Chemie ist viel einfacher, als es häufig heißt. Dieses Buch soll dazu beitragen, ihr Interesse an diesem Fach zu wecken oder zu vertiefen. Alle grundlegenden Prinzipien der Chemie werden nachvollziehbar dargestellt. Querbezüge und Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Fachgebieten werden gezeigt. Sie werden keine Formel finden, deren Herleitung Sie nicht nachvollziehen können. Am Ende fast jeden Kapitels gibt es Übungsaufgaben. Ausführliche Lösungen gibt es natürlich auch. Das sollte nicht nur für die Prüfungen der ersten Semester reichen, sondern Ihnen auch ein sicheres Fundament für Ihr weiteres Studium bieten.
Stefanie Ortanderl ist Professorin für Technische Chemie an der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg. Vorher arbeitete sie zehn Jahre in der Verfahrens- und Produktentwicklung in der chemischen Industrie. Ulf Ritgen ist Dozent an der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg mit den Themenschwerpunkten Allgemeine und Analytische Chemie.
Über die Autoren 7
Einführung 29
Törichte Annahmen über den Leser 31
Zu diesem Buch 31
Wie Sie dieses Buch einsetzen 32
Symbole in diesem Buch 34
Was Sie nicht lesenmüssen 35
Wie dieses Buch aufgebaut ist 36
Wie es weitergeht 39
Teil I Ausrüstung Für die Chemische Expedition 41
Kapitel 1 Denken wie die Naturwissenschaftler 43
Von der Beobachtung zur Theorie 43
Je nach Bedarf Modelle und ihre Grenzen 49
Kapitel 2 Kauderwelsch? Fachchinesisch gehört dazu 53
Grundgrößen 54
Alles festgeklopft: die SI-Einheiten 55
Normal ist das nicht 57
Was ist denn ein Quadratliter? In welchen Dimensionen denken wir eigentlich? 58
Chemiker mögens extrem: sehr kleine und sehr große Zahlen 61
Kapitel 3 Erkenntnisse über die Materie65
Gesetzmäßigkeiten 67
Einteilung der Stoffe 68
Die Natur hat ihren eigenen Kopf 70
Kapitel 4 Definitionssachen 73
Hier geht es umeinAtom 73
Hier geht es umvieleAtome 79
Was ist eine empirische Formel? 84
Kapitel 5 Energetische Betrachtungen 89
Was ist überhaupt Energie? 89
Wie viel Energie ist das? 91
Wundersame Verwandlungen 92
ProzesseohneStoffveränderung das ist Physik 94
ProzessemitStoffumwandlung das ist Chemie 96
Kapitel 6 Damit müssen Sie rechnen 101
Dreisatz 101
Potenzen 103
Logarithmus 104
Achtung: Signifikanz 106
Infinitesimalrechnung 108
Nur für Streber:Unlösbares lösbar machen 113
Teil II Atome und Periodensystem das Brot Für Den Chemiker 119
Kapitel 7 Das Atom steht Modell121
DEMOKRIT 122
DALTON 122
THOMSON 123
LENARD 124
RUTHERFORD 125
BOHR 127
SOMMERFELD 127
SCHRÖDINGER 128
KIMBALL 129
Kapitel 8 Das BOHRsche Atommodell131
Moment! Was ist denn überhaupt ein »Quant«? 132
Das klassische Atom 132
BOHRsche Postulate 135
Das Spektrum des Wasserstoffs 136
Kapitel 9 Elektronen beim Wellenreiten143
Was haben Licht, Wasser und Elektronen gemeinsam? 144
Wie ist das mit SCHRÖDINGERs Katze? 151
Quantenzahlen 154
Orbitale 156
Kapitel 10 Das Periodensystem der Elemente163
Die sonderbare Ordnung der Elemente 163
Wer zuerst kommt, besetzt die besten Plätze 166
Was ist denn hier periodisch? 176
Teil III Chemische Bindungen Oder: Was Machen die Atome Den Ganzen Tag? 191
Kapitel 11 Ionenbindungen berührungsfreier Zusammenhalt 193
Oktettregel was wird hier geregelt? 194
Die Bausteine 195
Bis hierher und nicht weiter 198
Die Gitterenergie ist entscheidend 199
Gitterwelten 204
Kapitel 12 Kovalente Bindung hier entstehen Moleküle213
Einfach, aber praktisch die LEWIS-Schreibweise 214
So viele Formeln! 216
3D-Konstruktionen mithilfe des VSEPR-Modells 217
Und die Orbitale? Das VB-Modellmacht vieles anschaulich 223
Warumgibtes überhaupt Moleküle? die MO-Theorie weiß die Antwort 234
Kein Modell kann alles leisten: VB trifft MO 249
Nur für Streber:Symmetrie in der Chemie, Teil 1 Moleküle 249
Kapitel 13 Koordinative Bindung Geschenke werden gerne genommen261
Koordinative Bindungen in einfachen Molekülen 262
Hier bekommen Sie Komplexe 262
Komplexe Bindungen 268
Nicht kaputt zu kriegen? 280
Alles so schön bunt hier 284
Isomerie 287
Kapitel 14 Hart im Nehmen die Metalle 295
Metallische Eigenschaften 296
Kristallstrukturen 298
Wie hält das eigentlich zusammen? 309
Nur für Streber:EINSTEIN ist überall 317
Kapitel 15 Intermolekulare Wechselwirkungen Bedürfnis nach Gesellschaft 323
Kräftevergleich 324
Teil IV Thermodynamische Grundlagen Was Geht Überhaupt? 331
Kapitel 16 die Grammatik der Thermodynamik333
Thermodynamisches Vokabular 334
Die Hauptsätze 346
Was treibt die Chemie an? 354
Nur für Streber:Woher kommt das Massenwirkungsgesetz? 358
Kapitel 17 Hier bekommen Sie (noch mehr) Zustände363
Auf den Unterschied kommt es an 363
Wer verursacht einen Zustand? 366
Zustandsdiagramme 367
Teil V Zustandsformen der Materie 377
Kapitel 18 Gase379
Gase machen Druck 380
Das ideale Gasgesetz 384
Nur für Streber:Gase genauer betrachtet die kinetische Gastheorie 386
Kapitel 19 Flüssigkeiten 389
Erkennungsmerkmale 389
Kapitel 20 Lösungen401
Eine Lösung wird gesucht 402
Lösungswärme 404
Die Löslichkeit ist beeinflussbar 406
Dies hängt von der Konzentration ab 409
Nur für Streber:Immer diese Thermodynamik 415
Kapitel 21 Feststoffe419
Sind wir jetzt ordentlich oder nicht? Kristallin oder amorph 419
Gitter für Fortgeschrittene 420
Polymorphie Festkörper-Lego® 430
Nur für Streber:Symmetrie in der Chemie, Teil 2 im Gitter 433
Teil VI Chemische Reaktionen und Alles, Was Dazugehört 441
Kapitel 22 Stöchiometrie wie viel reagiert denn da? 443
Warum Reaktionsgleichungen? 444
Lohnt sich das überhaupt? 448
Kapitel 23 die Zeit läuft wie schnell ist eine Reaktion?453
Was ist überhaupt Reaktionsgeschwindigkeit? 454
Erledigung der Formalitäten Ordnung muss sein 456
Gehts nicht schneller? 459
Nur für Streber:Reaktionsgeschwindigkeit mit Quantität 463
Kapitel 24 Ein ewiges Hin und Her das chemische Gleichgewicht469
Von wegen Ruhe hier ist alles dynamisch 469
Der Weg zum Massenwirkungsgesetz (MWG) 472
Chemie keine Kämpfernatur: Rückzug garantiert 476
Gesättigte Lösungen das Löslichkeitsprodukt 481
Kapitel 25 Geben und nehmen Säure/Base-Gleichgewichte487
Für alles gibt es Konzepte 488
Wenn Wasser sonst nichts zu tun hat 493
DerpH-Wert 495
Lebenslang verheiratet die Säure/Base-Paare 496
pH-Wert-Berechnung 504
Titrationskurven alle Facetten 516
Kartoffelpuffer können so etwas nicht 524
Kapitel 26 Chemie unter Strom Elektrochemie 533
Auch hier im Doppelpack 534
Nützliche Oxidationszahlen 535
Wie wird eine Redox-Gleichung aufgestellt? 538
Hat durchaus Potential 541
Was Redox-Paare sonst noch so können 550
Batterien? Kenne ich! 550
Wenn Gewalt im Spiel ist die Elektrolyse 556
Wasistdenn nun eine Batterie? 560
Teil VII Stoffchemie Jetzt Wird Es Konkret 563
Kapitel 27 -id, -it, -at wie denn nun?565
Das Kind bekommt einen Namen 565
Spitznamen gar nicht trivial 570
Kapitel 28 Elemente allein zu Haus573
Allotropie Polymorphie für Einzelgänger 573
Mit uns spielt ja keiner oder doch? die Edelgase 583
Kapitel 29 Wenn Salzbildner keine Salze bilden die Chemie der Halogene589
Unter Ihresgleichen 590
Salzsäure und Co. die Halogenwasserstoffe HX 592
Sauer mit Sauerstoff 593
Halogene und der Rest des Periodensystems 596
Kapitel 30 Mehr als nur Atemluft Sauerstoff& Co 599
Wasserstoffoxide H2O und darüber hinaus 599
Wenn Sauerstoff mit seinen Geschwistern spielt 601
Wenn Stickstoff auf die Chalkogene trifft 606
Chalkogene und der Rest der 5. Hauptgruppe 611
Chalkogene und die 4. Hauptgruppe 616
Wenn Salzbildner auf Erzbildner treffen Chalkogene und Halogene 618
Sie heißen ja nicht umsonst »Erzbildner« 619
Kapitel 31 Ammoniak und mehr die 5. Hauptgruppe621
Was der Stickstoff so alles kann! 622
Von niedermolekular zu hochmolekular geometrisch betrachtet 633
Kapitel 32 Unfassbar viele Möglichkeiten mit Kohlenstoff& Co 635
Kohlenstoff und was er kann 636
Silicium: wirklich der große Bruder vom Kohlenstoff 642
Jetzt ist alles glasklar: SiO2643
Und weiter im Periodensystem: Germanium, Zinn und Blei 653
Kapitel 33 Hier mangelts gewaltig die 3. Hauptgruppe655
Das hat man davon, wenns nicht reicht: Elektronenmangelverbindungen 655
Borane unendliche Vielfalt 666
Zwischen den Welten: das Halbmetall Bor 670
Kapitel 34 Metalle in Haupt- und Nebengruppen 673
Welche Ladung darf s denn sein? 673
Im Team: Legierungen und darüber hinaus 684
Teil VIII Organische Chemie Chemie-Lego® Für Fortgeschrittene 693
Kapitel 35 Aus altmach neu aus AC wird OC695
Vielfalt trotz weniger unterschiedlicher Bausteine 698
Wie heißt denn das? Systematische Nomenklatur 704
Was für zappelige Dinger! 705
Was Sie schon kennen in neuem Lichte betrachtet 708
Eigentlich gar nicht so unübersichtlich! 713
Wie schlau sind wir schon? Eine Zwischenbilanz 714
Kapitel 36 Partnertausch in der OC717
Gar nicht politisch: Freie Radikale 717
Elektronisches Tauziehen 723
Bild und Spiegelbild Stereochemie 725
Partnertausch auf anderem Wege: die Nucleophile Substitution 736
Noch ein Wechselspiel der Kräfte kinetisch versus thermodynamisch 741
Kapitel 37 Erst die Scheidung, dann die Unzufriedenheit745
Wenn man sich in der Chemie trennt: die Eliminierung 745
Der Anfang einer neuen Beziehung 751
Wenn Doppelbindungen einander bemerken 755
Jenseits der Doppelbindung 760
Kann sich der Wasserstoff bitte mal entscheiden? 762
Nur für Streber:MO in der OC? 764
Kapitel 38 der Herr der Ringe 771
Wenn der Kohlenstoff unter sich bleibt 771
Mehr Abwechslung 779
Wenn sich Mehrfachbindungen häufen 781
Partnertausch am Ring 784
Das muss doch auch anders gehen! Ring-Varianten 789
Nur für Streber:Herr HÜCKEL! Sie schon wieder? 800
Kapitel 39 Wenn nicht der Kohlenstoff den Ton angibt 809
Alkohole die großen Brüder des Wassers 809
Wenn der Alkoholmit der Säure 814
Lego® mit Ammoniak Amine 816
Kapitel 40 Wenn der Kohlenstoff langsam sauer wird819
Nicht die jetzt auch noch! Organische Redox-Reaktionen! 819
Empfindliche Burschen& Putzmittel: Aldehyde und Ketone 821
Jetzt ist er sauer 832
Noch mehr Lego® 840
Das Kind bekommt einen Namen Teil 2: Prioritäten bei der Organischen Nomenklatur 844
Kapitel 41 Alles gleichzeitig: Pericyclische Reaktionen849
Erst auf, dann zu: Elektrocyclische Reaktionen 849
Aus zweimach eins: Cycloadditionen 855
Und wieder zurück: Cycloreversionen 858
Und wer kein p-Orbital hat, bleibt draußen? Sigmatrope Reaktionen 861
Kapitel 42Nur für Streber:Grundlagen der organischen Synthese869
Wundersame Stoffumwandlung? 870
Noch einmal: Redox 871
Wenn die Kette länger wird 876
Wo soll das alles enden? Veränderungen 888
Stereochemie in der Synthese 893
Rückwärts gedacht: Retro-Synthese 896
Kapitel 43Nur für Streber:Spiel (fast) ohne Grenzen Metallorganik/Elementorganik 903
Kohlenstoff trifft Metall 903
Nicht nur graue Theorie Metallorganik in der Synthese 913
Metall auf Metall Mehrkernige Komplexe 919
C und der Rest des PSE wo OC auf AC trifft 921
Teil IX Chemie die Wissenschaft Des Lebens 925
Kapitel 44 Ach, wie süß! Traubenzucker und andere Kohlenhydrate 927
Zwei große Familien 927
Chemie-Lego® mit größeren Bausteinen 939
und wenn sie zusammengefügt warden 943
Kapitel 45 Moleküle, die das Leben schreiben DNA und RNA949
Ein Schritt nach dem anderen 949
Der große Bauplan DNA 952
Was die Natur damit macht 954
Kapitel 46 Sauer und basisch auf Leben und Tod Aminosäuren959
Nicht alle Säuren sind einfach nur ätzend! 959
Aminosäuren tun sich zusammen 969
Proteine: Enzyme und mehr 977
Nur für Streber: dieMutanten kommen! 984
Kapitel 47 Spüli in der Zellmembran? Lipide989
So dünn und so wichtig Lipid-Doppelschichten 990
Ständig in Bewegung: die Zellmembran (ein bisschen Biologie) 996
Kapitel 48 Essen und Ausscheiden, Wachsen und Verwesen alles ist Chemie999
Warum atmen wir eigentlich? 999
Der Stoffwechsel ein bunter Strauß eigentlich einfacher Reaktionen 1002
Ohne Chemie gäbs Skorbut: Krankheiten, chemisch betrachtet 1013
Leichengifte, Leichenstarre pure Chemie 1015
Was uns Pflanzen voraushaben die Photosynthese 1019
Wie bitte? Bioanorganische Chemie?! 1020
Was die Chemie dem Pharmazeuten beschert SAR 1025
Kapitel 49 Chemie-Lego® mit nur einem Baustein? Terpene, Terpenoide und darüber hinaus1037
Kopf an Kopf, Kopf an Schwanz drei Möglichkeiten 1039
Eine große Familie 1041
Woherkommtdenn das? die Biosynthese des Isoprens 1055
Teil x und sie spezialisieren sich doch! 1061
Kapitel 50 Woherweißman das alles? die Analytik machts möglich1063
Analytische Chemie im Reagenzglas 1063
Was wirdmit Gemischen gemacht? Wichtige Trennmethoden 1067
Mit schwerem Gerät 1070
Moleküle im Fleischwolf: Massenspektrometrie 1088
Kapitel 51 Chemiker und Ingenieure halten zusammen Technische Chemie1093
Synthese im Tonnenmaßstab 1095
Große Apparate müssen her 1097
Der Weg ist das Ziel 1101
Hier haben Ingenieure das Sagen 1103
Kapitel 52 An der Grenze von Chemie und Physik Kernchemie 1105
Kernumwandlungen 1105
Radioaktivität 1112
Künstliche Kernumwandlungen 1120
Teil XI der Top-Ten-Teil 1125
Kapitel 53 Gestatten? Politchemiker! Zehn Spezialgebiete der Chemie1127
Polymerchemie 1127
Umweltchemie 1129
Lebensmittelchemie 1132
Pharmazeutische Chemie 1134
Kolloidchemie 1135
Lackchemie 1137
Bauchemie 1137
Theoretische Chemie 1139
Wirtschaftschemie 1139
Kosmochemie 1141
Kapitel 54Sobittenicht! Zehn Fettnäpfchen, denen Sie ausweichen sollten1143
Das Wort »Atom« ist völlig überbewertet! 1143
Umdeutungen von Fachtermini 1144
Achten Sie auf Ihre Aussprache! 1144
Was ist denn CO2?! 1144
In Formeln sprechen 1144
Die guten alten Polyeder 1145
Lithium 1145
Die Begriffe »oxidieren« und »reduzieren« 1145
Manche Substanzenheißeneinfach so! 1145
Manche Substanzen heißeneben nichtso! 1145
Glossar 1147
Lösungen 1157
Stichwortverzeichnis 1207
