Details

<p>Danksagung v</p> <p>Vorwort vii</p> <p><b>1 Allgemeine Chemie 1</b></p> <p>1.1 Historische Entwicklung von Atommodellen 1</p> <p>1.2 Definitionen und Begriffe 5</p> <p>1.3 Struktur des Atomkerns 14</p> <p>1.3.1 Ordnungszahl und Massenzahl 15</p> <p>1.3.2 Isotope und Nuklide 16</p> <p>1.3.3 Kernreaktionen und Strahlungsarten 18</p> <p>1.3.4 Natürliche und künstliche Radionuklide 19</p> <p>1.3.5 Energiegewinnung durch Kernspaltung und Kernfusion 22</p> <p>1.4 Struktur der Atomhülle 26</p> <p>1.4.1 Rutherford’sches Atommodell 27</p> <p>1.4.2 Quantentheorie von Max Planck 29</p> <p>1.4.3 Bohr’sches Atommodell 32</p> <p>1.4.4 Wellenmechanisches Atommodell 35</p> <p>1.4.5 Periodensystem der Elemente 43</p> <p>1.4.6 Ionisierungsenergie und Elektronenaffinität 46</p> <p>1.5 Chemische Bindung 51</p> <p>1.5.1 Kovalente Bindung 52</p> <p>1.5.2 Polare Atombindung 54</p> <p>1.5.2.1 Allgemeines 54</p> <p>1.5.2.2 Auswirkungen der Wasserstoff-Brückenbindung 57</p> <p>1.5.3 Ionenbindung 59</p> <p>1.5.3.1 Allgemeines 59</p> <p>1.5.3.2 Gitterenergie und Hydratationsenergie 62</p> <p>1.5.4 Metallbindung 63</p> <p>1.6 Nomenklatur und Stöchiometrie 66</p> <p>1.6.1 Benennung chemischer Verbindungen 66</p> <p>1.6.2 Stöchiometrie 70</p> <p>1.7 Chemisches Gleichgewicht 72</p> <p>1.7.1 Massenwirkungsgesetz von Guldberg und Waage 73</p> <p>1.7.2 Beeinflussung des chemischen Gleichgewichtes 74</p> <p>1.7.2.1 Änderung der Konzentration 75</p> <p>1.7.2.2 Änderung des Druckes 76</p> <p>1.7.2.3 Änderung der Temperatur 76</p> <p>1.7.3 Technische Umsetzung der Ammoniak-Synthese 77</p> <p>1.8 Chemische Reaktionstypen 79</p> <p>1.8.1 Säure/Base-Reaktionen 79</p> <p>1.8.1.1 Säure/Base-Theorie von Arrhenius 79</p> <p>1.8.1.2 Säure/Base-Theorie von Brönsted und Lowry 81</p> <p>1.8.1.3 Säure/Base-Theorie von Lewis 82</p> <p>1.8.1.4 Quantitative Betrachtung 84</p> <p>1.8.1.5 pH-Wert-Berechnungen 87</p> <p>1.8.1.6 Mehrprotonige Säuren 89</p> <p>1.8.1.7 Pufferlösungen 90</p> <p>1.8.2 Lösungs- und Fällungsreaktionen 91</p> <p>1.8.3 Komplexbildungsreaktionen 94</p> <p>1.8.3.1 Koordinationslehre 96</p> <p>1.8.3.2 Kristallfeldtheorie 97</p> <p>1.8.4 Redoxreaktionen 101</p> <p>1.8.4.1 Oxidationszahlen 102</p> <p>1.8.4.2 Aufstellen von Redoxreaktionen 104</p> <p><b>2 Anorganische Chemie 113</b></p> <p>2.1 Kohlenstoff 113</p> <p>2.1.1 Graphit 113</p> <p>2.1.2 Diamant 114</p> <p>2.1.3 Fullerene 115</p> <p>2.1.4 Verbindungen des Kohlenstoffs 116</p> <p>2.2 Silicium 119</p> <p>2.3 Stickstoff 122</p> <p>2.4 Phosphor 126</p> <p>2.5 Sauerstoff 128</p> <p>2.6 Schwefel 131</p> <p>2.7 Halogene 133</p> <p>2.8 Edelgase 134</p> <p>2.9 Wasserstoff 135</p> <p>2.10 Hauptgruppenmetalle und Halbmetalle in Natur und Technik 138</p> <p>2.10.1 Alkali- und Erdalkalimetalle 138</p> <p>2.10.2 Erdmetalle 139</p> <p>2.10.3 Kohlenstoffgruppe 140</p> <p>2.10.4 Stickstoffgruppe 140</p> <p>2.10.5 Sauerstoffgruppe 141</p> <p>2.11 Nebengruppenmetalle in Natur und Technik 142</p> <p>2.11.1 Kupfergruppe 142</p> <p>2.11.2 Zinkgruppe 142</p> <p>2.11.3 Scandiumgruppe 143</p> <p>2.11.4 Titangruppe 144</p> <p>2.11.5 Vanadingruppe 144</p> <p>2.11.6 Chromgruppe 145</p> <p>2.11.7 Mangangruppe 145</p> <p>2.11.8 Eisengruppe 146</p> <p>2.12 Kritische Rohstoffe 147</p> <p><b>3 Organische Chemie 153</b></p> <p>3.1 Einleitung 153</p> <p>3.1.1 Sonderstellung des Kohlenstoffs 154</p> <p>3.1.2 Summen- und Strukturformel 156</p> <p>3.1.3 Organische Chemie im täglichen Leben 157</p> <p>3.2 Kohlenwasserstoffe 158</p> <p>3.2.1 Alkane 159</p> <p>3.2.2 Alkene und Alkine 161</p> <p>3.2.3 Aromaten 163</p> <p>3.2.4 Erdgas, Erdöl und Kohle 164</p> <p>3.3 Alkohole, Phenole und Ether 167</p> <p>3.3.1 Alkohole 167</p> <p>3.3.1.1 Physikalische Eigenschaften von Alkoholen 168</p> <p>3.3.1.2 Chemische Eigenschaften von Alkoholen 169</p> <p>3.3.2 Phenole 171</p> <p>3.3.3 Ether 172</p> <p>3.4 Aldehyde und Ketone 174</p> <p>3.5 Carbonsäuren und ihre Derivate 176</p> <p>3.6 Amine und Amide 180</p> <p>3.6.1 Amine 180</p> <p>3.6.2 Amide 181</p> <p>3.7 Seifen und Waschmittel 182</p> <p>3.8 Kunststoffe 186</p> <p>3.8.1 Allgemeines 186</p> <p>3.8.2 Polymerisation 187</p> <p>3.8.3 Polykondensation 188</p> <p>3.8.4 Polyaddition 189</p> <p>3.8.5 Einteilung von Kunststoffen nach Verformbarkeit 190</p> <p><b>4 Physikalische Chemie 195</b></p> <p>4.1 Die empirischen Gasgesetze 195</p> <p>4.1.1 Das Boyle-Mariott’sche Gesetz 196</p> <p>4.1.2 Das Gay-Lussac’sche Gesetz 196</p> <p>4.1.3 Das Avogadro’sche Gesetz 197</p> <p>4.2 Das ideale Gasgesetz 199</p> <p>4.3 Abweichungen vom idealen Gasgesetz 200</p> <p>4.4 Kolligative Eigenschaften 201</p> <p>4.4.1 Dampfdruck von Flüssigkeiten 202</p> <p>4.4.2 Dampfdruckerniedrigung/Siedepunktserhöhung 204</p> <p>4.4.3 Gefrierpunktserniedrigung 204</p> <p>4.4.4 Osmotischer Druck 205</p> <p>4.4.5 Umkehrosmose 207</p> <p>4.5 Chemische Kinetik 209</p> <p>4.6 Katalyse 219</p> <p>4.7 Thermodynamik 224</p> <p>4.7.1 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik 224</p> <p>4.7.2 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik 230</p> <p>4.7.3 Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik 232</p> <p>4.7.4 Die Freie Reaktionsenthalpie 233</p> <p>4.8 Elektrochemie 237</p> <p>4.8.1 Batterien und Akkumulatoren 244</p> <p>4.8.2 Elektrolyse 249</p> <p>4.8.3 Korrosion 253</p> <p>4.8.4 Elektromotorische Kraft und Frei Reaktionsenthalpie 255</p> <p><b>5 Analytische Chemie 263</b></p> <p>5.1 Stofftrennungen 263</p> <p>5.1.1 Trennung durch Destillation 263</p> <p>5.1.2 Trennung durch Verteilung 265</p> <p>5.1.3 Trennung durch Niederschlagsbildung 270</p> <p>5.2 Qualitative und halbquantitative Analytik 276</p> <p>5.2.1 Anionennachweise 276</p> <p>5.2.2 Kationennachweise 277</p> <p>5.2.3 Kolorimetrie 278</p> <p>5.3 Quantitative Analytik 280</p> <p>5.3.1 Maßanalyse 280</p> <p>5.3.1.1 Säure/Base-Titrationen 281</p> <p>5.3.1.2 Komplexometrie 287</p> <p>5.3.1.3 Manganometrie 289</p> <p>5.3.1.4 Iodometrie 289</p> <p>5.3.1.5 Argentometrie 290</p> <p>5.3.2 Gravimetrie 291</p> <p>5.3.3 Photometrie 292</p> <p><b>6 Umweltchemie 303</b></p> <p>6.1 Umweltkompartimente 303</p> <p>6.2 Umweltkompartimente in der Prähistorie 304</p> <p>6.3 Umweltkompartimente im Anthropozän 308</p> <p>6.3.1 Atmosphäre 308</p> <p>6.3.2 Pedosphäre 312</p> <p>6.3.3 Hydrosphäre 314</p> <p>6.4 Stoffkreisläufe in der Umwelt 316</p> <p>6.4.1 Wasserkreislauf 317</p> <p>6.4.2 Kohlenstoffkreislauf 318</p> <p>6.4.3 Stickstoffkreislauf 320</p> <p>6.5 Schadstoffe in der Umwelt 324</p> <p>6.5.1 Anorganische Schadstoffe 324</p> <p>6.5.1.1 Blei, Cadmium und Thallium 324</p> <p>6.5.1.2 Arsen, Quecksilber und Zink 327</p> <p>6.5.1.3 Ammonium, Chlorid, Cyanid 329</p> <p>6.5.1.4 Chromat, Nitrat und Sulfat 330</p> <p>6.5.2 Organische Schadstoffe 331</p> <p>6.5.2.1 Lösemittel 331</p> <p>6.5.2.2 Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe 332</p> <p>6.5.2.3 Polychlorierte Biphenyle 333</p> <p>6.5.2.4 Dioxine (PCDD) und Furane (PCDF) 334</p> <p>6.5.2.5 Mineralölkohlenwasserstoffe (MKW) 335</p> <p>6.5.2.6 Methyltertiärbutylether (MTBE) 336</p> <p>6.5.2.7 BTEX-Aromaten 336</p> <p>6.5.2.8 Phenole 337</p> <p>6.5.2.9 Nitrotoluole 339</p> <p>6.5.2.10 Chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKWs) 340</p> <p>6.5.2.11 Per- und polyfluorierte Chemikalien (PFC) 341</p> <p>6.5.3 Pflanzenschutzmittel 341</p> <p>6.5.3.1 Insektizide 342</p> <p>6.5.3.2 Fungizide 343</p> <p>6.5.3.3 Herbizide 344</p> <p>6.5.4 Arzneimittel und Hormone 347</p> <p>6.5.5 Mikroplastik 349</p> <p>6.6 Umweltbezogene Analysenverfahren 353</p> <p>6.6.1 Fehler und Repräsentanz der Probenahme 354</p> <p>6.6.2 Probenahme und Probenkonservierung 356</p> <p>6.6.2.1 Probenahme von Wasser 357</p> <p>6.6.2.2 Probenahme von Boden 364</p> <p>6.6.2.3 Probenahme von Luft 366</p> <p>6.7 Feldmessgeräte 371</p> <p>6.7.1 pH-Elektrode 371</p> <p>6.7.2 Leitfähigkeitselektrode 375</p> <p>6.7.3 Sauerstoff-Elektrode 377</p> <p>6.7.4 Redoxelektrode 381</p> <p>6.8 Probenvorbereitung 385</p> <p>6.8.1 Trocknen, Glühen, Mahlen und Sieben von Feststoffproben 385</p> <p>6.8.2 Aufschluss von Feststoff- und Wasserproben 387</p> <p>6.8.3 Elution von Feststoffproben 392</p> <p>6.9 Summenparameter 394</p> <p>6.9.1 Abdampfrückstand, Trockensubstanz und Glühverlust 395</p> <p>6.9.2 UV-Absorption einer Wasserprobe (SAK 254) 396</p> <p>6.9.3 Säuren- und Basenkapazität 397</p> <p>6.9.4 Dissolved Organic Carbon (DOC) und Total Organic Carbon (TOC) 401</p> <p>6.9.5 Permanganat-Index 404</p> <p>6.9.6 Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) 405</p> <p>6.9.7 Biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB) 409</p> <p>6.9.8 Gesamt-Stickstoff 413</p> <p>6.10 Instrumentelle Umweltanalytik 418</p> <p>6.10.1 Atomabsorptionsspektrometrie 420</p> <p>6.10.2 Der chromatographische Trennvorgang 428</p> <p>6.10.3 Die Ionenchromatographie 432</p> <p>6.11 Natural Attenuation 437</p> <p>6.11.1 Definition 437</p> <p>6.11.2 Prozessbeschreibungen 438</p> <p>6.11.3 Mikrobieller Abbau von Kohlenwasserstoffen 439</p> <p>6.11.4 Limitierung des mikrobiellen Abbaus 441</p> <p>6.11.5 Redoxzonierung 441</p> <p>6.11.6 Bewertungen im Hinblick auf NA 445</p> <p>Stichwortverzeichnis 453</p>

<p><i><b>Rudolf Huth</b> ist emeritierter Professor für Chemie der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf. Nach seinem Chemiestudium an der Technischen Hochschule Karlsruhe und der Universität des Saarlandes in Saarbrücken arbeitete er zunächst im Technischen Marketing der Bodenseewerke Perkin Elmer in Überlingen und anschließend in einem Dienstleistungslabor für Umweltanalytik und Altlasten in Nordrhein-Westfalen, bevor er einen Ruf an die Hochschule Weihenstephan-Triesdorf erhielt, wo er 25 Jahre in der Ausbildung von Diplom-, Bachelor- und Master-Studierenden tätig war.</i>

<p>Dieses neu konzipierte Lehrbuch für Bachelorstudiengänge gibt einen kompakten und leicht verständlichen Überblick über die wichtigsten Grundlagen der Chemie. Es komprimiert die Kenntnisse der jeweiligen Teilgebiete auf die zwingend notwendigen Inhalte, die Absolvierende von umwelt-, ingenieur- und agrarwissenschaftlichen Studiengängen benötigen, um im Berufsleben erfolgreich zu sein. <p>Fokussiert und anwendungsnah werden die folgenden Themen behandelt: <ul><li>Kapitel 1 erklärt allgemeine Konzepte, z.B. die Struktur von Atomkern und Atomhülle, die chemische Bindung, das chemische Gleichgewicht sowie chemische Reaktionstypen.</li> <li>In Kapitel 2 Anorganische Chemie werden die für die Umwelt wichtigsten Elemente und deren umweltrelevanten Verbindungen vorgestellt.</li> <li>Kapitel 3 gibt einen Überblick über die wichtigsten Stoffgruppen in der Organischen Chemie und führt in die Thematik von Seifen, Waschmitteln und Kunststoffen ein.</li> <li>In Kapitel 4 werden die Grundlagen der Physikalischen Chemie, z.B. Gasgesetze, kolligative Eigenschaften, Kinetik, Thermodynamik und Elektrochemie erläutert.</li> <li>Das Kapitel 5 Analytische Chemie umfasst Stofftrennungen sowie die qualitative und die quantitative Analytik.</li> <li>Kapitel 6 behandelt die Umweltkompartimente sowie die wichtigsten Stoffkreisläufe in den Kompartimenten, anorganische und organische Umweltschadstoffe und enthält eine systematische Auflistung von Prüfverfahren, mit deren Hilfe Umweltschadstoffe in der Praxis analysiert werden können.</li></ul> <p>Jedes Kapitel schließt mit Verständnisfragen und Lösungen ab. Zusätzlich sind am Ende eines Themenblocks Klausuraufgaben (inkl. Lösungen) zur Prüfungsvorbereitung enthalten. <p>Das Buch richtet sich in erster Linie an Studierende an Universitäten und Fachhochschulen in Studiengängen mit umweltwissenschaftlichem Schwerpunkt, z.B. Umweltmonitoring, Chemieingenieurwesen, Verfahrenstechnik, Maschinenbau, Lebenswissenschaften, Agrar- und Umwelttechnik, Medizin und Gesundheitswissenschaften.

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