Chemie I - Kurzlehrbuch (eBook)

Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 8
1 Allgemeine Chemie 14
1.0 Grundbegriffe, Grundgesetze 16
1.0.1 Allgemeine Grundlagen chemischer Reaktionen 16
1.0.2 Erhaltungssätze bei chemischen Reaktionen 19
1.0.3 Einteilung chemischer Reaktionen 21
1.0.4 Verlauf chemischer Reaktionen 23
1.1 Atombau 24
1.1.1 Aufbau der Atome 24
1.1.2 Isotope 30
1.1.3 Radioaktiver Zerfall 32
1.1.4 Atommodelle 41
1.1.5 Elektronenbesetzung von Orbitalen 52
1.1.6 Angeregte Atome 53
1.2 Periodensystem der Elemente (PSE) 62
1.2.1 Aufbau des Periodensystems 62
1.2.2 Anordnung der Elemente, Perioden, Gruppen 62
1.2.3 Elektronenkonfiguration der Elemente 64
1.2.4 Periodische Eigenschaften der Elemente 69
1.3 Ionenbindung 81
1.3.1 Bildung von Ionen und Ionengittern 81
1.3.2 Gitterenergie, Kristallstrukturen, Mischkristalle 84
1.3.3 Physikalische und chemische Eigenschaften von Ionenverbindungen 95
1.4 Kovalente Bindung (Atombindung) 100
1.4.1 Molekülbildung durch Elektronenpaarbindung 100
1.4.2 Prinzipien der VB-Methode (Valence Bond-Theorie) 104
1.4.3 Bindungsordnung, Bindungsparameter 124
1.4.4 Prinzipien der MO-Methode (Molecular Orbital-Theorie) 126
1.4.5 Polare Atombindung 136
1.5 Koordinative Bindung 141
1.5.1 Nomenklatur von Komplexen 141
1.5.2 Struktur von Komplexen 142
1.5.3 Bildung, Stabilität und Eigenschaften von Komplexen 153
1.5.4 Komplexliganden 160
1.5.5 Ligandenfeldtheorie 167
1.6 Metallische Bindung 178
1.6.1 Bildung von Metallen und Halbmetallen 178
1.6.2 Eigenschaften von Metallen und Halbmetallen 183
1.7 Zwischenmolekulare Bindungskräfte 186
1.7.1 Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, van der Waals-Kräfte 186
1.7.2 Ionen-Dipol-Kräfte, ioneninduzierte Dipolkräfte 189
1.7.3 Wasserstoffbrückenbindungen 189
1.8 Zustandsformen der Materie, Phasen, Lösungen und heterogene Systeme 194
1.8.1 Grundbegriffe der Wärmelehre 194
1.8.2 Aggregatzustände der Materie 196
1.8.3 Der gasförmige Aggregatzustand, Gasgesetze 201
1.8.4 Der flüssige Aggregatzustand, Dampfdruck 207
1.8.5 Der feste Aggregatzustand, Modifikationen 211
1.8.6 Mehrphasensysteme, Zustandsdiagramme 212
1.8.7 Lösungen, Solvatation 220
1.8.8 Konzentrationsabhängige Eigenschaften von Lösungen 231
1.8.9 Elektrolytlösungen, Aktivität 241
1.9 Grundlagen der Thermodynamik 246
1.9.1 Offene und geschlossene Systeme 247
1.9.2 Zustandsgrößen geschlossener Systeme 248
1.9.3 1. Hauptsatz der Thermodynamik 250
1.9.4 2. Hauptsatz der Thermodynamik 257
1.9.5 3. Hauptsatz der Thermodynamik 262
1.9.6 Gibbs-Helmholtz-Gleichung 263
1.9.7 Kriterien für den Reaktionsablauf in geschlossenen Systemen 267
1.10 Chemisches Gleichgewicht 271
1.10.1 Kriterien des Gleichgewichtszustandes 271
1.10.2 Beschreibung der Gleichgewichtslage homogener Systeme 276
1.10.3 Abhängigkeit der Gleichgewichtslage 280
1.10.4 Heterogene Gleichgewichte 284
1.10.5 Andere Gleichgewichte 289
1.11 Säure-Base-Systeme 292
1.11.1 Säure-Base-Begriffe 292
1.11.2 Protolysegleichgewicht von Wasser 306
1.11.3 Stärke von Säuren und Basen 309
1.11.4 Nichtwässrige Systeme 327
1.11.5 Puffersysteme 330
1.12 Redox-Systeme 336
1.12.1 Oxidation und Reduktion 336
1.12.2 Redoxpotential, Normalpotential, Spannungsreihe 354
1.12.3 Voraussage von Redoxreaktionen 364
1.13 Reaktionskinetik 368
1.13.1 Thermodynamische und kinetische Stabilität, Metastabilität 369
1.13.2 Reaktionsgeschwindigkeit und Reaktionsordnung 369
1.13.3 Reaktionsmolekularität 380
1.13.4 Reaktionsdiagramme, Reaktionskontrolle 380
1.13.5 Katalyse 386
2 Anorganische Chemie 392
2.1 Edelgase 394
2.1.1 Vorkommen, Gewinnung, Reaktivität und Anwendung 394
2.2 Wasserstoff 396
2.2.1 Gewinnung und Bildung von Wasserstoff 396
2.2.2 Wasserstoffisotope 399
2.2.3 Eigenschaften und Reaktionen von Wasserstoff 401
2.2.4 Wasserstoffverbindungen (Hydride) 402
2.3 Halogene 407
2.3.1 Vorkommen und Gewinnung der Elemente 407
2.3.2 Eigenschaften der Elemente 409
2.3.3 Halogenwasserstoffe 414
2.3.4 Halogenide und kovalente Halogenverbindungen 418
2.3.5 Halogenhalogenide und Interhalogene 419
2.3.6 Halogensauerstoffsäuren 420
2.3.7 Halogenverbindungen von Hauptgruppenelementen 424
2.3.8 Pseudohalogene, Pseudohalogenwasserstoffe und deren Salze 425
2.4 Chalkogene 429
2.4.1 Sauerstoff 429
2.4.2 Wasserstoffperoxid, Peroxoverbindungen 435
2.4.3 Wasser 438
2.4.4 Oxide, Oxokomplexe 440
2.4.5 Schwefel 443
2.4.6 Schwefelwasserstoff und Sulfide 445
2.4.7 Schwefeloxide und Schwefelhalogenide 447
2.4.8 Sauerstoffsäuren des Schwefels und deren Salze 450
2.4.9 Selen und Tellur 458
2.5 Stickstoffgruppe 459
2.5.1 Stickstoff 461
2.5.2 Ammoniak 462
2.5.3 Hydrazin 465
2.5.4 Stickstoffwasserstoffsäure und deren Salze 466
2.5.5 Hydroxylamin 467
2.5.6 Halogenverbindungen des Stickstoffs 468
2.5.7 Stickstoffoxide 469
2.5.8 Sauerstoffsäuren des Stickstoffs und deren Salze 474
2.5.9 Phosphor 478
2.5.10 Phosphane (Phosphorwasserstoffe) 481
2.5.11 Halogen- und Schwefelverbindungen des Phosphors 482
2.5.12 Phosphoroxide 484
2.5.13 Sauerstoffsäuren des Phosphors und deren Salze 485
2.5.14 Arsen, Antimon und Bismut 490
2.6 Kohlenstoffgruppe 494
2.6.1 Kohlenstoff 495
2.6.2 Kohlenstoffoxide 500
2.6.3 Kohlensäure und Derivate 503
2.6.4 Silicium, Siliciumwasserstoffe, Siliciumhalogenverbindungen 505
2.6.5 Sauerstoffverbindungen des Siliciums 507
2.6.6 Silicone 510
2.6.7 Zinn und Blei 512
2.7 Borgruppe 516
2.7.1 Bor 516
2.7.2 Wasserstoffverbindungen des Bors (Borane) 518
2.7.3 Sauerstoffverbindungen des Bors 521
2.7.4 Halogenverbindungen des Bors 523
2.7.5 Aluminium 525
2.7.6 Verbindungen des Aluminiums 527
2.8 Erdalkaligruppe 531
2.8.1 Elemente 531
2.8.2 Verbindungen 533
2.9 Alkaligruppe 538
2.9.1 Elemente 539
2.9.2 Verbindungen 541
2.10 Nebengruppenelemente, insbesondere Elemente der ersten Übergangsreihe 544
2.10.1 Allgemeine Eigenschaften von Nebengruppenelementen 544
2.10.2 Elemente der ersten Übergangsmetallreihe 549
2.11 Elemente der ersten und zweiten Nebengruppe 558
2.11.1 Kupfergruppe 558
2.11.2 Zinkgruppe 561
2.12 Platinmetalle 565
Anhang 568
Elemente, Elementsymbole, Ordnungszahlen, Atommassen 570
Löslichkeitsprodukte (pKL-Werte) 572
Säuredissoziationskonstanten (pKs-Werte) 573
Normalpotentiale (Eo-Werte) bei 25 °C (in Volt) 574
Nomenklatur anorganischer Verbindungen 575
1. Binäre Verbindungen 575
2. Verbindungen aus mehreren Elementen 576
3. Nomenklatur von Elektrolyten 577
4. Erstellen einer Summenformel 579
Maßeinheiten 580
SI-Einheiten und abgeleitete SI-Einheiten 580
Gebräuchliche Nicht-SI-Einheiten und ältere Maßeinheiten 581
Präfixe zur Bezeichnung der Vielfachen von Maßeinheiten 581
Verzeichnis der Wortabkürzungen 582
Verzeichnis der Zeichen und Symbole 585
Rechenhilfen 592
Potenzrechnung 592
Rechnen mit Logarithmen 592
Sachregister 594
Der Autor 664