Chemie für Einsteiger und Durchsteiger E-Book

Thomas Wurm

• Herausgeber: Wiley-VCH
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2013

Seitenzahl: 363

Beschreibung

Kompakt und 'verdammt clever' auf den Punkt gebracht - vermittelt dieses Einsteiger-Buch 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. Mit dem Blick aufs Wesentliche gerichtet, 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.

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Aufbau der Materie, Atombau und Periodensystem

1.1 Aufbau der Materie

1.2 Atombau

1.3 Das Periodensystem der Elemente (PSE)

1.4 Radioaktivität

2 Reaktionsgleichungen und Stöchiometrie

2.1 Die Reaktionsgleichung

2.2 Umgesetzte Mengen und Massen

2.3 Die Stoffmenge Mol

2.4 Reaktionstypen in der Chemie

2.5 Konzentrationsangaben

2.6 Die Aktivität

2.7 Rechenbeispiele

2.8 Mischungsrechnen

3 Bindungsarten

3.1 Die Ionenbindung

3.2 Die Metallbindung

3.3 Die Elektronenpaarbindung

3.4 Mehrfachbindungen

3.5 Komplexbindung

3.6 Bindungskräfte zwischen Molekülen

4 Kinetik und Thermodynamik

4.1 Chemische Kinetik

4.2 Thermodynamik

4.3 Verbindungen zwischen Kinetik und Thermodynamik

5 Zustandsformen der Materie

5.1 Die Aggregatzustände

5.2 Phasenübergänge

5.3 Lösungen

6 Säuren und Basen

6.1 Die Theorien von Arrhenius und Brönsted

6.2 Die Stärke von Säuren und Basen

6.3 Die Neutralisationsreaktion

6.4 Der pH-Wert

6.5 Puffer

7 Redoxreaktionen

7.1 Die Reaktion von Metallen mit Sauerstoff

7.2 Verbrennung von Kohlenstoffverbindungen

7.3 Die Knallgasreaktion

7.4 Die Elektronenverteilung in Verbindungen

7.5 Oxidationszahlen

7.6 Häufig vorkommende Typen von Redoxreaktionen

7.7 Elementare Vorgänge bei Redoxreaktionen

7.8 Oxidations- und Reduktionsmittel

7.9 Das Aufstellen von Redoxgleichungen

7.10 Disproportionierung und Komproportionierung

7.11 Die Spannungsreihe der Metalle

7.12 Elektrochemie

8 Angewandte anorganische Chemie

8.1 Großtechnische Prozesse

8.2 Anorganische Analytik

9 Fragen zu den Kapiteln 1–7 (Allgemeine und anorganische Chemie)

10 Lösungen zu Kapitel 9

11 Sonderstellung des Kohlenstoffs

11.1 Die Stellung des Kohlenstoffs im PSE

11.2 Die Bildung von Hybridorbitalen

11.3 Kohlenwasserstoffe

11.4 Die Einteilung organischer Verbindungen: Funktionelle Gruppen

12 Kohlenwasserstoffe

12.1 Alkane

12.2 Verzweigte Alkane

12.3 Alkene

12.4 Alkine

12.5 Aliphaten

12.6 Cyclische Kohlenwasserstoffe

12.7 Physikalische Eigenschaften der Kohlenwasserstoffe

12.8 Chemische Eigenschaften der Kohlenwasserstoffe

12.9 Aromatische Verbindungen

12.10 Erdöl und Kohle

12.11 Reaktionen der Aromaten

12.12 Halogenierte Kohlenwasserstoffe

13 Alkohole

13.1 Einwertige Alkohole

13.2 Mehrwertige Alkohole

13.3 Primäre, sekundäre und tertiäre Hydroxylgruppen

13.4 Reaktionen von Alkoholen

13.5 Phenole

14 Aldehyde und Ketone

14.1 Die Carbonylgruppe

14.2 Nomenklatur der Aldehyde

14.3 Nomenklatur der Ketone

14.4 Reaktionen der Carbonylgruppe

15 Amine

15.1 Die Aminogruppe

15.2 Primäre, sekundäre und tertiäre Amine

15.3 Die Basizität der Amine

15.4 Quartäre Amine

15.5 Aromatische Amine

15.6 Reaktionen mit salpetriger Säure/Nitrit

15.7 Weitere stickstoffhaltige Verbindungen

16 Carbonsäuren

16.1 Die Carboxyl-Gruppe

16.2 Die homologe Reihe der Carbonsäuren

16.3 Physikalische Eigenschaften

16.4 Die Säurestärke

16.5 Substituierte Carbonsäuren

16.6 Derivate der Carboxyl-Gruppe

16.7 Typische Reaktionen von Carbonsäuren

17 Reaktionstypen in der organischen Chemie

17.1 Grundsätzliches

17.2 Additionen

17.3 Substitutionen

17.4 Eliminierung

17.5 Umlagerung

17.6 Redoxreaktionen

18 Isomerie

18.1 Konformationsisomerie

18.2 Strukturisomerie

18.3 Stereoisomerie

18.4 Optische Aktivität

19 Kunststoffe

19.1 Einteilung nach Materialeigenschaften

19.2 Halbsynthetische Kunststoffe

19.3 Vollsynthetische Kunststoffe

19.4 Silicone

20 Naturstoffe

20.1 Fette, Öle, Seifen, Wachse

20.2 Aminosäuren und Eiweiße

20.3 Kohlenhydrate

20.4 Nucleinsäuren

21 Nomenklaturregeln und Fragen zu den Kapiteln 11–20 (Organische Chemie)

22 Lösungen zu Kapitel 21

Literatur

Index

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Autor

Dr. Thomas Wurm

Berufsfachschule für PTA

Neuburger Str. 109

94036 Passau

1. Auflage 2012

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Print ISBN: 978-3-527-33206-9

ePDF ISBN: 978-3-527-66975-2

ePub ISBN: 978-3-527-66974-5

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Umschlaggestaltung Simone Benjamin, McLeese Lake, Canada

Satz Reemers Publishing Services GmbH, Krefeld

Druck und Bindung Markono Print Media Pte Ltd, Singapore

1

Aufbau der Materie, Atombau und Periodensystem

In diesem Kapitel …

Haben Sie folgende Definition schon gehört? „Chemie ist’s dann, wenn’s qualmt und stinkt.“ Dabei geht man davon aus, dass sowohl der Qualm als auch die Duftnote neu entstanden sind, und zwar durch eine chemische Reaktion, also eine stoffliche Umsetzung. Somit beschäftigt sich die Chemie mit Reaktionen oder chemischen Umsetzungen; und darunter verstehen wir stoffliche Veränderungen. Wir sagen, Stoff A reagiert zu Stoff B, und symbolisieren dies durch den Reaktionspfeil „→“. Was aber ist ein Stoff? Woraus besteht die Materie? Klären wir zuerst einige Begriffe, um uns anschließend mit Atomen und ihrem Aufbau zu beschäftigen. Am Ende des Kapitels wollen wir noch auf den Zerfall von Atomkernen eingehen – ein Thema, das zwischen der Physik und der Chemie angesiedelt ist.

1.1 Aufbau der Materie

Nach unserem Verständnis ist Materie alles, was Raum einnimmt und eine Masse besitzt.

1.1.1 Reinstoffe

Reinstoffe kann man mit physikalischen Methoden wie Sortieren, Sieben, Filtrieren, Zentrifugieren, Destillieren nicht weiter auftrennen. Beispiele dafür sind Gold (ein Element), Sauerstoff (ein Element, welches in Form von Molekülen vorkommt) oder Wasser (eine Verbindung von zwei Elementen). Reinstoffe oder reine Substanzen können folglich Elemente oder chemische Verbindungen sein.

1.1.2 Mischungen

Eine Mischung besteht aus mehreren Reinstoffen und lässt sich mit physikalischen Methoden in ihre Bestandteile (die Reinstoffe) trennen.

Eine Mischung aus Schotter und Sand lässt sich durch Sortieren oder Sieben trennen. Eine Mischung aus Sand und Kochsalz lässt sich ebenfalls mit physikalischen Methoden trennen, indem man das Salz mit Wasser herauslöst. Eine Mischung aus Salz und Wasser trennt man, indem man das Wasser verdampft.

Abb. 1.1

Es gibt heterogene und homogene Mischungen. Heterogenen Mischungen sieht man es mit bloßem Auge an, dass sie aus mehreren Bestandteilen oder Phasen bestehen.

Bei einer homogenen Mischung sieht man das nicht, sie ist schließlich „homogen“ (gleichförmig). Man muss sie erst genauer untersuchen. Eine wässrige Kochsalz-Lösung sieht genauso aus wie der Reinstoff Wasser. Erst beim Abdampfen des Wassers (eine physikalische Methode) erkennen wir, dass ein nicht flüchtiger Rückstand verbleibt, der vorher unsichtbar, eben homogen hineingemischt war.

Wichtig zu wissen

Wir unterscheiden Reinstoffe und Mischungen. Mischungen können homogen und heterogen sein.

Tipp

Die analytische Chemie untersucht Mischungen und Reinstoffe, um Hinweise auf die genaue Zusammensetzung und die Identität der vorliegenden Substanzen zu erhalten. Sie bedient sich dabei chemischer und physikalischer Verfahren. Wo die Grenze zwischen Physik und Chemie liegt, ist dabei nicht immer eindeutig; man spricht dann von physikalisch-chemischen Methoden oder von physikalischer Chemie (der Begriff „chemische Physik“ ist weniger gebräuchlich).

1.1.3 Elemente und Verbindungen

Wichtig zu wissen

Elemente bestehen aus gleichartigen Atomen.

Elemente sind Reinstoffe.

Verbindungen sind ebenfalls Reinstoffe. Sie sind aus mehreren verschiedenen Atomsorten aufgebaut.

Die Atome sind in Verbindungen so miteinander verknüpft, dass physikalische Methoden nicht zur Auftrennung führen. Viele Verbindungen sind „Moleküle“, andere Verbindungen sind Salze; entscheidend ist der Bindungstyp (siehe Kap. 3). Mithilfe von chemischen Reaktionen lassen sich Verbindungen jedoch in andere Verbindungen, eventuell auch in die beteiligten Elemente, überführen.

1.2 Atombau

In diesem Kapitel …

Unter Atomen stellte sich der Grieche Demokrit vor über 2000 Jahren unteilbare Teilchen vor, aus denen sich die Materie zusammensetzt. Diese Idee wurde immer wieder diskutiert, verworfen und variiert. Letztlich hatte Demokrit recht, auch wenn die Atomphysik heute in der Lage ist, sogar Atome in immer kleinere Teilchen weiter aufzuspalten. Für chemische Überlegungen genügt es aber, wenn wir auf der Ebene eines Atoms bleiben und uns eine bildliche Vorstellung vom Atombau machen können. Wir entwickeln also gedanklich ein Atommodell.