Cover | 1 |
Titelseite | 5 |
Impressum | 6 |
Inhaltsverzeichnis | 7 |
Vorwort zur zweiten Auflage | 15 |
1 Aufbau der Materie, Atombau und Periodensystem | 17 |
1.1 Aufbau der Materie | 17 |
1.1.1 Reinstoffe | 17 |
1.1.2 Mischungen | 17 |
1.1.3 Elemente und Verbindungen | 18 |
1.2 Atombau | 19 |
1.2.1 Der Atomkern | 19 |
1.2.2 Die Elektronenhülle | 23 |
1.3 Das Periodensystem der Elemente (PSE) | 30 |
1.3.1 Ionisierungsenergie | 32 |
1.3.2 Elektronenaffinität | 33 |
1.3.3 Metalle und Nichtmetalle | 34 |
1.3.4 Elektronegativität | 35 |
1.4 Radioaktivität | 35 |
1.4.1 Natürliche Radioaktivität | 35 |
1.4.2 Die Halbwertszeit | 36 |
1.4.3 Zerfallsreihen | 37 |
1.4.4 Kernumwandlungen | 37 |
1.4.5 Kernspaltung | 37 |
1.4.6 Künstliche Nuklide | 38 |
2 Reaktionsgleichungen und Stöchiometrie | 43 |
2.1 Die Reaktionsgleichung | 43 |
2.2 Umgesetzte Mengen und Massen | 45 |
2.3 Die Stoffmenge Mol | 46 |
2.4 Reaktionstypen in der Chemie | 49 |
2.5 Konzentrationsangaben | 49 |
2.5.1 Molare Lösungen | 49 |
2.5.2 Prozentangaben | 50 |
2.5.3 Kleine Konzentrationen | 52 |
2.6 Die Aktivität | 53 |
2.7 Rechenbeispiele | 53 |
2.8 Mischungsrechnen | 54 |
3 Bindungsarten | 59 |
3.1 Die Ionenbindung | 59 |
3.1.1 Kationenbildung | 62 |
3.1.2 Anionenbildung | 63 |
3.1.3 Salzbildung | 63 |
3.1.4 Kristallwasser | 65 |
3.1.5 Die molare Masse eines Salzes | 66 |
3.1.6 Saure Salze | 66 |
3.1.7 Kristallformen | 67 |
3.2 Die Metallbindung | 67 |
3.3 Die Elektronenpaarbindung | 68 |
3.3.1 Lewis-Formeln | 69 |
3.4 Mehrfachbindungen | 70 |
3.4.1 Polare und unpolare Elektronenpaarbindungen | 73 |
3.4.2 Die räumliche Anordnung von Molekülen | 74 |
3.4.3 Anionenkomplexe | 75 |
3.5 Komplexbindung | 77 |
3.6 Bindungskräfte zwischen Molekülen | 80 |
3.6.1 Ion-Dipol | 80 |
3.6.2 Dipol-Dipol | 80 |
3.6.3 Sonderfall Wasserstoffbrückenbindung | 80 |
3.6.4 Induzierte Dipole und Van-der-Waals-Kräfte | 81 |
3.6.5 Hydrophobe Bindungen | 82 |
4 Kinetik und Thermodynamik | 87 |
4.1 Chemische Kinetik | 87 |
4.1.1 Die Reaktionsgeschwindigkeit | 87 |
4.1.2 Die Stoßtheorie | 89 |
4.1.3 Das chemische Gleichgewicht | 90 |
4.1.4 Das Massenwirkungsgesetz | 92 |
4.1.5 Das Prinzip des kleinsten Zwangs | 94 |
4.1.6 Folgereaktionen | 95 |
4.1.7 Die Reaktionsordnung | 96 |
4.1.8 Molekularität einer Reaktion | 97 |
4.2 Thermodynamik | 98 |
4.2.1 Systeme | 98 |
4.2.2 Energieformen | 99 |
4.2.3 Energieinhalt | 100 |
4.2.4 Energiedifferenzen | 102 |
4.2.5 Die Enthalpie | 103 |
4.2.6 Enthalpieberechnungen | 105 |
4.2.7 Die innere Energie U | 107 |
4.2.8 Die Entropie | 108 |
4.2.9 Die Gibbs-Energie | 110 |
4.3 Verbindungen zwischen Kinetik und Thermodynamik | 112 |
4.3.1 Starten einer Reaktion | 112 |
4.3.2 Katalysatoren | 114 |
4.3.3 Die Gibbs-Energie und das chemische Gleichgewicht | 114 |
5 Zustandsformen der Materie | 121 |
5.1 Die Aggregatzustände | 121 |
5.2 Phasenübergänge | 123 |
5.3 Lösungen | 124 |
5.3.1 Echte und kolloidale Lösungen | 124 |
5.3.2 Löslichkeit | 124 |
5.3.3 Allgemeine Regeln zur Löslichkeit | 125 |
5.3.4 Das Löslichkeitsprodukt | 126 |
5.3.5 Elektrolyte | 127 |
5.3.6 Kolligative Eigenschaften | 128 |
5.3.7 Die Oberflächenspannung | 130 |
6 Säuren und Basen | 133 |
6.1 Die Theorien von Arrhenius und Brönsted | 133 |
6.2 Die Stärke von Säuren und Basen | 135 |
6.2.1 Starke Säuren | 136 |
6.2.2 Schwache Säuren | 137 |
6.2.3 Die Reaktion des Anions einer schwachen Säure | 137 |
6.2.4 Die Wertigkeit von Säuren und Basen | 138 |
6.2.5 Der pKS-Wert | 139 |
6.2.6 Starke und schwache Elektrolyte | 140 |
6.2.7 Starke und schwache Basen | 141 |
6.2.8 Die Säuredefinition nach Lewis | 141 |
6.2.9 Ampholyte | 142 |
6.3 Die Neutralisationsreaktion | 143 |
6.4 Der pH-Wert | 143 |
6.4.1 Die Dissoziation des Wassers | 144 |
6.4.2 Die mathematische Herleitung | 144 |
6.4.3 Reaktionen von Salzen in Wasser | 146 |
6.4.4 pH-Wert-Berechnungen | 148 |
6.5 Puffer | 150 |
6.5.1 Bestandteile von Puffern | 151 |
6.5.2 pH-Wert-Berechnungen und Pufferlösungen | 151 |
7 Redoxreaktionen | 157 |
7.1 Die Reaktion von Metallen mit Sauerstoff | 157 |
7.2 Verbrennung von Kohlenstoffverbindungen | 158 |
7.3 Die Elektronenverteilung in Verbindungen | 160 |
7.4 Oxidationszahlen | 161 |
7.5 Häufig vorkommende Typen von Redoxreaktionen | 162 |
7.5.1 Verbrennung | 162 |
7.5.2 Rosten | 163 |
7.5.3 Änderung der Sauerstoffanzahl im Molekül | 163 |
7.5.4 Reaktionen von Metallen untereinander | 164 |
7.5.5 Andere Redoxreaktionen ohne Beteiligung von Sauerstoff | 164 |
7.6 Elementare Vorgänge bei Redoxreaktionen | 165 |
7.7 Oxidations- und Reduktionsmittel | 165 |
7.8 Das Aufstellen von Redoxgleichungen | 166 |
7.8.1 Teilgleichungen | 166 |
7.8.2 Basisches oder saures Milieu? | 167 |
7.8.3 Die Bilanz | 167 |
7.9 Disproportionierung und Komproportionierung | 169 |
7.10 Die Spannungsreihe der Metalle | 169 |
7.11 Elektrochemie | 174 |
7.11.1 Elektrolyse | 174 |
7.11.2 Galvanische Elemente | 175 |
8 Angewandte anorganische Chemie | 179 |
8.1 Anorganische Analytik | 179 |
8.1.1 Identitätsprüfungen | 179 |
8.1.2 Gehaltsbestimmungen | 180 |
8.2 Großtechnische Prozesse | 180 |
8.2.1 Roheisengewinnung und Stahlproduktion | 180 |
8.2.2 Schwefelsäureherstellung | 181 |
8.2.3 Salpetersäureherstellung | 181 |
8.2.4 Salzsäureherstellung | 182 |
8.2.5 Die Chlor-Alkali-Elektrolyse | 182 |
8.2.6 Ammoniaksynthese | 182 |
8.2.7 Sodaherstellung | 182 |
9 Sonderstellung des Kohlenstoffs | 183 |
9.1 Die Stellung des Kohlenstoffs im PSE | 183 |
9.2 Die Bildung von Hybridorbitalen | 184 |
9.3 Kohlenwasserstoffe | 187 |
9.4 Die Vielfalt organischer Verbindungen: funktionelle Gruppen | 187 |
9.5 Nomenklatur organischer Verbindungen | 190 |
10 Kohlenwasserstoffe | 195 |
10.1 Alkane | 195 |
10.2 Verzweigte Alkane | 195 |
10.2.1 Isomerie | 198 |
10.3 Alkene | 198 |
10.3.1 Polyene | 199 |
10.4 Alkine | 200 |
10.5 Aliphaten | 200 |
10.6 Cyclische Kohlenwasserstoffe | 201 |
10.7 Physikalische Eigenschaften der Kohlenwasserstoffe | 202 |
10.8 Chemische Eigenschaften der Kohlenwasserstoffe | 202 |
10.8.1 Alkane | 203 |
10.8.2 Alkene | 203 |
10.9 Aromatische Verbindungen | 204 |
10.10 Erdöl und Kohle | 206 |
10.11 Reaktionen der Aromaten | 208 |
10.12 Halogenierte Kohlenwasserstoffe | 209 |
11 Alkohole | 213 |
11.1 Einwertige Alkohole | 213 |
11.2 Mehrwertige Alkohole | 215 |
11.3 Primäre, sekundäre und tertiäre Hydroxylgruppen | 216 |
11.4 Reaktionen von Alkoholen | 217 |
11.4.1 Etherbildung | 217 |
11.4.2 Eigenschaften von Ethern | 219 |
11.4.3 Organische Ester (niemals Esther!) | 219 |
11.4.4 Nomenklatur der Ester | 220 |
11.4.5 Anorganische Ester | 220 |
11.4.6 Die Oxidation von Alkoholen | 220 |
11.5 Phenole | 222 |
11.5.1 Die saure Reaktion | 223 |
11.5.2 Die Oxidation von Phenolen | 223 |
11.5.3 Ether und Ester mit Phenolen | 224 |
12 Aldehyde und Ketone | 227 |
12.1 Die Carbonylgruppe | 227 |
12.2 Nomenklatur der Aldehyde | 228 |
12.3 Nomenklatur der Ketone | 228 |
12.4 Reaktionen der Carbonylgruppe | 229 |
12.4.1 Anlagerung von Wasser | 231 |
12.4.2 Halbe und volle Acetale | 231 |
12.4.3 Polymerisationen | 232 |
12.4.4 Keto-Enol-Tautomerie | 232 |
12.4.5 Die Aldolkondensation als C-Ketten-Verlängerung | 233 |
12.4.6 Addition von Aminen | 234 |
12.4.7 Reduzierende Eigenschaften/Oxidation | 234 |
13 Amine | 237 |
13.1 Die Aminogruppe | 237 |
13.2 Primäre, sekundäre und tertiäre Amine | 238 |
13.3 Die Basizität der Amine | 239 |
13.4 Quartäre Amine | 240 |
13.5 Aromatische Amine | 241 |
13.6 Reaktionen mit salpetriger Säure/Nitrit | 241 |
13.7 Weitere stickstoffhaltige Verbindungen | 241 |
13.7.1 Ethylendiamin | 241 |
13.7.2 Nitroverbindungen | 241 |
14 Carbonsäuren | 245 |
14.1 Die Carboxylgruppe | 245 |
14.2 Die homologe Reihe der Carbonsäuren | 247 |
14.3 Physikalische Eigenschaften | 248 |
14.4 Die Säurestärke | 248 |
14.5 Substituierte Carbonsäuren | 249 |
14.5.1 Hydroxycarbonsäuren | 250 |
14.5.2 Mehrwertige Carbonsäuren | 251 |
14.5.3 Halogenierte Carbonsäuren | 251 |
14.5.4 Ungesättigte Carbonsäuren | 252 |
14.5.5 Aminocarbonsäuren | 252 |
14.5.6 Aromatische Carbonsäuren | 253 |
14.6 Derivate der Carboxylgruppe | 253 |
14.6.1 Säurehalogenide | 254 |
14.6.2 Säureanhydride | 254 |
14.6.3 Säureamide | 255 |
14.7 Typische Reaktionen von Carbonsäuren | 256 |
14.7.1 Die Reaktion mit Wasser | 256 |
14.7.2 Esterbildung und Verseifung | 256 |
14.7.3 Inter- und intramolekulare Verbindungen | 257 |
14.7.4 Schwefelhaltige Verbindungen | 258 |
15 Reaktionstypen in der organischen Chemie | 261 |
15.1 Grundsätzliches | 261 |
15.1.1 Induktivität | 261 |
15.1.2 Mesomerie | 262 |
15.1.3 Elektrophile und nucleophile Teilchen | 262 |
15.1.4 Radikale | 263 |
15.1.5 Übergangszustände und Zwischenstufen | 263 |
15.1.6 Reaktionstypen | 264 |
15.2 Additionen | 265 |
15.2.1 Elektrophile Addition | 265 |
15.2.2 Verwandte Reaktionen | 266 |
15.2.3 Nucleophile Addition | 266 |
15.3 Substitutionen | 267 |
15.3.1 Elektrophile Substitution | 268 |
15.3.2 Die elektrophile Zweitsubstitution | 269 |
15.3.3 Radikalische Substitution | 270 |
15.4 Eliminierung | 270 |
15.5 Umlagerung | 271 |
15.6 Redoxreaktionen | 271 |
16 Isomerie | 277 |
16.1 Konformationsisomerie | 277 |
16.2 Strukturisomerie | 278 |
16.2.1 Ketten- oder Skelettisomerie | 278 |
16.2.2 Stellungsisomerie | 279 |
16.2.3 Tautomerie | 279 |
16.2.4 Funktionsisomerie | 279 |
16.2.5 Bindungs- oder Valenzisomere | 280 |
16.2.6 Isomerie bei Cycloalkanen | 280 |
16.3 Stereoisomerie | 281 |
16.3.1 cis-trans- und E-Z-Isomerie | 281 |
16.3.2 Spiegelbildisomerie | 282 |
16.4 Optische Aktivität | 287 |
17 Kunststoffe | 291 |
17.1 Einteilung nach Materialeigenschaften | 291 |
17.2 Halbsynthetische Kunststoffe | 291 |
17.3 Vollsynthetische Kunststoffe | 292 |
17.3.1 Polymerisation | 292 |
17.3.2 Polykondensation | 292 |
17.3.3 Weitere Kunststoffe | 293 |
17.4 Silicone | 293 |
18 Naturstoffe | 295 |
18.1 Fette, Öle, Seifen, Wachse | 295 |
18.1.1 Fette und Öle | 295 |
18.1.2 Seifen | 298 |
18.1.3 Wachse | 299 |
18.2 Aminosäuren und Eiweiße | 299 |
18.2.1 Aminosäuren | 299 |
18.2.2 Eiweiße | 301 |
18.3 Kohlenhydrate | 303 |
18.3.1 Aldosen | 303 |
18.4 Nucleinsäuren | 311 |
18.4.1 Die DNA | 311 |
18.4.2 Die RNA | 314 |
19 Richtig gelöst | 317 |
Literatur | 371 |
Stichwortverzeichnis | 373 |
EULA | 381 |