
15.8 Äquivalentmasse und Äquivalentkonzentration	249
16 Reaktionskinetik	253
16.1 Reaktionsgeschwindigkeit	254
16.2 Konzentrationsabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit	255
16.3 Zeitabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit	256
16.3.1 Reaktionen erster Ordnung	256
16.3.2 Reaktionen zweiter Ordnung	258
16.3.3 Reaktionen nullter Ordnung	259
16.4 Einstufige Reaktionen	260
16.4.1 Kollisionstheorie	261
16.4.2 Theorie des Übergangszustands	262
16.5 Geschwindigkeitsgesetze für einstufige Reaktionen	263
16.6 Reaktionsmechanismen	264
16.7 Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit	266
16.8 Katalyse	267
17 Das chemische Gleichgewicht	273
17.1 Reversible Reaktionen und chemisches Gleichgewicht	274
17.2 Die Gleichgewichtskonstante Kc	275
17.2.1 Heterogene Gleichgewichte	278
17.3 Die Gleichgewichtskonstante Kp	278
17.4 Das Prinzip des kleinsten Zwanges	280
18 Säuren und Basen	284
18.1 Das Arrhenius-Konzept	285
18.2 Das Brønsted-Lowry-Konzept	285
18.3 Die Stärke von Brønsted-Säuren und -Basen	286
18.4 Säurestärke und Molekülstruktur	287
18.4.1 Säuren, in denen Wasserstoff-Atome nicht an Sauerstoff-Atome gebunden sind	288
18.4.2 Oxosäuren	289
18.5 Das Lewis-Konzept	290
18.6 Lösungsmittelbezogene Säuren und Basen	292
19 Säure-Base-Gleichgewichte	295
19.1 Das Ionenprodukt des Wassers. pH-Wert	296
19.2 Schwache Elektrolyte	297
19.3 Indikatoren	302
19.4 Pufferlösungen	303
19.5 Mehrprotonige Säuren	306
19.6 Salze schwacher Säuren und Basen	309
19.7 Säure-Base-Titrationen	311
19.7.1 Titration einer starken Säure mit einer starken Base	311
19.7.2 Titration einer schwachen Säure mit einer starken Base	312
19.7.3 Titration einer schwachen Base mit einer starken Säure	313
19.8 Erweiterung des Säure-Base-Konzepts auf Festkörper	313
20 Löslichkeitsprodukt und Komplex-Gleichgewichte	317
20.1 Das Löslichkeitsprodukt	317
20.2 Fällungsreaktionen	319
20.3 Fällung von Sulfiden	322
20.4 Komplex-Gleichgewichte	323
21 Grundlagen der chemischen Thermodynamik	328
21.1 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik	329
21.2 Enthalpie	330
21.3 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik	331
21.4 Die freie Enthalpie	333
21.5 Freie Standard-Enthalpien	335
21.6 Absolute Entropien	335
21.7 Gleichgewicht und freie Reaktionsenthalpie	337
21.8 Temperaturabhängigkeit von Gleichgewichtskonstanten	339
22 Elektrochemie	342
22.1 Elektrischer Strom	343
22.2 Elektrolytische Leitung	344
22.3 Elektrolyse	345
22.4 Stöchiometrische Gesetze bei der Elektrolyse	346
22.5 Galvanische Zellen	348
22.6 Die elektromotorische Kraft	349
22.7 Elektrodenpotenziale	350
22.8 Freie Reaktionsenthalpie und elektromotorische Kraft	354
22.9 Konzentrationsabhängigkeit des Potenzials	356
22.10 Potenziometrische Titration	360
22.11 Elektrodenpotenziale und Elektrolyse	360
22.12 Korrosion und Korrosionsschutz	361
22.13 Elektrochemische Herstellung von nanostrukturierten Materialien	362
22.14 Galvanische Zellen für den praktischen Gebrauch	363
22.15 Brennstoffzellen	365
23 Wasserstoff	369
23.1 Vorkommen und physikalische Eigenschaften	369
23.2 Herstellung von Wasserstoff	370
23.2.1 Technische Herstellungsverfahren	370
23.2.2 Laboratoriumsmethoden	372
23.3 Chemische Eigenschaften des Wasserstoffs	372
23.4 Technische Verwendung von Wasserstoff	374
24 Halogene	375
24.1 Eigenschaften der Halogene	375
24.2 Vorkommen und Herstellung der Halogene	377
24.3 Interhalogen-Verbindungen	379
24.4 Halogenwasserstoffe	381
24.5 Halogenide	382
24.6 Oxosäuren der Halogene	383
24.6.1 Hypohalogenige (oder Unterhalogenige) Säuren und Hypohalogenite	384
24.6.2 Chlorige Säure und Chlorite	386
24.6.3 Halogensäuren und Halogenate	386
24.6.4 Perhalogensäuren und Perhalogenate	387
24.7 Verwendung der Halogene	387
25 Die Edelgase	389
25.1 Vorkommen und Gewinnung der Edelgase	389
25.2 Eigenschaften der Edelgase	390
25.3 Verwendung der Edelgase	391
26 Die Elemente der 6. Hauptgruppe (Gruppe 16)	392
26.1 Allgemeine Eigenschaften der Chalkogene	393
26.2 Vorkommen und Gewinnung von Sauerstoff	394
26.3 Reaktionen des Sauerstoffs	394
26.4 Verwendung von Sauerstoff	397
26.5 Ozon	397
26.6 Schwefel, Selen und Tellur	398
26.7 Vorkommen und Gewinnung von Schwefel, Selen und Tellur	399
26.8 Wasserstoff-Verbindungen von Schwefel, Selen und Tellur	400
26.9 Schwefel-, Selen- und Tellur-Verbindungen in der Oxidationsstufe +IV	401
26.10 Schwefel-, Selen- und Tellur-Verbindungen in der Oxidationsstufe +VI	403
26.11 Verwendung von Schwefel, Selen und Tellur	406
27 Die Elemente der 5. Hauptgruppe (Gruppe 15)	408
27.1 Allgemeine Eigenschaften	409
27.2 Die Elementstrukturen von Phosphor, Arsen, Antimon und Bismut	410
27.3 Der Stickstoffzyklus	411
27.4 Vorkommen und Herstellung der Elemente der 5. Hauptgruppe	412
27.5 Nitride und Phosphide	413
27.6 Wasserstoff-Verbindungen	414
27.7 Halogen-Verbindungen	416
27.8 Oxide und Oxosäuren des Stickstoffs	417
27.9 Luftverschmutzung	420
27.10 Oxide und Oxosäuren des Phosphors	424
27.11 Oxide und Oxosäuren von Arsen, Antimon und Bismut	426
27.12 Verwendung der Elemente der 5. Hauptgruppe	427
28 Kohlenstoff, Silicium und Bor	429
28.1 Allgemeine Eigenschaften der Elemente der 4. Hauptgruppe	430
28.2 Die Strukturen der Elemente der 4. Hauptgruppe	432
28.3 Vorkommen, Gewinnung und Verwendung von Kohlenstoff und Silicium	434
28.4 Carbide, Silicide und Silane	436
28.5 Oxide und Oxosäuren des Kohlenstoffs	438
28.6 Siliciumdioxid und Silicate	439
28.7 Schwefel- und Stickstoff-Verbindungen des Kohlenstoffs	442
28.8 Allgemeine Eigenschaften der Elemente der 3. Hauptgruppe (Gruppe 13)	442
28.9 Elementares Bor	443
28.10 Bor-Verbindungen	444
28.11 Borane (Borhydride)	445
29 Metalle	448
29.1 Physikalische Eigenschaften von Metallen	449
29.2 Vorkommen von Metallen	451
29.3 Metallurgie: Aufbereitung von Erzen	452
29.4 Metallurgie: Reduktion	454
29.5 Metallurgie: Raffination	459
29.6 Metallurgie: Wiederaufbereitung	460
29.7 Die Alkalimetalle	461
29.8 Die Erdalkalimetalle	464
29.9 Die Metalle der 3. Hauptgruppe	467
29.10 Die Metalle der 4. Hauptgruppe	470
29.11 Die Übergangsmetalle	472
29.12 Die Lanthanoide	477
30 Komplex-Verbindungen	481
30.1 Struktur von Komplex-Verbindungen	482
30.2 Stabilität von Komplexen	486
30.3 Nomenklatur von Komplexen	487
30.4 Isomerie	487
30.5 Die Bindungsverhältnisse in Komplexen	489
31 Organische Chemie Teil I: Kohlenwasserstoffe	499
31.1 Alkane	500
31.1.1 Konformation der Alkane und Cycloalkane	502
31.1.2 Gewinnung von Alkanen und Cycloalkanen	504
31.1.3 Eigenschaften der Alkane	506
31.2 Alkene	506
31.3 Alkine	507
31.4 Arene	508
31.5 Reaktionen der Kohlenwasserstoffe. Radikalische Substitution. Addition	509
31.6 Cycloaddition und die Bedeutung der Orbitalsymmetrie für chemische Reaktionen	512
31.7 Reaktionen von Arenen. Elektrophile Substitution	512
32 Organische Chemie Teil II: Funktionelle Gruppen	517
32.1 Halogenalkane. Nucleophile Substitution. Eliminierungsreaktionen	518
32.2 Metallorganische Verbindungen	521
32.3 Alkohole, Phenole und Thiole	522
32.4 Ether	525
32.5 Carbonyl-Verbindungen	526
32.6 Carbonsäuren und ihre Derivate	531
32.7 Amine und Carbonsäureamide	538
32.8 Aminosäuren und Peptide	541
32.9 Azo- und Diazo-Verbindungen	542
32.10 Heterocyclische Verbindungen	543
33 Stereochemie, Polymerchemie und supramolekulare Chemie	546
33.1 Stereochemie organischer Verbindungen	546
33.1.1 Prochiralität	549
33.2 Racemat-Trennung und Synthese chiraler Moleküle	550
33.3 Polymerchemie	551
33.4 Supramolekulare Chemie	558
34 Naturstoffe und Biochemie	562
34.1 Terpene	564
34.2 Kohlenhydrate	565
34.3 Fette, Öle und Wachse	569
34.4 Botenstoffe, Hormone und Vitamine	571
34.5 Natürliche Farbstoffe	574
34.6 Proteine	577
34.7 Nucleinsäuren	581
34.8 Proteinsynthese	583
34.9 Gentechnik	586
34.10 Enzyme und Coenzyme	590
34.11 Schlussbemerkung: Biochemie und Chemie	593
35 Kernchemie	595
35.1 Der Atomkern	596
35.2 Kernreaktionen	597
35.3 Radioaktivität	598
35.3.1 ?-Zerfall	598
35.3.2 ?-Strahlung	599
35.3.3 ?--Zerfall (Elektronen-Emission)	600
35.3.4 ?+-Zerfall und Elektronen-Einfang	600
35.3.5 Spontane Kernspaltung	600
35.4 Messung der Radioaktivität	601
35.5 Die radioaktive Zerfallsgeschwindigkeit	602
35.5.1 Aktivität	603
35.5.2 Altersbestimmung mit 14C	604
35.6 Biologische Effekte der Radioaktivität	605
35.7 Radioaktive Zerfallsreihen	607
35.7.1 Geologische Altersbestimmung	608
35.8 Künstliche Kernumwandlungen	609
35.8.1 Teilchen-Beschleuniger	609
35.8.2 Neutronen als Projektile	610
35.8.3 Künstliche Nuclide. Transurane	610
35.9 Kernspaltung	611
35.9.1 Kernbindungsenergie	611
35.9.2 Kernspaltung	612
35.9.3 Kernreaktoren	613
35.10 Kernfusion	615
35.11 Verwendung von radioaktiven Nucliden	616
36 Umgang mit gefährlichen Stoffen	621
36.1 Einteilung und Kennzeichnung der Gefahrstoffe	622
36.2 Europäisches Gefahrstoffrecht	627
36.3 Giftstoffe, Toxikologie	633
Anhang	637
Anhang A: Normalpotenziale bei 25 °C	638
Anhang B: Gleichgewichtskonstanten bei 25 °C	639
B.1 Dissoziationskonstanten	639
B.2 Löslichkeitsprodukte L bzw. LS	640
B.3 Komplexzerfallskonstanten	640
Anhang C: Thermodynamische Daten bei 25 °C	641
Anhang D: Mittlere Bindungsenergien	642
Anhang E: Lösungen zu den Übungsaufgaben	643
1 Einleitung	643
2 Einführung in die Atomtheorie	643
3 Stöchiometrie Teil I: Chemische Formeln	644
4 Stöchiometrie Teil II: Chemische Reaktionsgleichungen	644
5 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen	645
6 Die Elektronenstruktur der Atome	645
7 Eigenschaften der Atome und die lonenbindung	646
8 Die kovalente Bindung	646
9 Molekülstruktur. Molekülorbitale	647
10 Gase	649
11 Flüssigkeiten	650
12 Feststoffe	650
13 Strukturbestimmung	651
14 Lösungen	651
15 Reaktionen in wässriger Lösung	652
16 Reaktionskinetik	653
17 Das chemische Gleichgewicht	654
18 Säuren und Basen	654
19 Säure-Base-Gleichgewichte	655
20 Löslichkeitsprodukt und Komplex-Gleichgewichte	656
21 Grundlagen der chemischen Thermodynamik	656
22 Elektrochemie	656
23 Wasserstoff	658
24 Halogene	658
26 Die Elemente der sechsten Hauptgruppe	658
27 Die Elemente der fünften Hauptgruppe	659
28 Kohlenstoff, Silicium und Bor	660
29 Metalle	661
30 Komplexverbindungen	662
31 Organische Chemie Teil I: Kohlenwasserstoffe	664
32 Organische Chemie Teil II: Funktionelle Gruppen	665
33 Stereochemie, Polymerchemie und supramolekulare Chemie	667
34 Naturstoffe und Biochemie	667
35 Kernchemie	668
36 Umgang mit gefährlichen Stoffen	669
Glossar	670
Sachverzeichnis	693
Ausklapptafel 1	716
Ausklapptafel 2	717
Die ausführlichen Lösungswege zu den Übungsaufgaben im Internet	718

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