Details

<b>1 Aufbau der Materie, Atombau und Periodensystem 1</b> <p>1.1 Aufbau der Materie 1</p> <p>1.1.1 Reinstoffe 1</p> <p>1.1.2 Mischungen 1</p> <p>1.1.3 Elemente und Verbindungen 2</p> <p>1.2 Atombau 3</p> <p>1.2.1 Der Atomkern 3</p> <p>1.2.1.1 Die Atommasse 4</p> <p>1.2.1.2 Isotope 5</p> <p>1.2.1.3 Nuklide 6</p> <p>1.2.2 Die Elektronenhülle 7</p> <p>1.2.2.1 Das Schalenmodell 7</p> <p>1.2.2.2 Das Orbitalmodell 8</p> <p>1.2.2.3 Das Kästchenschema 10</p> <p>1.3 Das Periodensystem der Elemente (PSE) 14</p> <p>1.3.1 Ionisierungsenergie 17</p> <p>1.3.2 Elektronenaffinität 17</p> <p>1.3.3 Metalle und Nichtmetalle 18</p> <p>1.3.4 Elektronegativität 19</p> <p>1.4 Radioaktivität 19</p> <p>1.4.1 Natürliche Radioaktivität 20</p> <p>1.4.2 Die Halbwertszeit 21</p> <p>1.4.3 Zerfallsreihen 21</p> <p>1.4.4 Kernumwandlungen 21</p> <p>1.4.5 Kernspaltung 22</p> <p>1.4.6 Künstliche Nuklide 22</p> <p><b>2 Reaktionsgleichungen und Stöchiometrie 25</b></p> <p>2.1 Die Reaktionsgleichung 25</p> <p>2.2 Umgesetzte Mengen und Massen 27</p> <p>2.3 Die Stoffmenge Mol 28</p> <p>2.4 Reaktionstypen in der Chemie 31</p> <p>2.5 Konzentrationsangaben 31</p> <p>2.5.1 Molare Lösungen 31</p> <p>2.5.2 Prozentangaben 32</p> <p>2.5.2.1 Massenprozent (m/m) 32</p> <p>2.5.2.2 Prozent (m/V) 33</p> <p>2.5.2.3 Volumenprozent (V/V oder Vol.-%) 33</p> <p>2.5.3 Kleine Konzentrationen 34</p> <p>2.6 Die Aktivität 35</p> <p>2.7 Rechenbeispiele 35</p> <p>2.8 Mischungsrechnen 36</p> <p><b>3 Bindungsarten 39</b></p> <p>3.1 Die Ionenbindung 39</p> <p>3.1.1 Kationenbildung 42</p> <p>3.1.2 Anionenbildung 43</p> <p>3.1.3 Salzbildung 44</p> <p>3.1.4 Kristallwasser 46</p> <p>3.1.5 Die molare Masse eines Salzes 47</p> <p>3.1.6 Saure Salze 47</p> <p>3.1.7 Kristallformen 47</p> <p>3.2 Die Metallbindung 48</p> <p>3.3 Die Elektronenpaarbindung 49</p> <p>3.3.1 Lewis-Formeln 50</p> <p>3.4 Mehrfachbindungen 52</p> <p>3.4.1 Polare und unpolare Elektronenpaarbindungen 54</p> <p>3.4.2 Die räumliche Anordnung von Molekülen 55</p> <p>3.4.3 Anionenkomplexe 56</p> <p>3.5 Komplexbindung 58</p> <p>3.6 Bindungskräfte zwischen Molekülen 61</p> <p>3.6.1 Ion-Dipol 61</p> <p>3.6.2 Dipol-Dipol 61</p> <p>3.6.3 Sonderfall Wasserstoffbrückenbindung 62</p> <p>3.6.4 Induzierte Dipole und Van-der-Waals-Kräfte 62</p> <p>3.6.5 Hydrophobe Bindungen 63</p> <p><b>4 Kinetik und Thermodynamik 65</b></p> <p>4.1 Chemische Kinetik 65</p> <p>4.1.1 Die Reaktionsgeschwindigkeit 65</p> <p>4.1.2 Die Stoßtheorie 67</p> <p>4.1.3 Das chemische Gleichgewicht 68</p> <p>4.1.4 Das Massenwirkungsgesetz 70</p> <p>4.1.5 Das Prinzip des kleinsten Zwangs 72</p> <p>4.1.6 Folgereaktionen 73</p> <p>4.1.7 Die Reaktionsordnung 73</p> <p>4.1.8 Die Molekularität einer Reaktion 75</p> <p>4.2 Thermodynamik 76</p> <p>4.2.1 Systeme 77</p> <p>4.2.2 Energieformen 77</p> <p>4.2.3 Energieinhalt 78</p> <p>4.2.4 Energiedifferenzen 80</p> <p>4.2.5 Die Enthalpie 82</p> <p>4.2.6 Enthalpieberechnungen 83</p> <p>4.2.7 Die innere EnergieU 85</p> <p>4.2.8 Die Entropie 86</p> <p>4.2.9 Die Gibbs-Energie 88</p> <p>4.3 Verbindungen zwischen Kinetik und Thermodynamik 91</p> <p>4.3.1 Starten einer Reaktion 91</p> <p>4.3.2 Katalysatoren 92</p> <p>4.3.3 Die Gibbs-Energie und das chemische Gleichgewicht 93</p> <p><b>5 Zustandsformen der Materie 97</b></p> <p>5.1 Die Aggregatzustände 97</p> <p>5.2 Phasenübergänge 99</p> <p>5.3 Lösungen 100</p> <p>5.3.1 Echte und kolloidale Lösungen 100</p> <p>5.3.2 Löslichkeit 100</p> <p>5.3.3 Allgemeine Regeln zur Löslichkeit 101</p> <p>5.3.4 Das Löslichkeitsprodukt 102</p> <p>5.3.5 Elektrolyte 103</p> <p>5.3.6 Kolligative Eigenschaften 104</p> <p>5.3.7 Die Oberflächenspannung 106</p> <p><b>6 Säuren und Basen 109</b></p> <p>6.1 Die Theorien von Arrhenius und Brönsted 109</p> <p>6.2 Die Stärke von Säuren und Basen 111</p> <p>6.2.1 Starke Säuren 112</p> <p>6.2.2 Schwache Säuren 113</p> <p>6.2.3 Die Reaktion des Anions einer schwachen Säure 113</p> <p>6.2.4 Die Wertigkeit von Säuren und Basen 114</p> <p>6.2.5 Der pKs-Wert 115</p> <p>6.2.6 Starke und schwache Elektrolyte 116</p> <p>6.2.7 Starke und schwache Basen 117</p> <p>6.2.8 Die Säuredefinition nach Lewis 117</p> <p>6.2.9 Ampholyte 118</p> <p>6.3 Die Neutralisationsreaktion 118</p> <p>6.4 Der pH-Wert 119</p> <p>6.4.1 Die Dissoziation des Wassers 119</p> <p>6.4.2 Der pH-Wert 120</p> <p>6.4.3 Reaktionen von Salzen in Wasser 122</p> <p>6.4.4 pH-Wert-Berechnungen 124</p> <p>6.5 Puffer 125</p> <p>6.5.1 Bestandteile von Puffern 126</p> <p>6.5.2 pH-Wert-Berechnungen und Pufferlösungen 127</p> <p><b>7 Redoxreaktionen 129</b></p> <p>7.1 Die Reaktion von Metallen mit Sauerstoff 129</p> <p>7.2 Verbrennung von Kohlenstoffverbindungen 130</p> <p>7.3 Die Knallgasreaktion 131</p> <p>7.4 Die Elektronenverteilung in Verbindungen 132</p> <p>7.5 Oxidationszahlen 132</p> <p>7.6 Häufig vorkommende Typen von Redoxreaktionen 134</p> <p>7.6.1 Verbrennung 134</p> <p>7.6.2 Rosten 135</p> <p>7.6.3 Änderung der Sauerstoffanzahl im Molekül 135</p> <p>7.6.4 Reaktionen von Metallen untereinander 135</p> <p>7.6.5 Andere Redoxreaktionen ohne Beteiligung von Sauerstoff 136</p> <p>7.7 Elementare Vorgänge bei Redoxreaktionen 136</p> <p>7.8 Oxidations- und Reduktionsmittel 137</p> <p>7.9 Das Aufstellen von Redoxgleichungen 138</p> <p>7.9.1 Teilgleichungen 138</p> <p>7.9.2 Basisches oder saures Milieu? 139</p> <p>7.9.3 Die Bilanz 139</p> <p>7.10 Disproportionierung und Komproportionierung 141</p> <p>7.11 Die Spannungsreihe der Metalle 142</p> <p>7.12 Elektrochemie 146</p> <p>7.12.1 Elektrolyse 146</p> <p>7.12.2 Galvanische Elemente 147</p> <p><b>8 Angewandte anorganische Chemie 151</b></p> <p>8.1 Großtechnische Prozesse 151</p> <p>8.1.1 Roheisengewinnung und Stahlproduktion 151</p> <p>8.1.2 Schwefelsäureherstellung 151</p> <p>8.1.3 Salpetersäureherstellung 152</p> <p>8.1.4 Salzsäureherstellung 152</p> <p>8.1.5 Die Chlor-Alkali-Elektrolyse 152</p> <p>8.1.6 Ammoniaksynthese 153</p> <p>8.1.7 Sodaherstellung 153</p> <p>8.2 Anorganische Analytik 153</p> <p>8.2.1 Identitätsprüfungen 153</p> <p>8.2.2 Gehaltsbestimmungen 154</p> <p><b>9 Fragen zu den Kapiteln 1–7 (Allgemeine und anorganische Chemie) 157</b></p> <p><b>10 Lösungen zu Kapitel 9 171</b></p> <p><b>11 Sonderstellung des Kohlenstoffs 197</b></p> <p>11.1 Die Stellung des Kohlenstoffs im PSE 197</p> <p>11.2 Die Bildung von Hybridorbitalen 198</p> <p>11.3 Kohlenwasserstoffe 201</p> <p>11.4 Die Einteilung organischer Verbindungen: Funktionelle Gruppen 202</p> <p><b>12 Kohlenwasserstoffe 205</b></p> <p>12.1 Alkane 205</p> <p>12.2 Verzweigte Alkane 207</p> <p>12.2.1 Isomerie 208</p> <p>12.3 Alkene 209</p> <p>12.3.1 Polyene 210</p> <p>12.4 Alkine 211</p> <p>12.5 Aliphaten 211</p> <p>12.6 Cyclische Kohlenwasserstoffe 211</p> <p>12.7 Physikalische Eigenschaften der Kohlenwasserstoffe 212</p> <p>12.8 Chemische Eigenschaften der Kohlenwasserstoffe 213</p> <p>12.8.1 Alkane 213</p> <p>12.8.2 Alkene 214</p> <p>12.9 Aromatische Verbindungen 215</p> <p>12.10 Erdöl und Kohle 217</p> <p>12.11 Reaktionen der Aromaten 218</p> <p>12.12 Halogenierte Kohlenwasserstoffe 219</p> <p><b>13 Alkohole 223</b></p> <p>13.1 Einwertige Alkohole 223</p> <p>13.2 Mehrwertige Alkohole 225</p> <p>13.3 Primäre, sekundäre und tertiäre Hydroxylgruppen 226</p> <p>13.4 Reaktionen von Alkoholen 228</p> <p>13.4.1 Etherbildung 228</p> <p>13.4.2 Eigenschaften von Ethern 229</p> <p>13.4.3 Organische Ester (niemals Esther!) 229</p> <p>13.4.4 Nomenklatur der Ester 230</p> <p>13.4.5 Anorganische Ester 230</p> <p>13.4.6 Die Oxidation von Alkoholen 231</p> <p>13.5 Phenole 233</p> <p>13.5.1 Die saure Reaktion 233</p> <p>13.5.2 Die Oxidation von Phenolen 234</p> <p>13.5.3 Ether und Ester mit Phenolen 234</p> <p><b>14 Aldehyde und Ketone 237</b></p> <p>14.1 Die Carbonylgruppe 237</p> <p>14.2 Nomenklatur der Aldehyde 238</p> <p>14.3 Nomenklatur der Ketone 238</p> <p>14.4 Reaktionen der Carbonylgruppe 239</p> <p>14.4.1 Anlagerung von Wasser 241</p> <p>14.4.2 Halbe und volle Acetale 241</p> <p>14.4.3 Polymerisationen 242</p> <p>14.4.4 Keto-Enol-Tautomerie 243</p> <p>14.4.5 Die Aldolkondensation als C-Ketten-Verlängerung 243</p> <p>14.4.6 Addition von Aminen 244</p> <p>14.4.7 Reduzierende Eigenschaften/Oxidation 245</p> <p><b>15 Amine 247</b></p> <p>15.1 Die Aminogruppe 247</p> <p>15.2 Primäre, sekundäre und tertiäre Amine 247</p> <p>15.3 Die Basizität der Amine 249</p> <p>15.4 Quartäre Amine 250</p> <p>15.5 Aromatische Amine 251</p> <p>15.6 Reaktionen mit salpetriger Säure/Nitrit 251</p> <p>15.7 Weitere stickstoffhaltige Verbindungen 252</p> <p>15.7.1 Ethylendiamin 252</p> <p>15.7.2 Nitro-Verbindungen 252</p> <p><b>16 Carbonsäuren 255</b></p> <p>16.1 Die Carboxyl-Gruppe 255</p> <p>16.2 Die homologe Reihe der Carbonsäuren 257</p> <p>16.3 Physikalische Eigenschaften 258</p> <p>16.4 Die Säurestärke 258</p> <p>16.5 Substituierte Carbonsäuren 260</p> <p>16.5.1 Hydroxycarbonsäuren 260</p> <p>16.5.2 Mehrwertige Carbonsäuren 261</p> <p>16.5.3 Halogenierte Carbonsäuren 261</p> <p>16.5.4 Ungesättigte Carbonsäuren 262</p> <p>16.5.5 Aminocarbonsäuren 262</p> <p>16.5.6 Aromatische Carbonsäuren 263</p> <p>16.6 Derivate der Carboxyl-Gruppe 263</p> <p>16.6.1 Säurehalogenide 264</p> <p>16.6.2 Säureanhydride 264</p> <p>16.6.3 Säureamide 265</p> <p>16.7 Typische Reaktionen von Carbonsäuren 266</p> <p>16.7.1 Die Reaktion mit Wasser 266</p> <p>16.7.2 Esterbildung und Verseifung 266</p> <p>16.7.3 Inter- und intramolekulare Verbindungen 267</p> <p>16.7.4 Schwefelhaltige Verbindungen 268</p> <p><b>17 Reaktionstypen in der organischen Chemie 271</b></p> <p>17.1 Grundsätzliches 271</p> <p>17.1.1 Induktivität und Mesomerie 271</p> <p>17.1.2 Elektrophile und nucleophile Teilchen 272</p> <p>17.1.3 Radikale 273</p> <p>17.1.4 Übergangszustände und Zwischenstufen 273</p> <p>17.1.5 Begriffe 274</p> <p>17.2 Additionen 275</p> <p>17.2.1 Elektrophile Addition 275</p> <p>17.2.2 Verwandte Reaktionen 276</p> <p>17.2.3 Nucleophile Addition 276</p> <p>17.3 Substitutionen 277</p> <p>17.3.1 Elektrophile Substitution 278</p> <p>17.3.2 Die elektrophile Zweitsubstitution 279</p> <p>17.3.3 Radikalische Substitution 280</p> <p>17.4 Eliminierung 280</p> <p>17.5 Umlagerung 281</p> <p>17.6 Redoxreaktionen 282</p> <p><b>18 Isomerie 285</b></p> <p>18.1 Konformationsisomerie 285</p> <p>18.2 Strukturisomerie 286</p> <p>18.2.1 Ketten- oder Skelettisomerie 286</p> <p>18.2.2 Stellungsisomerie 287</p> <p>18.2.3 Tautomerie 287</p> <p>18.2.4 Funktionsisomerie 288</p> <p>18.2.5 Bindungs- oder Valenzisomere 288</p> <p>18.2.6 Isomerie bei Cycloalkanen 289</p> <p>18.3 Stereoisomerie 289</p> <p>18.3.1 Cis-trans- und E-Z-Isomerie 290</p> <p>18.3.2 Spiegelbild-Isomerie 291</p> <p>18.4 Optische Aktivität 295</p> <p><b>19 Kunststoffe 299</b></p> <p>19.1 Einteilung nach Materialeigenschaften 299</p> <p>19.2 Halbsynthetische Kunststoffe 299</p> <p>19.3 Vollsynthetische Kunststoffe 300</p> <p>19.3.1 Polymerisation 300</p> <p>19.3.2 Polykondensation 301</p> <p>19.3.3 Weitere Kunststoffe 301</p> <p>19.4 Silicone 301</p> <p><b>20 Naturstoffe 303</b></p> <p>20.1 Fette, Öle, Seifen, Wachse 303</p> <p>20.1.1 Fette und Öle 303</p> <p>20.1.2 Seifen 306</p> <p>20.1.3 Wachse 307</p> <p>20.2 Aminosäuren und Eiweiße 307</p> <p>20.2.1 Aminosäuren 307</p> <p>20.2.2 Eiweiße 309</p> <p>20.3 Kohlenhydrate 311</p> <p>20.3.1 Aldosen 312</p> <p>20.4 Nucleinsäuren 319</p> <p>20.4.1 Die DNA 320</p> <p>20.4.2 Die RNA 322</p> <p><b>21 Nomenklaturregeln und Fragen zu den Kapiteln 11–20 (Organische Chemie) 325</b></p> <p><b>22 Lösungen zu Kapitel 21 333</b></p> <p>Literatur 347</p>

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Thomas Wurm hat nach dem Pharmaziestudium und einer Promotion in Physiologie mehrere Jahre in der pharmazeutischen Industrie im Bereich analytische bzw. galenische Entwicklung, Zulassung und Projektmanagement gearbeitet. Im Anschluss wendete er sich der Ausbildung im Berufsfeld Pharmazie zu. Er unterrichtet seither an einer Berufsfachschule u.a. die Fächer Arzneimittelkunde und Chemie in Theorie und Praxis.

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SG