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Chemie für Einsteiger und Durchsteiger

2. Auflage

von: Thomas Wurm
25,99 €
Verlag:	Wiley-VCH
Format:	PDF
Veröffentl.:	18.02.2019
ISBN/EAN:	9783527820900
Sprache:	deutsch
Anzahl Seiten:	378

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Beschreibungen

Titelbeschreibung

Die 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.

Inhaltsverzeichnis

Vorwort 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

Autorenportrait

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.