Chemie für Ingenieure

Jan Hoinkis, Professor an der Hochschule Karlsruhe für Technik und Wirtschaft, führt dieses Standardwerk seit der 12. Auflage weiter. Er ist ein erfahrener Didaktiker in der Ingenieurausbildung und forscht zu Techniken der Trinkwasseraufbereitung und Wasserreinhaltung, insbesondere mit der Membrantechnologie.

• Vorwort XV 1 Atombau und Periodensystem 11.1 Bestandteile des Atoms 11.2 Atomkerne 21.3 Aufbau der Elektronenhülle 41.3.1 Das Bohr’sche Atommodell 41.3.2 Das wellenmechanische Atommodell 51.4 Das Periodensystem der Elemente 151.4.1 Die Elektronenstrukturen der Elemente 161.4.2 Die Periodizität der Eigenschaften 172 Die chemische Bindung 252.1 Die Atombindung (kovalente Bindung) 262.1.1 DasWasserstoffmolekül 262.1.2 σ-Bindungen 272.1.3 π-Bindungen 282.2 Die Ionenbindung 292.3 Die metallische Bindung 322.3.1 Das „Elektronengasmodell“ 322.3.2 Das Energiebändermodell 332.4 Übergangsformen zwischen den Bindungsarten 332.5 Die zwischenmolekularenWechselwirkungen 362.5.1 Die Dipol-Wechselwirkungen 362.5.2 Die Van-der-Waals-Wechselwirkung 372.5.3 Wasserstoffbrücken 392.6 Mengenangaben 412.6.1 Die Gesetze von den konstanten und multiplen Proportionen 412.6.2 Die relative Atommasse 422.6.3 Die relative Molekülmasse und die Formelmasse 432.6.4 Das Mol und die molare Masse 443 Die Aggregatzustände 473.1 Der gasförmige Aggregatzustand 473.1.1 Ideale Gase 473.1.2 Reale Gase 493.1.3 Gasverflüssigung, der Joule-Thomson-Effekt 503.2 Der flüssige Aggregatzustand 513.3 Der feste Aggregatzustand 523.3.1 Die Kristallsysteme 523.3.2 Die Eigenschaften von Kristallen 543.3.3 Amorphe Feststoffe 563.4 Mischungen 563.4.1 HomogeneMischungen 573.4.2 HeterogeneMischungen 573.5 Lösungen 593.5.1 Angaben über die Zusammensetzung von Lösungen 603.5.2 Diffusion und Osmose 633.5.3 Lösungsenthalpie und Entropie 663.6 Aggregatzustandsänderungen 703.6.1 Das Temperatur-Energie-Diagramm 703.6.2 Das Phasendiagramm 713.6.3 Das Prinzip der Kälteerzeugung 753.6.4 Destillation 794 Chemische Reaktionen 854.1 Reaktionsgleichungen und stöchiometrische Berechnungen 854.2 Energieumsätze bei chemischen Reaktionen 884.3 Der Verlauf chemischer Reaktionen 914.3.1 Reversible und irreversible Prozesse 914.3.2 Reaktionsgeschwindigkeit 924.4 Redoxreaktionen 954.4.1 Die Definition von Oxidation und Reduktion 954.4.2 Die Definition der Oxidationszahl 964.4.3 Schreibweise von Oxidationszahl und Ladungszahl 964.4.4 Regeln für die Festlegung der Oxidationszahlen 974.4.5 Beispiele für wichtige Redoxreaktionen in der Chemietechnik 994.5 Säure-Base-Reaktionen 1004.5.1 Säuren 1004.5.2 Basen 1024.5.3 Der Ampholyt „Wasser“ und der pH-Wert (1. Teil) 1024.5.4 Salze 1045 Chemische Gleichgewichte 1075.1 Das Massenwirkungsgesetz 1075.1.1 Die mathematische Formulierung des Massenwirkungsgesetzes 1075.1.2 Das Prinzip von Le Chatelier 1105.2 Gleichgewichte in wässrigen Lösungen 1135.2.1 Das Ionenprodukt desWassers 1135.2.2 Der pH-Wert (2. Teil) 1145.2.3 Die elektrolytische Dissoziation 1165.2.4 Das Kohlensäuregleichgewicht 1175.2.5 Pufferlösungen 1185.2.6 pH-Farbindikatoren 1195.2.7 Maßanalyse 1215.2.8 Saure und alkalische Reaktionen von Salzen 1255.3 Das Löslichkeitsprodukt 1275.3.1 Mathematische Ableitung des Löslichkeitsproduktes 1275.3.2 Das Löslichkeitsprodukt des Calciumcarbonats 1305.3.3 Weitere Anwendungsbeispiele aus der Praxis 1345.4 Komplexverbindungen 1385.4.1 Komplexbildung am Anion 1385.4.2 Komplexbildung am Kation 1405.4.3 Komplexbildung an neutralen Atomen 1435.4.4 Eigenschaften häufig gebrauchter Komplexe 1445.5 Gasgleichgewichte 1455.5.1 Homogene Gasgleichgewichte 1465.5.2 Heterogene Gasgleichgewichte 1525.5.3 Der Heß’sche Satz 1555.6 Adsorptionsvorgänge 1555.6.1 Adsorptionsgesetze 1555.6.2 Chromatografie 1576 Die Elemente 1616.1 Allgemeines 1616.1.1 Einteilung der Elemente 1616.1.2 Die Häufigkeit der Elemente und die Rohstoffprobleme 1626.1.3 Elementumwandlungen 1656.2 Die gasförmigen Elemente 1716.2.1 Wasserstoff 1716.2.2 Die gasförmigen Halogene 1736.2.3 Stickstoff und Sauerstoff 1746.2.4 Ozon 1826.2.5 Die Edelgase 1836.3 Die übrigen Nichtmetalle 1856.3.1 Brom und Iod 1856.3.2 Schwefel 1876.3.3 Phosphor 1886.3.4 Kohlenstoff 1896.4 Halbleiter 1976.4.1 Die elektrische Leitfähigkeit in festen Stoffen 1976.4.2 Silicium und Germanium 2006.4.3 Chemische Verbindungen als Halbleiter 2066.5 Metalle 2096.5.1 Allgemeine metallische Eigenschaften 2096.5.2 Einteilung der Metalle 2156.5.3 Legierungen 2156.5.4 Die Alkalimetalle 2196.5.5 Die Erdalkalimetalle 2206.5.6 Beryllium undMagnesium 2216.5.7 Aluminium und die Metalle der dritten Hauptgruppe 2216.5.8 Die Metalle der vierten und fünften Hauptgruppe 2226.5.9 Zink, Cadmium, Quecksilber 2236.5.10 Kupfer, Silber, Gold 2256.5.11 Die Platinmetalle 2276.5.12 Eisen, Cobalt, Nickel 2276.5.13 Metalle der vierten bis siebten Nebengruppe 2326.5.14 Metalle der dritten Nebengruppe und die Lanthanoide 2326.6 Radioaktive Elemente 2336.6.1 Natürliche radioaktive Elemente 2336.6.2 Künstlich hergestellte radioaktive Elemente 2366.6.3 Kernreaktoren 2377 Anorganische Verbindungen 2397.1 Wasserstoffverbindungen der Elemente 2397.1.1 Das Tetraedermodell für Moleküle 2407.1.2 Wasser H2O 2437.1.3 Wasserstoffperoxid H2O2 2477.1.4 Chlorwasserstoff HCl 2487.1.5 Ammoniak NH3 2497.1.6 Hydrazin N2H4 2517.1.7 Schwefelwasserstoff H2S 2517.1.8 Phosphorwasserstoff PH3 2517.2 Sauerstoffverbindungen der Elemente 2517.2.1 Nichtmetalloxide 2517.2.2 Sauerstoffsäuren 2597.2.3 Metalloxide und Metallhydroxide 2637.2.4 Glas 2657.2.5 Alumosilicate 2667.2.6 Baustoffbindemittel 2687.2.7 Asbest 2697.3 Carbide und Nitride 2707.3.1 Salzartige Carbide 2707.3.2 Einlagerungsverbindungen 2707.3.3 Kovalente Verbindungen 2717.4 Nanotechnologie 2728 Organische Verbindungen 2778.1 Kohlenwasserstoffe 2798.1.1 Alkane oder Paraffine 2798.1.2 Alkene oder Olefine 2828.1.3 Alkine oder Acetylene 2858.1.4 Alicyclische Verbindungen 2888.1.5 Aromatische Kohlenwasserstoffe 2888.2 Halogenabkömmlinge der Kohlenwasserstoffe 2958.2.1 Chlorierte Kohlenwasserstoffe 2958.2.2 Polychlorierte Biphenyle (PCB) 2968.2.3 Frigene (Freone) und Halone 2968.2.4 Umweltaspekte von halogenierten Kohlenwasserstoffen 2978.2.5 Substitutionsmöglichkeiten von Halogenkohlenwasserstoffen 2988.3 Metallorganische Verbindungen 2998.4 Sauerstoffverbindungen 2998.4.1 Alkohole 3008.4.2 Phenole 3028.4.3 Ether (frühere Schreibweise Äther) 3038.4.4 Ketone 3048.4.5 Aldehyde 3048.4.6 Carbonsäuren 3068.4.7 Ester 3118.4.8 Fette und fette Öle 3128.4.9 Seifen undWaschmittel 3138.4.10 Zusammenfassender Überblick 3158.5 Stickstoffverbindungen 3168.5.1 Amine 3168.5.2 Aminosäuren 3178.5.3 Amide 3178.5.4 Nitrile 3188.5.5 Nitroverbindungen 3198.6 Heterocyclische Verbindungen 3208.6.1 Stickstoffhaltige Heterocyclen 3208.6.2 Sauerstoffhaltige Heterocyclen 3218.7 Organische Naturprodukte 3228.7.1 Kohlenhydrate 3228.7.2 Eiweißstoffe (Proteine) 3258.8 Brennstoffe, Kraftstoffe, Schmierstoffe 3268.8.1 Brennstoffe 3268.8.2 Kraftstoffe 3288.8.3 Schmierstoffe 3368.8.4 Sicherheitsvorschriften 3399 Kunststoffe 3419.1 Mechanisch-thermische Eigenschaften 3429.1.1 Thermoplaste 3429.1.2 Elastomere 3449.1.3 Duroplaste 3459.1.4 Fluidoplaste 3469.1.5 Spannungs-Dehnungs-Diagramme 3469.2 Abgewandelte Naturprodukte 3489.2.1 Kunststoffe auf Cellulosebasis 3489.2.2 Gummi aus Naturkautschuk 3499.3 Polymerisationskunststoffe 3509.3.1 Allgemeines 3509.3.2 Polyethylen 3529.3.3 Polypropylen 3559.3.4 Polybuten-1 3569.3.5 Polyisobutylen 3569.3.6 Synthetischer Kautschuk 3569.3.7 Ethylen-Propylen-Kautschuk 3579.3.8 Polystyrol 3589.3.9 Polyvinylcarbazol 3609.3.10 Polyvinylchlorid und Polyvinylacetat 3609.3.11 Polyvinylidenchlorid 3629.3.12 Polytetrafluorethylen 3639.3.13 Polyacrylnitril 3659.3.14 Polymethacrylsäuremethylester 3659.3.15 Polyoxymethylen 3669.4 Polykondensationskunststoffe 3679.4.1 Polyamide 3679.4.2 Formaldehydkondensationsprodukte 3709.4.3 Polyesterharze oder Alkydharze 3729.4.4 Polycarbonat 3769.4.5 Hochtemperaturbeständige Polykondensationskunststoffe 3779.5 Polyadditionskunststoffe 3789.5.1 Polyurethane 3799.5.2 Epoxidharze 3799.6 Silicone 3819.6.1 Siliconöle und -fette 3819.6.2 Siliconkautschuk 3829.6.3 Siliconharze 3829.7 Alterung und Zerstörung von Kunststoffen 3829.7.1 Thermische Einflüsse 3839.7.2 Einfluss von energiereicher Strahlung 3849.7.3 Spannungsrissbildung 3859.7.4 Einfluss von Lösungsmitteln 3859.7.5 Chemische Zerstörung von Kunststoffen 3889.7.6 Feuerbeständigkeit von Kunststoffen 3889.8 Kunststoffrecycling 3899.9 Biologisch abbaubare Kunststoffe 39110 Elektrochemie 39310.1 Elektrochemische Potenziale 39310.1.1 Galvanische Elemente 39310.1.2 Die Normal-Wasserstoffelektrode 39510.1.3 Die Normalpotenziale (elektrochemische Spannungsreihen) 39610.1.4 Praktische Spannungsreihen 40310.1.5 Herstellung von Leiterplatten 40410.2 Die Konzentrationsabhängigkeit der elektrochemischen Potenziale 40610.2.1 Die Nernst’sche Gleichung 40610.2.2 Elektroden zweiter Art 40810.2.3 pH-Messungen 41010.3 Elektrochemische Stromerzeugung 41210.3.1 Primärelemente 41210.3.2 Sekundärelemente 41510.3.3 Brennstoffzellen 42010.4 Erzwungene elektrochemische Vorgänge 42410.4.1 Messung einer galvanischen Spannung 42410.4.2 Die Elektrolyse 42410.4.3 Die Faraday’schen Gesetze 42710.4.4 Die elektrische Leitfähigkeit von Elektrolyten 42910.4.5 Die elektrochemische Polarisation 42910.5 Galvanisieren 43310.5.1 Die elektrolytische Entfettung 43410.5.2 Elektropolieren und Elektroentgraten 43410.5.3 Die gebräuchlichsten Metallschutzschichten 43410.6 Korrosion und Korrosionsschutz 43610.6.1 Korrosionsarten 43610.6.2 Möglichkeiten des Korrosionsschutzes 44410.7 ElektrochemischeMessmethoden 44910.7.1 Die Leitfähigkeitsmethode (Konduktometrie) 45010.7.2 Die Potenziometrie 45110.7.3 Die Amperometrie 45310.7.4 Die Coulometrie 45410.7.5 Die Voltammetrie und Polarografie 45511 Spektren und ihre Anwendungen 45911.1 Elektromagnetische Spektren 46011.1.1 Die Entstehung von elektromagnetischen Spektren 46011.1.2 Absorptions- und Emissionsspektren 46011.1.3 Die Bereiche elektromagnetischer Strahlen 46111.2 Spektrenformen 46211.2.1 Linienspektren 46311.2.2 Bandenspektren 46711.2.3 Absorptionsmaxima 46911.3 Spektralanalytische Untersuchungen 47011.4 Spektralbereiche 47111.4.1 Gammastrahlen 47111.4.2 Röntgenbereich 47211.4.3 Ultraviolettspektren (UV-Spektren) 47411.4.4 Spektren im sichtbaren Licht 47511.4.5 Infrarotspektren (IR-Spektren) 47711.4.6 Magnetische Kernresonanz (nuclear magnetic resonance=NMR) 47911.5 Spezielle Messgeräte 48011.5.1 Fotometer 48011.5.2 IR-Messgeräte für Gase 48211.5.3 Chemolumineszenzanalyse 48311.6 Massenspektrometer 48411.7 Farbmittel 48611.7.1 Ursachen für die Farbigkeit 48711.7.2 Pigmente 48911.7.3 Farbstoffe 48911.7.4 Farbindikatoren 49012 Biochemie und Biotechnologie 49112.1 Grundlagen der Biochemie 49212.1.1 Eigenschaften belebter Materie 49212.1.2 Die Zelle 49412.1.3 Der Stoffwechsel 49712.2 Molekularbiologie 50212.2.1 Aufbau und Verdoppelung der DNA 50212.2.2 Die Eiweißsynthese 50312.2.3 Mutationen 50512.2.4 Gentechnik 51012.3 Bioverfahrenstechnik 51312.3.1 Bioreaktoren (Fermenter) 51412.3.2 Produktaufarbeitung 51612.3.3 Herstellung von Bioethanol 51612.4 Biosensoren 51812.5 Schadwirkung von Chemikalien 52012.5.1 Humantoxikologie 52012.5.2 Die häufigsten Gifte 52512.5.3 Ökotoxikologie 53013 Umwelttechnik 53513.1 Ökologische Grundlagen 53513.1.1 Ökosysteme 53513.1.2 Stoff- und Energieumsätze in Ökosystemen 53713.1.3 Stoffkreisläufe 53813.2 Abwasser und Abwasserreinigung 54113.2.1 RohstoffWasser 54113.2.2 Abwasserinhaltsstoffe 54213.2.3 Abwasserreinigung durch kommunale Kläranlagen 55013.2.4 Weiterentwickelte Verfahren in der biologischen Abwasserreinigung 55613.2.5 Spezielle Verfahren der Abwasserreinigung 55813.3 Membrantrennverfahren 56613.3.1 Grundlage und Arten der Membrantrennverfahren 56613.3.2 Stofftransport beiMembrantrennverfahren 56913.3.3 TechnischeMembranmodule 57513.4 Abluftreinigung 57613.4.1 Luftschadstoffe 57613.4.2 Abluftreinigung in der Industrie 57813.4.3 Rauchgasreinigung in Kraftwerken 58613.4.4 Abgasreinigung bei Automobilen 59113.5 Abfall und Recycling 59413.5.1 Abfallzusammensetzung 59413.5.2 Abfallentsorgung 59513.5.3 Recycling 60213.6 Produktionsintegrierter Umweltschutz 60313.7 Ökobilanzen 606Anhang 609A.1 Die Buchstaben des griechischen Alphabets 609A.2 Vorsatzzeichen und Abkürzungen für Stoffmengengehalte 610A.3 Maßeinheitentabelle 611A.4 Verzeichnis der chemischen Elemente (Stand IUPAC 2011) 612A.5 Löslichkeitsprodukte 615A.6 Schadstoffhöchstwerte am Arbeitsplatz und Wassergefährdungsklassen (WGK) 617A.7 Gefahrensymbole 618A.8 Periodensystem der Elemente 619Sachverzeichnis 621

"Das Lehrbuch ist didaktisch sehr gut aufgebaut. Fachausdrücke werden bei ihrem ersten Auftauchen mit verständlichen Sätzen erklärt (...). Für die Studierende, die sich mit den Grundlagen der Chemie befassen und Praktiker, die ihr chemisches Grundlagenwissen auffrischen wollen, sind das bewährte Lehrbuch zusammen mit dem Aufgaben- und Lösungsbuch sehr zu empfehlen. Das Ziel, ein Lehrbuch sowie aktuelles Nachschlagewerk zu sein, hat der Autor wirklich erreicht!"Materials and Corrosion (22.07.2016) "Der Lehrbuch-Bestseller erleichtert Studierenden der Elektrotechnik, des Maschinenbaus und der Verfahrenstechnik, aber auch Neu- und Quereinsteigern die Einarbeitung. Es erläuterte chemisches Grundlagenwissen abgestimmt auf die Bedürfnisse angehender Ingenieuren."BBR (März 2016) "Das Lehrbuch Chemie für Ingenieure hilft auch in der neuen Auflage Studentinnen und Studenten der Elektrotechnik, des Maschinenbaus, der Verfahrenstechnik und des Bauingenieurwesen beim erfolgreichen Studium."mpa (01.01.2016) "(...) dieses Werk erläutert (die) Grundlagen didaktisch herausragend und natürlich abgestimmt auf die Bedürfnisse von Ingenieuren."Giesserei (11.12.2015) "Das 650 Seiten starke Werk, so wie sein gut 180 Seiten starkes Arbeitsbuch lassen sich zu einer Prüfungsvorbereitung wärmstens empfehlen. Durch die saubere und strukturierte Schreibart ist auch der Chemiestudierende im Hauptfach angesprochen, als erstes Nachschlagewerk um einen ersten Eindruck zu gewinnen, vor allem während der ersten Semester. Alles in allem ist für den Chemie-interessierten dieses Werk eine gute Wahl."www.fschemie.hhu.de (01.12.2015)