Chemie für Einsteiger und Durchsteiger

Thomas Wurm hat nach dem Pharmaziestudium und einer Promotion in Physiologie mehrere Jahre in der pharmazeutischen Industrie im Bereich analytische bzw. galenische Entwicklung, Zulassung und Projektmanagement gearbeitet. Im Anschluss wendete er sich der Ausbildung im Berufsfeld Pharmazie zu. Er unterrichtet seither an einer Berufsfachschule u.a. die Fächer Arzneimittelkunde und Chemie in Theorie und Praxis.

• Vorwort zur zweiten Auflage xiii1 Aufbau der Materie, Atombau und Periodensystem 11.1 Aufbau der Materie 11.1.1 Reinstoffe 11.1.2 Mischungen 11.1.3 Elemente und Verbindungen 21.2 Atombau 31.2.1 Der Atomkern 31.2.2 Die Elektronenhülle 71.3 Das Periodensystem der Elemente (PSE) 141.3.1 Ionisierungsenergie 161.3.2 Elektronenaffinität 171.3.3 Metalle und Nichtmetalle 181.3.4 Elektronegativität 191.4 Radioaktivität 191.4.1 Natürliche Radioaktivität 191.4.2 Die Halbwertszeit 201.4.3 Zerfallsreihen 211.4.4 Kernumwandlungen 211.4.5 Kernspaltung 211.4.6 Künstliche Nuklide 222 Reaktionsgleichungen und Stöchiometrie 272.1 Die Reaktionsgleichung 272.2 Umgesetzte Mengen und Massen 292.3 Die Stoffmenge Mol 302.4 Reaktionstypen in der Chemie 332.5 Konzentrationsangaben 332.5.1 Molare Lösungen 332.5.2 Prozentangaben 342.5.3 Kleine Konzentrationen 362.6 Die Aktivität 372.7 Rechenbeispiele 372.8 Mischungsrechnen 383 Bindungsarten 433.1 Die Ionenbindung 433.1.1 Kationenbildung 463.1.2 Anionenbildung 473.1.3 Salzbildung 473.1.4 Kristallwasser 493.1.5 Die molare Masse eines Salzes 503.1.6 Saure Salze 503.1.7 Kristallformen 513.2 Die Metallbindung 513.3 Die Elektronenpaarbindung 523.3.1 Lewis-Formeln 533.4 Mehrfachbindungen 543.4.1 Polare und unpolare Elektronenpaarbindungen 573.4.2 Die räumliche Anordnung von Molekülen 583.4.3 Anionenkomplexe 593.5 Komplexbindung 613.6 Bindungskräfte zwischen Molekülen 643.6.1 Ion-Dipol 643.6.2 Dipol-Dipol 643.6.3 Sonderfall Wasserstoffbrückenbindung 643.6.4 Induzierte Dipole und Van-der-Waals-Kräfte 653.6.5 Hydrophobe Bindungen 664 Kinetik und Thermodynamik 714.1 Chemische Kinetik 714.1.1 Die Reaktionsgeschwindigkeit 714.1.2 Die Stoßtheorie 734.1.3 Das chemische Gleichgewicht 744.1.4 Das Massenwirkungsgesetz 764.1.5 Das Prinzip des kleinsten Zwangs 784.1.6 Folgereaktionen 794.1.7 Die Reaktionsordnung 804.1.8 Molekularität einer Reaktion 814.2 Thermodynamik 824.2.1 Systeme 824.2.2 Energieformen 834.2.3 Energieinhalt 844.2.4 Energiedifferenzen 864.2.5 Die Enthalpie 874.2.6 Enthalpieberechnungen 894.2.7 Die innere Energie U 914.2.8 Die Entropie 924.2.9 Die Gibbs-Energie 944.3 Verbindungen zwischen Kinetik und Thermodynamik 964.3.1 Starten einer Reaktion 964.3.2 Katalysatoren 984.3.3 Die Gibbs-Energie und das chemische Gleichgewicht 985 Zustandsformen der Materie 1055.1 Die Aggregatzustände 1055.2 Phasenübergänge 1075.3 Lösungen 1085.3.1 Echte und kolloidale Lösungen 1085.3.2 Löslichkeit 1085.3.3 Allgemeine Regeln zur Löslichkeit 1095.3.4 Das Löslichkeitsprodukt 1105.3.5 Elektrolyte 1115.3.6 Kolligative Eigenschaften 1125.3.7 Die Oberflächenspannung 1146 Säuren und Basen 1176.1 Die Theorien von Arrhenius und Brönsted 1176.2 Die Stärke von Säuren und Basen 1196.2.1 Starke Säuren 1206.2.2 Schwache Säuren 1216.2.3 Die Reaktion des Anions einer schwachen Säure 1216.2.4 Die Wertigkeit von Säuren und Basen 1226.2.5 Der pkS-Wert 1236.2.6 Starke und schwache Elektrolyte 1246.2.7 Starke und schwache Basen 1256.2.8 Die Säuredefinition nach Lewis 1256.2.9 Ampholyte 1266.3 Die Neutralisationsreaktion 1276.4 Der pH-Wert 1276.4.1 Die Dissoziation des Wassers 1286.4.2 Die mathematische Herleitung 1286.4.3 Reaktionen von Salzen in Wasser 1306.4.4 pH-Wert-Berechnungen 1326.5 Puffer 1346.5.1 Bestandteile von Puffern 1356.5.2 pH-Wert-Berechnungen und Pufferlösungen 1357 Redoxreaktionen 1417.1 Die Reaktion von Metallen mit Sauerstoff 1417.2 Verbrennung von Kohlenstoffverbindungen 1427.3 Die Elektronenverteilung in Verbindungen 1447.4 Oxidationszahlen 1457.5 Häufig vorkommende Typen von Redoxreaktionen 1467.5.1 Verbrennung 1467.5.2 Rosten 1477.5.3 Änderung der Sauerstoffanzahl im Molekül 1477.5.4 Reaktionen von Metallen untereinander 1487.5.5 Andere Redoxreaktionen ohne Beteiligung von Sauerstoff 1487.6 Elementare Vorgänge bei Redoxreaktionen 1497.7 Oxidations- und Reduktionsmittel 1497.8 Das Aufstellen von Redoxgleichungen 1507.8.1 Teilgleichungen 1507.8.2 Basisches oder saures Milieu? 1517.8.3 Die Bilanz 1517.9 Disproportionierung und Komproportionierung 1537.10 Die Spannungsreihe der Metalle 1537.11 Elektrochemie 1587.11.1 Elektrolyse 1587.11.2 Galvanische Elemente 1598 Angewandte anorganische Chemie 1638.1 Anorganische Analytik 1638.1.1 Identitätsprüfungen 1638.1.2 Gehaltsbestimmungen 1648.2 Großtechnische Prozesse 1648.2.1 Roheisengewinnung und Stahlproduktion 1648.2.2 Schwefelsäureherstellung 1658.2.3 Salpetersäureherstellung 1658.2.4 Salzsäureherstellung 1668.2.5 Die Chlor-Alkali-Elektrolyse 1668.2.6 Ammoniaksynthese 1668.2.7 Sodaherstellung 1669 Sonderstellung des Kohlenstoffs 1679.1 Die Stellung des Kohlenstoffs im PSE 1679.2 Die Bildung von Hybridorbitalen 1689.3 Kohlenwasserstoffe 1719.4 Die Vielfalt organischer Verbindungen: funktionelle Gruppen 1719.5 Nomenklatur organischer Verbindungen 17410 Kohlenwasserstoffe 17910.1 Alkane 17910.2 Verzweigte Alkane 17910.2.1 Isomerie 18210.3 Alkene 18210.3.1 Polyene 18310.4 Alkine 18410.5 Aliphaten 18410.6 Cyclische Kohlenwasserstoffe 18510.7 Physikalische Eigenschaften der Kohlenwasserstoffe 18610.8 Chemische Eigenschaften der Kohlenwasserstoffe 18610.8.1 Alkane 18710.8.2 Alkene 18710.9 Aromatische Verbindungen 18810.10 Erdöl und Kohle 19010.11 Reaktionen der Aromaten 19210.12 Halogenierte Kohlenwasserstoffe 19311 Alkohole 19711.1 Einwertige Alkohole 19711.2 Mehrwertige Alkohole 19911.3 Primäre, sekundäre und tertiäre Hydroxylgruppen 20011.4 Reaktionen von Alkoholen 20111.4.1 Etherbildung 20111.4.2 Eigenschaften von Ethern 20311.4.3 Organische Ester (niemals Esther!) 20311.4.4 Nomenklatur der Ester 20411.4.5 Anorganische Ester 20411.4.6 Die Oxidation von Alkoholen 20411.5 Phenole 20611.5.1 Die saure Reaktion 20711.5.2 Die Oxidation von Phenolen 20711.5.3 Ether und Ester mit Phenolen 20812 Aldehyde und Ketone 21112.1 Die Carbonylgruppe 21112.2 Nomenklatur der Aldehyde 21212.3 Nomenklatur der Ketone 21212.4 Reaktionen der Carbonylgruppe 21312.4.1 Anlagerung vonWasser 21512.4.2 Halbe und volle Acetale 21512.4.3 Polymerisationen 21612.4.4 Keto-Enol-Tautomerie 21612.4.5 Die Aldolkondensation als C-Ketten-Verlängerung 21712.4.6 Addition von Aminen 21812.4.7 Reduzierende Eigenschaften/Oxidation 21813 Amine 22113.1 Die Aminogruppe 22113.2 Primäre, sekundäre und tertiäre Amine 22213.3 Die Basizität der Amine 22313.4 Quartäre Amine 22413.5 Aromatische Amine 22513.6 Reaktionen mit salpetriger Säure/Nitrit 22513.7 Weitere stickstoffhaltige Verbindungen 22513.7.1 Ethylendiamin 22513.7.2 Nitroverbindungen 22514 Carbonsäuren 22914.1 Die Carboxylgruppe 22914.2 Die homologe Reihe der Carbonsäuren 23114.3 Physikalische Eigenschaften 23214.4 Die Säurestärke 23214.5 Substituierte Carbonsäuren 23314.5.1 Hydroxycarbonsäuren 23414.5.2 Mehrwertige Carbonsäuren 23514.5.3 Halogenierte Carbonsäuren 23514.5.4 Ungesättigte Carbonsäuren 23614.5.5 Aminocarbonsäuren 23614.5.6 Aromatische Carbonsäuren 23714.6 Derivate der Carboxylgruppe 23714.6.1 Säurehalogenide 23814.6.2 Säureanhydride 23814.6.3 Säureamide 23914.7 Typische Reaktionen von Carbonsäuren 24014.7.1 Die Reaktion mit Wasser 24014.7.2 Esterbildung und Verseifung 24014.7.3 Inter- und intramolekulare Verbindungen 24114.7.4 Schwefelhaltige Verbindungen 24215 Reaktionstypen in der organischen Chemie 24515.1 Grundsätzliches 24515.1.1 Induktivität 24515.1.2 Mesomerie 24615.1.3 Elektrophile und nucleophile Teilchen 24615.1.4 Radikale 24715.1.5 Übergangszustände und Zwischenstufen 24715.1.6 Reaktionstypen 24815.2 Additionen 24915.2.1 Elektrophile Addition 24915.2.2 Verwandte Reaktionen 25015.2.3 Nucleophile Addition 25015.3 Substitutionen 25115.3.1 Elektrophile Substitution 25215.3.2 Die elektrophile Zweitsubstitution 25315.3.3 Radikalische Substitution 25415.4 Eliminierung 25415.5 Umlagerung 25515.6 Redoxreaktionen 25516 Isomerie 26116.1 Konformationsisomerie 26116.2 Strukturisomerie 26216.2.1 Ketten- oder Skelettisomerie 26216.2.2 Stellungsisomerie 26316.2.3 Tautomerie 26316.2.4 Funktionsisomerie 26316.2.5 Bindungs- oder Valenzisomere 26416.2.6 Isomerie bei Cycloalkanen 26416.3 Stereoisomerie 26516.3.1 cis-trans- und E-Z-Isomerie 26516.3.2 Spiegelbildisomerie 26616.4 Optische Aktivität 27117 Kunststoffe 27517.1 Einteilung nach Materialeigenschaften 27517.2 Halbsynthetische Kunststoffe 27517.3 Vollsynthetische Kunststoffe 27617.3.1 Polymerisation 27617.3.2 Polykondensation 27617.3.3 Weitere Kunststoffe 27717.4 Silicone 27718 Naturstoffe 27918.1 Fette, Öle, Seifen, Wachse 27918.1.1 Fette und Öle 27918.1.2 Seifen 28218.1.3 Wachse 28318.2 Aminosäuren und Eiweiße 28318.2.1 Aminosäuren 28318.2.2 Eiweiße 28518.3 Kohlenhydrate 28718.3.1 Aldosen 28718.4 Nucleinsäuren 29518.4.1 Die DNA 29518.4.2 Die RNA 29819 Richtig gelöst 301Literatur 355Stichwortverzeichnis 357