Holdings: Allgemeine und anorganische Chemie

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Title:	Allgemeine und anorganische Chemie
From:	Michael Binnewies, Maik Finze, Manfred Jäckel, Peer Schmidt, Helge Willner, Geoff Rayner-Canham
Person:	Binnewies, Michael 1947-2022 Verfasser aut Finze, Maik Jäckel, Manfred Schmidt, Peer Willner, Helge Rayner-Canham, Geoffrey 1975- 19XX- 1969- 1944-
Main Authors:	Binnewies, Michael 1947-2022 (Author), Finze, Maik 1975- (Author), Jäckel, Manfred 19XX- (Author), Schmidt, Peer 1969- (Author), Willner, Helge 1947-2022 (Author), Rayner-Canham, Geoffrey 1944- (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	Berlin Springer Spektrum [2016]
Edition:	3., vollständig überarbeitete Auflage
Notation:	VH 5010
Subjects:	Chemie Anorganische Chemie Lower undergraduate Verbindungen Säuren und Basen Molekülorbitale Reaktionsmechanismes Elemente Elementchemie Chemie, Lehrbuch Allgemeine Chemie Seltene Erden Werkstoffe Rohstoffe Großtechnische Verfahren Lehrbuch
Online Access:	http://deposit.dnb.de/cgi-bin/dokserv?id=5266318&prov=M&dok_var=1&dok_ext=htm http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=028165016&sequence=000001&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA
Physical Description:	XXIII, 965 Seiten Illustrationen, Diagramme 27 cm
ISBN:	9783662450666

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS 1 EINFUEHRUNG: REGELN UND NORMEN ERLEICHTERN DIE VERSTAENDIGUNG..................................................1 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 1.1 REAKTIONSGLEICHUNGEN UND REAKTIONSSCHEMATA..........................................................................................3 1.2 GROESSEN UND EINHEITEN........................................................................................................................................5 1.3 NOMENKLATUR - SYSTEMATISCH ODER TRADITIONELL?..................................................................... 11 2 AUFBAU DER ATOM E......................................................................................................................................15 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 2.1 ATOMKERN UND ELEMENTARTEILCHEN................................................................................................................16 2.2 KERNREAKTIONEN...............................................................................................................................................23 2.3 DER AUFBAU DER ELEKTRONENHUELLE...................................................................................................................29 DIE SCHROEDINGER-GLEICHUNG UND IHRE BEDEUTUNG............................................................................................32 DIE FORM DER ATOMORBITALE...............................................................................................................................35 BESETZUNG DER ORBITALE MIT ELEKTRONEN...........................................................................................................38 ELEKTRONENKONFIGURATIONEN VON IONEN............................................................................................................ 43 UEBUNGEN...........................................................................................................................................................45 3 EIN UEBERBLICK UEBER DAS PERIODENSYSTEM.............................................................................................47 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 3.1 DAS MODERNE PERIODENSYSTEM.......................................................................................................................50 3.2 DIE ENTSTEHUNG DER ELEMENTE.......................................................................................................................53 STABILITAET DER ELEMENTE UND IHRER ISOTOPE........................................................................................................53 3.3 EINTEILUNG DER ELEMENTE.................................................................................................................................56 3.4 PERIODISCHE EIGENSCHAFTEN: ATOMRADIUS......................................................................................................59 DIE SLATER-REGELN...............................................................................................................................................61 3.5 PERIODISCHE EIGENSCHAFTEN: LONISIERUNGSENERGIE........................................................................................62 3.6 PERIODISCHE EIGENSCHAFTEN: ELEKTRONENAFFINITAET..........................................................................................65 3.7 BIOCHEMIE DER ELEMENTE...............................................................................................................................66 UEBUNGEN...........................................................................................................................................................68 4 DIE LONENBINDUNG......................................................................................................................................73 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 4.1 EIGENSCHAFTEN IONISCHER VERBINDUNGEN........................................................................................................75 4.2 POLARISIERUNG UND KOVALENZ.......................................................................................................................... 78 4.3 HYDRATATION VON IONEN...................................................................................................................................80 4.4 LONENGITTER.......................................................................................................................................................81 DIE DICHTESTE KUGELPACKUNG............................................................................................................................82 AUFBAU EINFACHER AB-VERBINDUNGEN................................................................................................................87 AUFBAU EINFACHER /^-VERBINDUNGEN.............................................................................................................. 89 AUSNAHMEN VON DEN REGELN............................................................................................................................91 KRISTALLSTRUKTUREN MIT KOMPLEXEN IONEN...........................................................................................................92 UEBUNGEN...........................................................................................................................................................94 5 DIE KOVALENTE BINDUNG.............................................................................................................................. 97 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFFRAYNER-CANHAM 5.1 LEWIS-KONZEPT UND OKTETTREGEL....................................................................................................................98 5.2 GEBROCHENE BINDUNGSORDNUNGEN UND DAS KONZEPT DER MESOMERIE ...................................................... 99 5.3 FORMALLADUNGEN............................................................................................................................................100 5.4 DAS VALENZSCHALEN-ELEKTRONENPAAR-ABSTOSSUNGSMODELL (VSEPR-MODELL)..............................................102 LINEARE GEOMETRIE............................................................................................................................................103 TRIGONAL-PLANARE GEOMETRIE.............................................................................................................................103 TETRAEDRISCHE GEOMETRIE..................................................................................................................................104 TRIGONAL-BIPYRAMIDALE GEOMETRIE..................................................................................................................105 OKTAEDRISCHE GEOMETRIE..................................................................................................................................106 MEHR ALS SECHS BINDUNGSPARTNER....................................................................................................................107 5.5 STOFFE MIT KOVALENTEN NETZWERKEN.............................................................................................................108 5.6 INTERMOLEKULARE KRAEFTE..................................................................................................................................109 DISPERSIONSKRAEFTE..............................................................................................................................................109 5.7 ELEKTRONEGATIVITAET UND POLARE BINDUNG...................................................................................................... 110 5.8 DIPOL/DIPOL-WECHSELWIRKUNGEN.................................................................................................................. 112 5.9 WASSERSTOFFBRUECKENBINDUNGEN....................................................................................................................114 5.10 DIE VALENZBINDUNGSTHEORIE (VB-THEORIE)....................................................................................................114 HYBRIDISIERUNG VON ORBITALEN.........................................................................................................................115 5.11 EINFUEHRUNG IN DIE MOLEKUELORBITALTHEORIE (MO-THEORIE) ............................................................................ 117 MOLEKUELORBITALE ZWEIATOMIGER MOLEKUELE DER ERSTEN PERIODE.........................................................................119 MOLEKUELORBITALE ZWEIATOMIGER MOLEKUELE DER ZWEITEN PERIODE......................................................................121 MOLEKUELORBITALE HETERONUKLEARER ZWEIATOMIGER MOLEKUELE.............................................................................125 5.12 MOLEKUELSYMMETRIE.........................................................................................................................................128 SYMMETRIEOPERATIONEN....................................................................................................................................128 PUNKTGRUPPEN.................................................................................................................................................129 UEBUNGEN..........................................................................................................................................................135 6 DIE METALLISCHE BINDUNG.........................................................................................................................139 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 6.1 BINDUNGSMODELLE FUER METALLE UND HALBLEITER............................................................................................141 DAS BAENDERMODELL............................................................................................................................................141 HALBLEITER, DOTIERUNG.......................................................................................................................................143 DIE STRUKTUR DER METALLE..................................................................................................................................145 6.2 BINDUNGSTYPEN IM VERGLEICH........................................................................................................................147 DAS BINDUNGSDREIECK.......................................................................................................................................148 PERIODISCHE TRENDS IM BINDUNGSVERHALTEN.....................................................................................................148 UEBUNGEN..........................................................................................................................................................154 7 THERMODYNAMIK ANORGANISCHER S TOFFE..............................................................................................155 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 7.1 ENERGIEUMSATZ BEI CHEMISCHEN REAKTIONEN..............................................................................................156 ENTHALPIE..........................................................................................................................................................157 VON DER BILDUNGSENTHALPIE ZUR REAKTIONSENTHALPIE.......................................................................................158 7.2 ERMITTLUNG DER GITTERENTHALPIE IONISCHER VERBINDUNGEN - DER BORN-HABER-KREISPROZESS .................. 162 WARUM GIBT ES WEDER MGF3 NOCH MGF?..........................................................................................................163 7.3 THEORETISCHE BERECHNUNG DER GITTERENERGIE - COULOMB-ENERGIE UND MADELUNG-KONSTANTE ............. 164 7.4 THERMODYNAMIK DES LOESEVORGANGS IONISCHER VERBINDUNGEN.................................................................167 7.5 BILDUNG KOVALENTER VERBINDUNGEN..............................................................................................................170 7.6 ENTROPIE.......................................................................................................................................................... 170 7.7 DIE FREIE ENTHALPIE ALS TREIBENDE KRAFT EINER REAKTION............................................................................172 UEBUNGEN.........................................................................................................................................................176 8 REINE STOFFE UND ZWEI STOFF SYSTEME....................................................................................................181 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 8.1 IDEALE UND REALE GASE...................................................................................................................................182 DAS IDEALE GAS.......................................................................................................................... 182 REALE GASE.......................................................................................................................................................186 GASGEMISCHE....................................................................................................................................................188 8.2 FLUESSIGKEITEN..................................................................................................................................................188 8.3 KRISTALLINE FESTSTOFFE......................................................................................................................................190 8.4 AMORPHE STOFFE UND GLAESER..........................................................................................................................194 8.5 PHASENDIAGRAMME REINER STOFFE..................................................................................................................195 8.6 LOESUNGEN.......................................................................................................................................................199 LOESLICHKEIT VON GASEN....................................................................................................................................200 MISCHBARKEIT VON FLUESSIGKEITEN......................................................................................................................201 8.7 DAMPFDRUCK EINER LOESUNG - SIEDETEMPERATURERHOEHUNG UND SCHMELZTEMPERATURERNIEDRIGUNG __ 203 8.8 OSMOSE UND UMKEHROSMOSE...................................................................................................................... 205 8.9 SIEDEDIAGRAMME, DESTILLATION UND REKTIFIKATION......................................................................................206 AZEOTROPE LASSEN SICH DURCH DESTILLATION NICHT TRENNEN ............................................................................... 207 8.10 SCHMELZDIAGRAMME UND KRISTALLISATION.......................................................................................................209 8.11 MODERNE TRENNVERFAHREN, CHROMATOGRAPHIE.............................................................................................214 CHROMATOGRAPHISCHE VERFAHREN.....................................................................................................................215 UEBUNGEN ........................................ 220 9 DAS CHEMISCHE GLEICHGEWICHT..............................................................................................................223 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 9.1 UMKEHRBARE REAKTIONEN UND CHEMISCHES GLEICHGEWICHT.......................................................................225 GLEICHGEWICHTSVERSCHIEBUNG UND DAS PRINZIP DES KLEINSTEN ZWANGS...........................................................226 9.2 QUANTITATIVE BESCHREIBUNG DES CHEMISCHEN GLEICHGEWICHTS..................................................................229 LOESLICHKEITSGLEICHGEWICHT UND LOESLICHKEITSPRODUKT......................................................................................229 HOMOGENE GLEICHGEWICHTE UND DAS MASSENWIRKUNGSGESETZ.......................................................................234 HETEROGENE GLEICHGEWICHTE..........................................................................................................................236 BERECHNUNG VON GLEICHGEWICHTSKONZENTRATIONEN UND -DRUECKEN ............................................... 236 GEKOPPELTE GLEICHGEWICHTE............................................................................................................................238 9.3 MASSENWIRKUNGSGESETZ UND CHEMISCHE ENERGETIK...................................................................................241 UEBUNGEN.........................................................................................................................................................243 10 SAEUREN UND BASEN......................................................................................................................................247 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 10.1 DAS BRONSTED-LOWRY-KONZEPT.....................................................................................................................250 10.2 QUANTITATIVE BESCHREIBUNG VON SAEURE/BASE-GLEICHGEWICHTEN IN WAESSRIGER LOESUNG ........................... 252 SAEUREKONSTANTE UND BASENKONSTANTE............................................................................................................252 BERECHNUNG VON PH-WERTEN..........................................................................................................................255 10.3 SAEURE/BASE-TITRATION UND TITRATIONSKURVEN................................................................................................258 PUFFERLOESUNGEN IN DER PRAXIS - IDEALES UND REALES VERHALTEN.........................................................................262 10.4 TRENDS IM SAEURE/BASE-VERHALTEN..................................................................................................................265 SAEURESTAERKE UND MOLEKUELEIGENSCHAFTEN.........................................................................................................266 HYDRATISIERTE METALLKATIONEN ALS BRONSTED-SAEUREN........................................................................................268 SAEURE/BASE-VERHALTEN VON OXIDEN..................................................................................................................270 10.5 SAEUREN UND BASEN NACH LEWIS.......................................................................................................................271 10.6 HARTE UND WEICHE SAEUREN UND BASEN NACH PEARSON...................................................................................271 ANWENDUNG DES HSAB-KONZEPTS....................................................................................................................276 UEBUNGEN..........................................................................................................................................................282 11 OXIDATION UND REDUKTION.........................................................................................................................287 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 11.1 REGELN ZUR BESTIMMUNG VON OXIDATIONSZAHLEN..........................................................................................289 OXIDATIONSZAHL UND FORMALLADUNG..................................................................................................................292 OXIDATIONSZAHLEN UND PERIODENSYSTEM..........................................................................................................292 11.2 REDOXGLEICHUNGEN..........................................................................................................................................293 11.3 SPANNUNGSREIHE UND STANDARD-ELEKTRODENPOTENZIAL...............................................................................296 11.4 DIE NERNST SCHE GLEICHUNG............................................................................................................................299 11.5 REDOX-REAKTIONEN IN DER ANALYTISCHEN CHEMIE..........................................................................................303 11.6 ELEKTRODENPOTENZIAL UND ENERGIEUMSATZ BEI REDOX-REAKTIONEN ............................................................ 304 11.7 OXIDATIONSZUSTANDS-ZFROST-DIAGRAMME.................................................................................................... 306 11.8 ELEKTROLYSE.......................................................................................................................................................309 11.9 GALVANISCHE SPANNUNGSQUELLEN...................................................................................................................312 11.10 KORROSION UND KORROSIONSSCHUTZ..................................................................................................................315 UEBUNGEN..........................................................................................................................................................317 12 KOM PLEXREAKTIONEN..................................................................................................................................323 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 12.1 GRUNDBEGRIFFE DER KOMPLEXCHEMIE..............................................................................................................326 12.2 NOMENKLATUR DER KOMPLEXVERBINDUNGEN....................................................................................................329 12.3 ISOMERIE BEI KOMPLEXVERBINDUNGEN..........................................................................................................330 STRUKTURISOMERIE..............................................................................................................................................331 12.4 BESCHREIBUNG VON LIGANDENAUSTAUSCHREAKTIONEN DURCH STABILITAETSKONSTANTEN .................................. 332 STABILITAETSKONSTANTEN.......................................................................................................................................333 12.5 CHELATKOMPLEXE..............................................................................................................................................335 DER CHELATEFFEKT...............................................................................................................................................338 12.6 KOMPLEXONE UND KOMPLEXOMETRIE..............................................................................................................341 BESTIMMUNG DER WASSERHAERTE.........................................................................................................................344 12.7 BIOLOGISCHE ASPEKTE........................................................................................................................................345 UEBUNGEN..........................................................................................................................................................348 13 GESCHWINDIGKEIT CHEMISCHER REAKTIONEN.........................................................................................353 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 13.1 GRUNDBEGRIFFE.................................................................................................................................................355 13.2 GESCHWINDIGKEITSGESETZE UND REAKTIONSORDNUNG....................................................................................357 13.3 WARUM STEIGT DIE REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT MIT DER TEMPERATUR? ........................................................ 363 UEBUNGEN..........................................................................................................................................................371 14 WASSERSTOFF...................................................................................................................................................373 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 14.1 ISOTOPE DES WASSERSTOFFS...............................................................................................................................374 14.2 EIGENSCHAFTEN DES WASSERSTOFFS..................................................................................................................379 HERSTELLUNG VON WASSERSTOFF...........................................................................................................................381 14.3 ELEMENT/WASSERSTOFF-VERBINDUNGEN .........................................................................................................383 IONISCHE HYDRIDE............................................................................................................................................383 KOVALENTE ELEMENT/WASSERSTOFF-VERBINDUNGEN.............................................................................................383 METALLISCHE HYDRIDE DER D-BLOCK-ELEMENTE................................................................................................... 387 14.4 WASSER UND WASSERSTOFFBRUECKENBINDUNGEN.............................................................................................387 BIOLOGISCHE ASPEKTE DER WASSERSTOFFBRUECKENBINDUNG.................................................................................389 UEBUNGEN........................................................................................................................................................391 15 DIE ELEMENTE DER GRUPPE 1: DIE ALKALIM ETALLE ............................................................ 395 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 15.1 DIE EIGENSCHAFTEN DER ELEMENTE.................................................................................................................. 397 15.2 EIGENSCHAFTEN DER ALKALIMETALLVERBINDUNGEN.........................................................................................398 FLAMMENFAERBUNGEN.......................................................................................................................................399 15.3 LOESLICHKEITSTRENDS BEI SALZEN DER ALKALIMETALLE ....................................................................................... 401 15.4 LITHIUM UND SEINE VERBINDUNGEN...............................................................................................................405 15.5 NATRIUM: GEWINNUNG UND VERWENDUNG DES METALLS..................................................................................408 15.6 VERBINDUNGEN MIT SAUERSTOFF.......................................................................................................................409 15.7 HYDROXIDE......................................................................................................................................................411 HERSTELLUNG VON NATRIUMHYDROXID.................................................................................................................411 VERWENDUNG VON NATRIUMHYDROXID...............................................................................................................413 15.8 GEWINNUNG VON NATRIUMCHLORID UND KALIUMCHLORID................................................................................413 15.9 NATRIUMCARBONAT...........................................................................................................................................415 HERSTELLUNG VON NATRIUMCARBONAT.................................................................................................................415 VERWENDUNG VON NATRIUMCARBONAT...............................................................................................................417 NATRIUMHYDROGENCARBONAT...........................................................................................................................417 15.10 AEHNLICHKEITEN ZWISCHEN LITHIUM UND DEN ERDALKALIMETALLEN ................................................................. 418 15.11 BIOLOGISCHE ASPEKTE..................................................................................................................................... 419 UEBUNGEN........................................................................................................................................................421 16 DIE ELEMENTE DER GRUPPE 2: DIE ERDALKALIM ETALLE.........................................................................425 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 16.1 EIGENSCHAFTEN DER ERDALKALIMETALLVERBINDUNGEN....................................................................................428 LOESLICHKEIT DER ERDALKALIMETALLSALZE...............................................................................................................428 16.2 BERYLLIUM........................................................................................................................................................430 16.3 MAGNESIUM................................................................................................................................... 431 16.4 CALCIUM, STRONTIUM UND BARIUM.................................................................................................................433 16.5 OXIDE.............................................................................................................................................................434 16.6 HYDROXIDE...................................................................................................................................................... 435 16.7 CALCIUMCARBONAT.......................................................................................................................................... 435 16.8 ZEMENT..........................................................................................................................................................436 16.9 ERDALKALIMETALLSALZE IN ALLTAG UND TECHNIK................................................................................................439 MAGNESIUMSULFAT UND CALCIUMSULFAT............................................................................................................. 439 CALCIUMCHLORID................................................................................................................................................440 CALCIUMCARBID.................................................................................................................................................441 STRONTIUM- UND BARIUMVERBINDUNGEN IN DER TECHNIK..................................................................................442 16.10 AEHNLICHKEITEN ZWISCHEN BERYLLIUM UND ALUMINIUM.................................................................................442 16.11 BIOLOGISCHE ASPEKTE.....................................................................................................................................443 UEBUNGEN........................................................................................................................................................446 17 DIE ELEMENTE DER GRUPPE 13..................................................................................................................451 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 17.1 BOR UND SEINE VERBINDUNGEN MIT SAUERSTOFF...............................................................................................453 17.2 BORANE.............................................................................................................................................................456 NATRIUMTETRAHYDRIDOBORAT: NA[BH4] ..............................................................................................................457 17.3 BORHALOGENIDE...............................................................................................................................................460 17.4 ISOELEKTRONISCHE BOR/STICKSTOFF- UND KOHLENSTOFFVERBINDUNGEN..............................................................462 17.5 ALUMINIUM UND SEINE EIGENSCHAFTEN...........................................................................................................463 CHEMISCHE EIGENSCHAFTEN DES ALUMINIUMS..................................................................................................465 17.6 HERSTELLUNG VON ALUMINIUM..........................................................................................................................466 17.7 ALUMINIUMHALOGENIDE.................................................................................................................................469 17.8 GALLIUM UND INDIUM........................................................................................................................................469 17.9 THALLIUM UND DER INERT-PAIR-EFFEKT...............................................................................................................471 17.10 AEHNLICHKEITEN ZWISCHEN BOR UND SILICIUM.................................................................................................. 473 17.11 BIOLOGISCHE ASPEKTE......................................................................................................................................474 UEBUNGEN.........................................................................................................................................................476 18 DIE ELEMENTE DER GRUPPE 14: DIE KOHLENSTOFFGRUPPE (TETRELE) .................................................. 481 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 18.1 KOHLENSTOFF UND SEINE MODIFIKATIONEN.........................................................................................................484 DIAMANT...........................................................................................................................................................484 GRAPHIT.............................................................................................................................................................485 FULLERENE..........................................................................................................................................................487 KOHLENSTOFFPRODUKTE IN ALLTAG UND TECHNIK....................................................................................................488 18.2 ISOTOPE DES KOHLENSTOFFS...............................................................................................................................490 18.3 CARBIDE...........................................................................................................................................................492 IONISCHE CARBIDE..............................................................................................................................................492 KOVALENTE CARBIDE............................................................................................................................................493 METALLISCHE CARBIDE........................................................................................................................................494 18.4 KOHLENSTOFFMONOXID.....................................................................................................................................494 18.5 KOHLENSTOFFDIOXID..........................................................................................................................................495 18.6 HYDROGENCARBONATE UND CARBONATE............................................................................................................499 HYDROGENCARBONATE........................................................................................................................................ 499 CARBONATE........................................................................................................................................................500 18.7 DER TREIBHAUSEFFEKT.......................................................................................................................................500 18.8 KOHLENSTOFFDISULFID UND KOHLENSTOFFOXIDSULFID...........................................................................................504 18.9 DIE HALOGENIDE DES KOHLENSTOFFS..................................................................................................................505 18.10 CHLORFLUORKOHLENWASSERSTOFFE (CFKS) UND VERWANDTE VERBINDUNGEN .................................................... 506 18.11 METHAN............................................................................................................................................................507 18.12 CYANIDE............................................................................................................................................................508 18.13 SILICIUM - DAS ELEMENT DER HALBLEITER- UND SOLARTECHNIK.........................................................................509 18.14 MOLEKUELVERBINDUNGEN DES SILICIUMS............................................................................................................513 18.15 SILICIUMDIOXID.................................................................................................................................................516 KIESELGEL............................................................................................................................................................517 AEROSILE.............................................................................................................................................................517 18.16 SILICATE UND ALUMOSILICATE..............................................................................................................................519 ZEOLITHE............................................................................................................................................................522 18.17 GLAESER...............................................................................................................................................................524 18.18 KERAMISCHE WERKSTOFFE..................................................................................................................................527 18.19 SILICONE............................................................................................................................................................528 18.20 GERMANIUM, ZINN UND BLEI..............................................................................................................................531 OXIDATIONSSTUFEN IM UEBERBLICK.....................................................................................................................532 ZINN- UND BLEIOXIDE........................................................................................................................................534 ZINN- UND BLEICHLORIDE...................................................................................................................................534 18.21 BIOLOGISCHE ASPEKTE......................................................................................................................................537 DER KOHLENSTOFFKREISLAUF................................................................................................................................537 SILICIUM - EIN ESSENZIELLES ELEMENT.............................................................................................................. 538 TOXISCHE ZINNVERBINDUNGEN.........................................................................................................................539 GESUNDHEITSGEFAHREN DURCH BLEIVERBINDUNGEN...........................................................................................539 UEBUNGEN......................................................................................................................................................541 19 DIE ELEMENTE DER GRUPPE 15 (PENTELE) .............................................................................................. 547 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 19.1 ELEMENTARER STICKSTOFF UND SEINE REAKTIONEN...........................................................................................552 19.2 UEBERBLICK UEBER DIE CHEMIE DES STICKSTOFFS................................................................................................555 19.3 AMMONIAK UND AMMONIUMSALZE...............................................................................................................556 STICKSTOFFDUENGER UND DIE GROSSTECHNISCHE AMMONIAKSYNTHESE ................................................................. 558 19.4 WEITERE WASSERSTOFFVERBINDUNGEN DES STICKSTOFFS .................................................................................. 561 HYDRAZIN........................................................................................................................................................562 STICKSTOFFWASSERSTOFFSAEURE........................................................................................................................... 562 HYDROXYLAMIN................................................................................................................................................563 19.5 STICKSTOFFOXIDE..............................................................................................................................................563 DISTICKSTOFFOXID..............................................................................................................................................563 STICKSTOFFMONOXID.........................................................................................................................................564 DISTICKSTOFFTRIOXID.........................................................................................................................................566 STICKSTOFFDIOXID UND DISTICKSTOFFTETRAOXID....................................................................................................566 STICKSTOFF( V)-OXID...........................................................................................................................................567 19.6 OXOSAEUREN DES STICKSTOFFS UND IHRE SALZE..................................................................................................570 SALPETRIGE SAEURE UND NITRITE..........................................................................................................................570 SALPETERSAEURE UND NITRATE.............................................................................................................................571 OSTWALD-VERFAHREN........................................................................................................................................572 NITRATE............................................................................................................................................................573 19.7 STICKSTOFF/HALOGEN-VERBINDUNGEN..............................................................................................................575 19.8 ELEMENTARER PHOSPHOR UND SEINE MODIFIKATIONEN....................................................................................577 INDUSTRIELLE PHOSPHORGEWINNUNG................................................................................................................. 579 19.9 OXOSAEUREN DES PHOSPHORS UND IHRE SALZE..................................................................................................580 PHOSPHORSAEURE UND IHRE SALZE.......................................................................................................................581 KONDENSIERTE PHOSPHORSAEUREN UND IHRE SALZE.............................................................................. ............... 583 19.10 PHOSPHOROXIDE UND PHOSPHORSULFIDE.......................................................................................................585 PHOSPHOROXIDE...............................................................................................................................................585 PHOSPHORSULFIDE.............................................................................................................................................586 19.11 PHOSPHOR/HALOGEN-VERBINDUNGEN...........................................................................................................586 PHOSPHOR(LLL)-HALOGENIDE..............................................................................................................................586 PHOSPHOR(V)-HALOGENIDE..............................................................................................................................588 PHOSPHOR(V)-OXIDCHLORID UND PHOSPHOR(V)-SULFIDCHLORID............................................................................590 19.12 PHOSPHOR/WASSERSTOFF-VERBINDUNGEN (PHOSPHANE) UND METALLPHOSPHIDE..........................................591 PHOSPHAN.......................................................................................................................................................591 HOEHERE PHOSPHANE........................................................................................................................................592 METALLPHOSPHIDE...........................................................................................................................................593 19.13 PHOSPHOR/STICKSTOFF-VERBINDUNGEN............................................................................................................594 19.14 ARSEN, ANTIMON UND BISMUT.......................................................................................................................596 SAUERSTOFF- UND SCHWEFELVERBINDUNGEN........................................................................................................597 HALOGENVERBINDUNGEN.................................................................................................................................598 19.15 BIOLOGISCHE ASPEKTE...................................................................................................................................... 599 STICKSTOFF.........................................................................................................................................................599 PHOSPHOR........................................................................................................................................................604 ARSEN..............................................................................................................................................................605 UEBUNGEN........................................................................................................................................................608 20 DIE ELEMENTE DER GRUPPE 16: DIE CHALKOGENE..............................................................................615 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 20.1 SAUERSTOFF......................................................................................................................................................620 SAUERSTOFF (02) ...............................................................................................................................................620 OZON (03) ........................................................................................................................................................623 20.2 BINDUNGSVERHAELTNISSE IN SAUERSTOFFVERBINDUNGEN.................................................................................626 20.3 WASSER...........................................................................................................................................................629 20.4 WASSERSTOFFPEROXID (H202).......................................................................................................................... 630 20.5 SCHWEFEL........................................................................................................................................................631 MODIFIKATIONEN DES SCHWEFELS.......................................................................................................................632 INDUSTRIELLE GEWINNUNG VON SCHWEFEL.........................................................................................................634 20.6 SCHWEFELWASSERSTOFF UND SULFIDE.............................................................................................................. 635 20.7 OXIDE DES SCHWEFELS.....................................................................................................................................638 SCHWEFELDIOXID, SCHWEFLIGE SAEURE UND IHRE SALZE........................................................................................638 SCHWEFELTRIOXID............................................................................................................................................. 640 SCHWEFELSUBOXIDE..........................................................................................................................................641 20.8 SCHWEFELSAEURE (H2S04) ................................................................................................................................642 INDUSTRIELLE HERSTELLUNG VON SCHWEFELSAEURE.................................................................................................643 SULFATE UND HYDROGENSULFATE.........................................................................................................................646 THIOSULFATE......................................................................................................................................................647 PEROXIDODISULFATE............................................................................................................................................648 OXOSAEUREN DES SCHWEFELS IM UEBERBLICK........................................................................................................648 20.9 SCHWEFELHALOGENIDE UND SCHWEFEL/STICKSTOFF-VERBINDUNGEN...............................................................649 SCHWEFELFLUORIDE............................................................................................................................................650 SCHWEFELCHLORIDE UND -BROMIDE....................................................................................................................652 THIONYL- UND SULFURYLHALOGENIDE..................................................................................................................653 SCHWEFEL/STICKSTOFF-VERBINDUNGEN...............................................................................................................653 20.10 SELEN UND TELLUR............................................................................................................................................654 OXIDE UND OXOSAEUREN...................................................................................................................................655 HALOGENIDE.................................................................................................................................................... 656 20.11 BIOLOGISCHE ASPEKTE......................................................................................................................................656 SAUERSTOFF........................................................................................................................................................656 SCHWEFEL..........................................................................................................................................................657 SELEN...............................................................................................................................................................657 UEBUNGEN........................................................................................................................................................659 21 DIE ELEMENTE DER GRUPPE 17: DIE HALOGENE ................................................................................... 663 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 21.1 GEWINNUNG UND VERWENDUNG DER HALOGENE............................................................................................670 21.2 HALOGENWASSERSTOFFE UND HALOGENIDE....................................................................................................... 673 IONISCHE HALOGENIDE.......................................................................................................................................676 KOVALENTE HALOGENIDE................................................................................................................................... 678 21.3 SAUERSTOFFSAEUREN DER HALOGENE UND IHRE SALZE.........................................................................................679 SAUERSTOFFSAEUREN DES CHLORS...........................................................................................................................679 SAUERSTOFFSAEUREN DES BROMS...........................................................................................................................681 SAUERSTOFFSAEUREN DES LODS.............................................................................................................................. 682 21.4 HALOGENOXIDE............................................................................................................................................... 683 21.5 INTERHALOGENVERBINDUNGEN, POLYHALOGENID-IONEN UND HALOGEN-KATIONEN ........................................... 686 INTERHALOGENVERBINDUNGEN...........................................................................................................................686 POLYHALOGENID-IONEN.....................................................................................................................................687 HALOGEN-KATIONEN..........................................................................................................................................688 PSEUDOHALOGENIDE UND PSEUDOHALOGENE.....................................................................................................689 21.6 BIOLOGISCHE ASPEKTE.....................................................................................................................................690 UEBUNGEN........................................................................................................................................................692 22 DIE ELEMENTE DER GRUPPE 18: DIE EDELGASE......................................................................................697 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFFRAYNER-CANHAM 22.1 GEWINNUNG UND VERWENDUNG DER EDELGASE.............................................................................................699 22.2 EDELGASVERBINDUNGEN..................................................................................................................................700 XENONFLUORIDE..................................................................................................................................................701 XENONOXIDE.....................................................................................................................................................703 WIE LASSEN SICH XE/O-, XE/N- UND XE/C-BINDUNGEN KNUEPFEN?.....................................................................704 22.3 BIOLOGISCHE ASPEKTE......................................................................................................................................705 UEBUNGEN........................................................................................................................................................707 23 EINFUEHRUNG IN DIE CHEMIE DER UEBERGANGSMETALLE ........................................................................ 709 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 23.1 BINDUNGSKONZEPTE FUER UEBERGANGSMETALLVERBINDUNGEN IM UEBERBLICK...................................................711 DIE 18-VALENZELEKTRONEN-REGEL.......................................................................................................................713 DIE VALENZBINDUNGSTHEORIE............................................................................................................................713 23.2 DIE KRISTALLFELDTHEORIE - GRUNDLAGEN.........................................................................................................714 OKTAEDRISCHE KOMPLEXE.................................................................................................................................716 TETRAEDRISCHE KOMPLEXE.................................................................................................................................719 QUADRATISCH-PLANARE KOMPLEXE.....................................................................................................................719 DER JAHN-TELLER-EFFEKT......................................................................................................................................720 23.3 DIE KRISTALLFELDTHEORIE - ANWENDUNGEN....................................................................................................721 MAGNETISCHE EIGENSCHAFTEN UND IHRE DEUTUNG.............................................................................................722 KRISTALLFELDEFFEKTE BEI SPINELLEN.....................................................................................................................726 HYDRATATIONSENTHALPIEN.................................................................................................................................727 FARBEN UND ABSORPTIONSSPEKTREN DER UEBERGANGSMETALLKOMPLEXE...............................................................726 23.4 ANWENDUNG DER MOLEKUELORBITALTHEORIE AUF UEBERGANGSMETALLKOMPLEXE...................................... 731 23.5 EINFUEHRUNG IN DIE CHEMIE METALLORGANISCHER VERBINDUNGEN..................................................................734 CARBONYLKOMPLEXE..........................................................................................................................................735 METALLORGANISCHE VERBINDUNGEN DER HAUPTGRUPPENELEMENTE ..................................................................... 738 METALLORGANISCHE VERBINDUNGEN DER UEBERGANGSMETALLE..............................................................................740 METALLORGANISCHE VERBINDUNGEN ALS KATALYSATOREN........................................................................................742 23.6 THERMODYNAMIK UND KINETIK BEI KOORDINATIONSVERBINDUNGEN...............................................................746 23.7 DAS HSAB-KONZEPT IN DER CHEMIE DER UEBERGANGSMETALLE.......................................................................747 23.8 BIOLOGISCHE ASPEKTE......................................................................................................................................748 UEBUNGEN.........................................................................................................................................................750 24 DIE NEBENGRUPPENELEMENTE................................................................................................................753 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 24.1 EIN UEBERBLICK UEBER DIE D-BLOCK-ELEMENTE................................................................................................... 755 GRUPPENEIGENSCHAFTEN...................................................................................................................................755 RELATIVE STABILITAET DER OXIDATIONSSTUFEN DER 3D-METALLE................................................................................757 24.2 GEWINNUNG DER METALLE................................................................................................................................759 EISEN - VOM EISENERZ ZUM STAHL..................................................................................................................... 760 ZINK..................................................................................................................................................................764 KUPFER - VOM ERZ ZUM ELEKTROLYTKUPFER......................................................................................................... 765 GOLD - DIE CYANIDLAUGEREI................................................................................................................................766 TITAN - DAS KROLL-VERFAHREN..............................................................................................................................766 DAS ALUMINOTHERMISCHE VERFAHREN..................................................................................................................768 24.3 DIE ELEMENTE DER GRUPPE 4: TITAN, ZIRCONIUM UND HAFNIUM ..................................................................... 769 TITAN..................................................................................................................................................................770 ZIRCONIUM UND HAFNIUM................................................................................................................................. 773 24.4 DIE ELEMENTE DER GRUPPE 5: VANADIUM, NIOB UND TANTAL..........................................................................775 BIOLOGISCHE ASPEKTE........................................................................................................................................778 24.5 DIE ELEMENTE DER GRUPPE 6: CHROM, MOLYBDAEN UND WOLFRAM ................................................................ 778 CHROM...............................................................................................................................................................778 MOLYBDAEN UND WOLFRAM...................................................................................................................................783 BIOLOGISCHE ASPEKTE........................................................................................................................................791 24.6 DIE ELEMENTE DER GRUPPE 7: MANGAN, TECHNETIUM UND RHENIUM ............................................................ 793 OXIDATIONSSTUFEN VON MANGAN.......................................................................................................................793 24.7 DIE EISENMETALLE: EISEN, COBALT UND NICKEL...............................................................................................798 DIE EISENMETALLE IM UEBERBLICK.........................................................................................................................799 EISEN................................................................................................................................................................801 COBALT...............................................................................................................................................................808 NICKEL...............................................................................................................................................................810 24.8 DIE PLATINMETALLE............................................................................................................................................812 KOMPLEXVERBINDUNGEN...................................................................................................................................813 BIOLOGISCHE ASPEKTE........................................................................................................................................816 24.9 DIE ELEMENTE DER GRUPPE 11: KUPFER, SILBER UND G OLD............................................................................816 DIE ELEMENTE....................................................................................................................................................817 OXIDATIONSSTUFEN..............................................................................................................................................818 STEREOCHEMIE...................................................................................................................................................819 KUPFER...............................................................................................................................................................819 SILBER................................................................................................................................................................824 GOLD..................................................................................................................................................................825 BIOLOGISCHE ASPEKTE........................................................................................................................................827 24.10 DIE ELEMENTE DER GRUPPE 12: ZINK, CADMIUM UND QUECKSILBER..............................................................828 DIE ELEMENTE....................................................................................................................................................828 OXIDATIONSSTUFEN............................................................................................................................................. 829 ZINK- UND CADMIUM-VERBINDUNGEN................................................................................................................830 QUECKSILBER......................................................................................................................................................832 BIOLOGISCHE ASPEKTE........................................................................................................................................834 UEBUNGEN......................................................................................................................................................... 840 25 LANTHANOIDE, ACTINOIDE UND VERWANDTE ELEM ENTE ......................................................................... 847 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFFRAYNER-CANHAM 25.1 DIE LANTHANOIDE............................................................................................................................................849 VERBINDUNGEN...................................................................................................................................................854 25.2 DIE ACTINOIDE.................................................................................................................................................859 25.3 DIE TRANSACTINOIDE........................................................................................................................................864 UEBUNGEN..........................................................................................................................................................867 26 ANHANG A: EINIGE GRUNDBEGRIFFE DER PHYSIK ....................................................................................869 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 26.1 MECHANIK......................................................................................................................................................870 BEWEGUNG VON KOERPERN................................................................................................................................. 870 ARBEIT, ENERGIE UND LEISTUNG.........................................................................................................................873 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN VON FLUESSIGKEITEN............................................................................................875 26.2 SCHWINGUNGEN............................................................................................................................................. 877 26.3 WELLEN...........................................................................................................................................................878 26.4 ELEKTRIZITAET....................................................................................................................................................880 26.5 OPTIK...............................................................................................................................................................886 27 ANHANG B: MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN ............................................................................................ 891 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 27.1 RECHNEN MIT POTENZEN UND WURZELN..........................................................................................................892 27.2 LOGARITHMEN.................................................................................................................................................894 27.3 FUNKTIONEN UND IHRE GRAFISCHE DARSTELLUNG..............................................................................................897 27.4 ALGEBRAISCHE GLEICHUNGEN.........................................................................................................................904 28 ANHANG C: DATENSAMMLUNG ..................................................................................................................907 MICHAEL BINNEWIES, MAIK FINZE, MANFRED JAECKEL, PEER SCHMIDT, HELGE WILLNER, GEOFF RAYNER-CANHAM 28.1 BINDUNGSENTHALPIEN VON EINFACHBINDUNGEN (IN KJ YY MOLYY1 BEI 298 K)....................................................908 28.2 BINDUNGSENTHALPIEN EINIGER MEHRFACHBINDUNGEN (IN KJ YY MOLYY1 BEI 298 K) ........................................... 909 28.3 PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN ANORGANISCHER STOFFE..................................................................................909 28.4 LOESLICHKEIT ANORGANISCHER VERBINDUNGEN IN WASSER BEI VERSCHIEDENEN TEMPERATUREN ...................... 925 28.5 LONISIERUNGSENTHALPIEN FUER DIE SCHRITTWEISE IONISIERUNG DER ATOME BEI 25 C (IN MJ YY MOLYY1).............929 28.6 ELEKTRONENAFFINITAETEN EINIGER ATOME (ENTHALPIEWERTE BEI 25 C IN KJ YY MOL 1).........................................931 28.7 ELEKTRONENAFFINITAETEN EINIGER EINFACH NEGATIVER IONEN (ENTHALPIEWERTE BEI 25 C IN KJ YY MOL 1) ....... 932 28.8 LONENRADIEN UND LADUNGSDICHTEN AUSGEWAEHLTER IONEN..........................................................................932 28.9 RADIEN EINIGER MEHRATOMIGER IONEN..........................................................................................................937 28.10 GITTERENTHALPIEN EINIGER SALZE BEI 25 C (IN KJ YY MOL 1) ........................................................................... 937 28.11 HYDRATATIONSENTHALPIEN EINIGER IONEN BEI 25 C.......................................................................................938 SERVICETEIL ...................................................................................................................................................939 GLOSSAR........................................................................................................................................................... 940 WEITERFUEHRENDE LITERATUR...................................................................................................................... 950 STICHWORTVERZEICHNIS......................................................................................................................................951
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