Verfügbarkeit: Allgemeine und Anorganische Chemie

Allgemeine und Anorganische Chemie:

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Heidelberg Spektrum Akad.-Verl. 2011
Ausgabe:	2. Aufl.
Schriftenreihe:	Spektrum-Lehrbuch
Schlagworte:	Anorganische Chemie Chemie Lehrbuch
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	XXI, 854 S. Ill., zahlr. graph. Darst.
ISBN:	9783827425331

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adam_text	Inhalt 1 Einführung: Regeln und Normen erleichtern die Verständigung ................................................. l 1.1 Reaktionsgleichungen und Reaktionsschemata.................... 2 1.2 Größen und Einheiten ........................................... 4 1.3 Nomenklatur - systematisch oder traditionell?.................... 9 2 Aufbau der Atome............................................. 13 2.1 Atomkern und Elementarteilchen ................................ 14 Exkurs: Massenspektrometrie ....................................... 16 Isotope........................................................... 16 Massendefekt und Kernbindungsenergie ............................. 18 Radioaktivität..................................................... 19 2.2 Kernreaktionen.................................................. 21 Bnergiegewinnung durch Kernspaltung .............................. 23 Exkurs: Isotopentrennung .......................................... 23 2.3 Der Aufbau der Elektronenhülle.................................. 25 Exkurs: Atomabsorptionsspektroskopie (AAS)......................... 27 Die Schrödinger-Gleichung und ihre Bedeutung....................... 28 Die Form der Atomorbitale......................................... 31 Besetzung der Orbitale mit Elektronen............................... 34 Elektronenkonfigurationen von Ionen................................ 39 3 Ein Überblick über das Periodensystem....................... 41 3.1 Das moderne Periodensystem.................................... 43 3.2 Die Entstehung der Elemente .................................... 46 Stabilität der Elemente und ihrer Isotope ............................. 46 Exkurs: Zur Geschichte des Schalenmodells der Atomkerne............. 48 3.3 Einteilung der Elemente ......................................... 49 3.4 Periodische Eigenschaften: Atomradius........................... 51 Die Slater-Regeln.................................................. 53 3.5 Periodische Eigenschaften: lonisierungsenergie................... 54 3.6 Periodische Eigenschaften: Elektronenaffinität.................... 56 3.7 Biochemie der Elemente ......................................... 57 4 Die lonenbindung.............................................. 61 4.1 Eigenschaften ionischer Verbindungen ........................... 62 Exkurs: Energetische Verhältnisse bei der Ionenbindung................ 64 4.2 Polarisierung und Kovalenz ...................................... 65 4.3 Hydratation von Ionen........................................... 67 X Inhalt 4.4 lonengitter ...................................................... 68 Die dichteste Kugelpackung......................................... 69 Aufbau einfacher AB-Verbindungen ................................. 74 Aufbau einfacher ABž-Verbindungen ................................ 76 Ausnahmen von den Regeln ........................................ 78 Kristallstrukturen mit komplexen Ionen.............................. 78 Exkurs: Ionische Flüssigkeiten....................................... 79 5 Die kovalente Bindung ........................................ 83 5.1 Lewis-Konzept und Oktettregel .................................. 84 5.2 Gebrochene Bindungsordnungen und das Konzept der Mesomerie ...................................................... 85 5.3 Formalladungen ................................................. 86 5.4 Das Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßungsmodell (VSEPR-Modell) .................................................. 87 Lineare Geometrie................................................. 88 Trigonal-planare Geometrie ........................................ 89 Tetraedrische Geometrie ........................................... 90 Trigonal-bipyramidale Geometrie ................................... 90 Oktaedrische Geometrie ........................................... 92 Mehr als sechs Bindungspartner..................................... 92 5.5 Stoffe mit kovalenten Netzwerken............................... 93 5.6 Intermolekulare Kräfte .......................................... 94 Dispersionskräne.................................................. 94 5.7 Elektronegativität und polare Bindung ........................... 95 5.8 Dipol/Dipol-Wechselwirkungen .................................. 98 5.9 Wasserstoffbrückenbindungen ................................... 98 5.10 Die Valenzbindungstheorie (VB-Theorie).......................... 99 Hybridisierung von Orbitalen....................................... 99 5.11 Einführung in die Molekülorbitaltheorie (МО -Theorie)............101 Molekülorbitale zweiatomiger Moleküle der ersten Periode .............103 Molekülorbitale zweiatomiger Moleküle der zweiten Periode............105 Molekülorbitale heteronuklearer zweiatomiger Moleküle ...............109 Exkurs: Oktettüberschreitung bei den schwereren Hauptgruppen¬ elementen ........................................................ Ш 5.12 Molekülsymmetrie...............................................112 Symmetrieoperationen ............................................112 Punktgruppen ....................................................113 Exkurs: Infrarot- und Raman-Spektroskopie ..........................115 6 Die metallische Bindung.......................................121 6.1 Bindungsmodeile für Metalle und Halbleiter......................122 Das Bändermodell.................................................123 Halbleiter, Dotierung ..............................................124 Die Struktur der Metalle ...........................................127 6.2 Bindungstypen im Vergleich......................................128 Das Bindungsdreieck ..............................................128 Exkurs: Das Bindungstetraeder......................................129 Exkurs: Zintl-Phasen...............................................130 Inhalt XI Periodische Trends im Bindungsverhalten ............................130 Exkurs: Einlagerungsverbindungen, Gashydrate und MOFs.............132 7 Thermodynamik anorganischer Stoffe .......................135 7.1 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen .......................136 Enthalpie.........................................................137 Exkurs: Was ist ein Standardzustand? ................................138 Von der Bildungsenthalpie zur Reaktionsenthalpie.....................138 7.2 Ermittlung der Gitterenthalpie ionischer Verbindungen - der Born-Haber-Kreisprozess .....................................141 Warum gibt es weder MgF3 noch MgF? ..............................142 7.3 Theoretische Berechnung der Gitterenergie - Coulomb-Energie und Madelung-Konstante........................................143 7.4 Thermodynamik des Lösevorgangs ionischer Verbindungen ......145 Exkurs: Kälte- und Wärmepackungen ................................147 7.5 Bildung kovalenter Verbindungen................................148 7.6 Entropie.........................................................148 Exkurs: Statistische Deutung der Entropie ............................150 7.7 Die freie Enthalpie als treibende Kraft einer Reaktion ............151 Exkurs: Metastabile Stoffe ..........................................151 Exkurs: Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstante...........152 8 Reine Stoffe und Zweistoffsysteme...........................155 8.1 Ideale und reale Gase............................................156 Das ideale Gas ....................................................156 Reale Gase .......................................................159 Gasgemische......................................................161 8.2 Flüssigkeiten ....................................................161 8.3 Kristalline Feststoffe.............................................163 Exkurs: Strukturanalyse durch Röntgenstrahlbeugung..................165 8.4 Amorphe Stoffe und Gläser......................................166 Exkurs: Flüssigkristalle.............................................167 8.5 Phasendiagramme reiner Stoffe ..................................168 8.6 Lösungen........................................................172 Löslichkeit von Gasen .............................................172 Exkurs: Hydrothermalsynthese......................................173 Mischbarkeit von Flüssigkeiten......................................174 8.7 Dampfdruck einer Lösung - Siedetemperaturerhöhung und Schmelztemperaturerniedrigung .................................175 8.8 Osmose und Umkehrosmose .....................................177 8.9 Siedediagramme, Destillation und Rektifikation...................178 Azeotrope lassen sich durch Destillation nicht trennen.................179 Exkurs: Destillation................................................181 8.10 Schmelzdiagramme und Kristallisation............................182 Exkurs: Thermische Analyse und Differenzthermoanalyse (DTA)........185 8.11 Moderne Trennverfahren, Chromatographie......................186 Die Nernst-Verteilung .............................................187 Chromatographische Verfahren .....................................187 XII Inhalt 9 Das chemische Gleichgewicht.................................193 9.1 Umkehrbare Reaktionen und chemisches Gleichgewicht...........194 Gleichgewichtsverschiebung und das Prinzip des kleinsten Zwangs ......196 9.2 Quantitative Beschreibung des chemischen Gleichgewichts........198 Löslichkeitsgieichgewicht und Löslichkeitsprodukt.....................198 Exkurs: Ionenstärke und Aktivitätskoeffizient .........................201 Homogene Gleichgewichte und das Massenwirkungsgesetz .............202 Heterogene Gleichgewichte.........................................204 Berechnung von Gleichgewichtskonzentrationen und -drücken..........205 Gekoppelte Gleichgewichte .........................................206 9.3 Massenwirkungsgesetz und chemische Energetik.................209 10 Säuren und Basen .............................................213 Das Arrhenius-Konzept............................................214 10.1 Das Bronsted-Lowry-Konzept ....................................215 10.2 Quantitative Beschreibung von Säure/Base-Gleichgewichten in wässeriger Lösung ............................................217 Säurekonstante und Basenkonstante .................................217 Berechnung von pH-Werten .......................................219 10.3 Säure/Base-Titration und Titrationskurven........................222 Exkurs: Säure/Base-Indikatoren .....................................226 Pufferlösungen in der Praxis - ideales und reales Verhalten.............227 10.4 Trends im Säure/Base-Verhalten ..................................229 Säurestärke und Moleküleigenschaften ...............................230 Hydratisierte Metallkationen als Bransted-Säuren......................232 Säure/Base-Verhalten von Oxiden ...................................233 Exkurs: Nichtwässerige Lösemittel...................................234 10.5 Säuren und Basen nach Lewis....................................235 Exkurs: Supersäuren ...............................................236 10.6 Harte und weiche Säuren und Basen nach Pearson ................237 Anwendung des HSAB-Konzepts....................................238 11 Oxidation und Reduktion .....................................247 11.1 Regeln zur Bestimmung von Oxidationszahlen....................248 Oxidationszahl und Formalladung...................................251 Oxidationszahlen und Periodensystem ...............................251 11.2 Redox-Gleichungen ..............................................252 11.3 Spannungsreihe und Standard-Elektrodenpotential ...............254 11.4 Die Nernstsche Gleichung........................................257 Exkurs: Vom Experiment zum Standardpotential ......................259 Exkurs: Konzentrationsketten .......................................260 11.5 Redox-Reaktionen in der analytischen Chemie....................261 11.6 Elektrodenpotential und Energieumsatz bei Redox-Reaktionen .... 262 11.7 Oxidationszustands-ZFrost-Diagramme ...........................264 11.8 Elektrolyse...................................................... 266 11.9 Galvanische Spannungsquellen...................................269 11.10 Korrosion und Korrosionsschutz..................................272 Inhalt XIII 12 Komplexreaktionen............................................277 12.1 Grundbegriffe der Komplexchemie...............................279 12.2 Nomenklatur der Komplexverbindungen .........................282 12.3 Isomerie bei Komplexverbindungen ..............................283 Strukturisomerie ..................................................284 12.4 Beschreibung von Ligandenaustauschreaktionen durch Stabilitätskonstanten ..........................................285 Stabilitätskonstanten...............................................286 12.5 Chelatkomplexe .................................................288 Der Chelateffekt...................................................290 Exkurs: Grundlagen der Photometrie ................................291 12.6 Komplexone und Komplexometrie ...............................293 Bestimmung der Wasserhärte.......................................296 12.7 Biologische Aspekte .............................................297 13 Geschwindigkeit chemischer Reaktionen ..................... зоз 13.1 Grundbegriffe ...................................................305 13.2 Geschwindigkeitsgesetze und Reaktionsordnung .................307 Exkurs: Methode der Anfangsgeschwindigkeit.........................311 13.3 Warum steigt die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Temperatur?.....................................................312 Exkurs: Übergangszustand und Aktivierungsenergie ...................315 Exkurs: Explosion und Detonation...................................317 13.4 Katalyse.........................................................318 14 Wasserstoff ....................................................323 14.1 Isotope des Wasserstoffs.........................................324 Exkurs: Isotope in der Chemie ......................................325 Exkurs: NMR-Spektroskopie (Kernresonanz-Spektroskopie).............326 14.2 Eigenschaften des Wasserstoffs .................................329 Herstellung von Wasserstoff ........................................330 Exkurs: Wasserstoff als Treibstoff....................................331 14.3 Hydride .........................................................333 Ionische Hydride..................................................333 Kovalente Hydride.................................................333 Exkurs: Wasserstoffbrückenbindung und МО -Modell..................336 Metallische Hydride der d-Block-Elemente ...........................337 14.4 Wasser und Wasserstoffbrückenbindungen.......................337 Biologische Aspekte der Wasserstoffbrückenbindung...................339 14.5 Die wichtigsten Reaktionen im Überblick ........................340 15 Die Elemente der Gruppe 1: Die Alkalimetalle................343 15.1 Die Eigenschaften der Elemente..................................344 15.2 Eigenschaften der Alkalimetallverbindungen .....................345 Flammenfårbungen ................................................346 Exkurs: Komplexbildung mit Kronenethern...........................347 Exkurs: Die Reaktion der Alkalimetalle mit Ammoniak.................348 15.3 Löslichkeitstrends bei Salzen der Alkalimetalle....................348 XIV Inhalt 15.4 Lithium und seine Verbindungen.................................352 Exkurs: Lithium-Ionen-Batterien ....................................353 15.5 Natrium: Gewinnung und Verwendung des Metalls...............354 15.6 Verbindungen mit Sauerstoff.....................................355 15.7 Hydroxide.......................................................357 Herstellung von Natriumhydroxid...................................357 Verwendung von Natriumhydroxid..................................360 15.8 Gewinnung von Natriumchlorid und Kaliumchlorid ...............361 15.9 Natriumcarbonat ................................................362 Herstellung von Natriumcarbonat ...................................363 Verwendung von Natriumcarbonat..................................363 Natriumhydrogencarbonat..........................................364 15.10 Ähnlichkeiten zwischen Lithium und den Erdalkalimetallen .......364 15.11 Biologische Aspekte .............................................365 Exkurs: Lithiumsalze in der Medizin.................................366 15.12 Die wichtigsten Reaktionen im Überblick.........................366 16 Die Elemente der Gruppe 2: Die Erdalkalimetalle ............369 Gruppentrends....................................................370 16.1 Eigenschaften der Erdalkalimetallverbindungen...................371 Löslichkeit der Erdalkalimetallsalze..................................372 16.2 Beryllium........................................................373 16.3 Magnesium......................................................374 16.4 Calcium, Strontium und Barium ..................................376 16.5 Oxide ...........................................................376 16.6 Hydroxide.......................................................377 16.7 Calciumcarbonat.................................................378 Exkurs: Tropfsteinhöhlen...........................................379 Exkurs: Wasserhärte ...............................................379 Exkurs: Wie bildet sich Dolomit? ....................................380 16.8 Zement..........................................................381 16.9 Erdalkalimetallsalze in Alltag und Technik ........................381 Magnesiumsulfat und Calciumsulfat.................................381 Calciumchlorid ...................................................382 Calciumcarbid ....................................................382 Strontium- und Bariumverbindungen in der Technik...................383 Exkurs: Biominerale ...............................................384 16.10 Ähnlichkeiten zwischen Beryllium und Aluminium ................385 16.11 Biologische Aspekte .............................................385 16.12 Die wichtigsten Reaktionen im Überblick.........................386 17 Die Elemente der Gruppe 13 .................................. 389 Gruppeneigenschaften .............................................390 Cluster- Verbindungen .............................................391 17.1 Bor und seine Verbindungen mit Sauerstoff ......................391 17.2 Borane ..........................................................393 Exkurs: Struktur und Bindung in Bor/Wasserstoff-Verbindungen........394 Inhalt XV Natriumtetrahydroborat: NaBH4 ....................................397 Exkurs: Anorganische Fasern .......................................398 17.3 Borhalogenide...................................................398 17.4 Isoelektronische Bor/Stickstoff- und Kohlenstoffverbindungen ___399 Exkurs: Das CVD-Verfahren und die Bildung von Hartstoffen...........400 17.5 Aluminium und seine Eigenschaften..............................402 Chemische Eigenschaften des Aluminiums ...........................403 17.6 Herstellung von Aluminium ......................................404 17.7 Aluminiumhalogenide ...........................................406 Exkurs: Alaune....................................................407 Exkurs: Spinelle ...................................................407 17.8 Gallium und Indium..............................................408 17.9 Thallium und der Inert-Pair-Effekt ................................408 17.10 Ähnlichkeiten zwischen Bor und Silicium .........................410 17.11 Biologische Aspekte .............................................411 17.12 Die wichtigsten Reaktionen im Überblick.........................412 18 Die Elemente der Gruppe 14: Die Kohlenstoffgruppe........415 Gruppeneigenschaften .............................................416 18.1 Kohlenstoff und seine Modifikationen............................417 Diamant .........................................................417 Graphit ..........................................................418 Fullerene .........................................................420 Exkurs: Die Entdeckung der Fullerene ................................421 Kohlenstoffprodukte in Alltag und Technik...........................422 18.2 Isotope des Kohlenstoffs.........................................423 Exkurs: Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Graphen .....................424 18.3 Carbide..........................................................425 Ionische Carbide ..................................................425 Exkurs: Warum gibt es so viele Kohlenstoffverbindungen? ..............425 Exkurs: Moissanit - ein Diamantersatz...............................426 Kovalente Carbide.................................................426 Metallische Carbide................................................427 18.4 Kohlenstoffmonoxid.............................................427 18.5 Kohlenstoffdioxid ...............................................428 Exkurs: Kohlenstoffdioxid, ein überkritisches Lösemittel................430 Exkurs: Kohlenstoffdioxid, das Killergas..............................431 18.6 Hydrogencarbonate und Carbonate ..............................432 Hydrogencarbonate................................................432 Carbonate .......................................................432 18.7 Der Treibhauseffekt..............................................433 18.8 Kohlenstoffdisulfid und Kohlenstoffoxidsulfid....................435 18.9 Die Halogenide des Kohlenstoffs.................................436 18.10 Chlorfluorkohlenwasserstoffe (CFKs) und verwandte Verbindungen ...................................................437 18.11 Methan .........................................................439 18.12 Cyanide .........................................................439 XVI Inhalt 18.13 Silicium - das Element der Halbleitertechnik......................440 Exkurs: Metallsilicide ..............................................442 18.14 Molekülverbindungen des Siliciums ..............................442 18.15 Siliciumdioxid ...................................................444 Kieselgel .........................................................445 Aerosile ..........................................................445 Exkurs: Silicium/Schwefel-Verbindungen .............................446 18.16 Silicate und Aiumosilicate........................................446 Exkurs: Vom Wasserglas zum Kieselgel...............................447 Zeolithe .........................................................450 18.17 Gläser...........................................................452 18.18 Keramische Werkstoffe ..........................................454 18.19 Silicone ..........................................................455 18.20 Germanium, Zinn und Blei .......................................456 Exkurs: Lichtwellenleiter - Informationsübertragung mit Licht..........457 Oxidationsstufen im Überblick......................................459 Zinn- und Bleioxide ...............................................461 Zinn- und Bleichloride.............................................461 Tetraethylblei .....................................................462 18.21 Biologische Aspekte .............................................463 Der Kohlenstoffkreislauf ...........................................463 Silicium - ein essentielles Element...................................464 Toxische Zinnverbindungen ........................................464 Gesundheitsgefahren durch Bleiverbindungen.........................464 18.22 Die wichtigsten Reaktionen im Überblick.........................465 19 Die Elemente der Gruppe 15 ..................................469 19.1 Gruppeneigenschaften...........................................470 Die Sonderstellung des Stickstoffs ...................................471 Die chemische Bindung - Stickstoff und Phosphor im Vergleich.........472 Exkurs: Raketentreibstoffe und Sprengstoffe...........................473 19.2 Elementarer Stickstoff und seine Reaktionen .....................474 Exkurs: Autoabgaskatalysatoren .....................................476 19.3 Überblick über die Chemie des Stickstoffs ........................477 19.4 Ammoniak und Ammoniumsalze .................................478 Stickstoffdünger und die großtechnische Ammoniaksynthese ...........479 Exkurs: Fritz Haber - Nobelpreis für den Griff in die Luft...............482 19.5 Weitere Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs.................483 Hydrazin.........................................................483 Stickstoffwasserstoffsäure...........................................483 Hydroxylamin ....................................................484 19.6 Stickstoffoxide ..................................................484 Distickstoffoxid ...................................................485 Stickstoffmonoxid.................................................485 Distickstofftrioxid.................................................486 Stickstoffdioxid und Distickstofftetraoxid.............................487 StickstoffiVJ-oxid .................................................488 Exkurs: Photochemie der Luftschadstoffe.............................489 Inhalt XVII 19.7 Oxosäuren des Stickstoffs und ihre Salze.........................491 Salpetrige Säure und Nitrite.........................................491 Salpetersäure und Nitrate...........................................492 Ostwald-Verfahren ................................................492 Nitrate...........................................................493 19.8 Stickstoff/Halogen-Verbindungen ................................496 19.9 Elementarer Phosphor und seine Modifikationen .................497 Industrielle Phosphorgewinnung ....................................499 19.10 Oxosäuren des Phosphors und ihre Salze ........................500 Phosphorsäure und ihre Salze.......................................501 Kondensierte Phosphorsäuren und ihre Salze .........................502 19.11 Phosphoroxide und Phosphorsulfide..............................505 Phosphoroxide....................................................505 Phosphorsulfide...................................................506 19.12 Phosphor/Halogen-Verbindungen ................................506 Phosphor(III)-halogenide ..........................................506 Phosphor(V)-halogenide ...........................................508 Phosphor(V)-oxidchIorid und Phosphor(V)-sulfidchlorid ..............509 Exkurs: Phosphorverbindungen im Pflanzenschutz ....................509 19.13 Phosphor/Wasserstoff-Verbindungen (Phosphane) und Metallphosphide.................................................511 Phosphan ........................................................511 Höhere Phosphane ................................................511 Metallphosphide ..................................................512 19.14 Phosphor/Stickstoff-Verbindungen ...............................513 19.15 Arsen, Antimon und Bismut .....................................515 Sauerstoff- und Schwefelverbindungen ...............................516 Halogenverbindungen .............................................517 Exkurs: ArsenCVO-chlorid - eine lange gesuchte Verbindung ............517 19.16 Biologische Aspekte .............................................518 Stickstoff.........................................................518 Exkurs: Die erste Verbindung des molekularen Stickstoffs - Stickstofffixierung.................................................520 Phosphor.........................................................522 Arsen............................................................523 Exkurs: Paul Ehrlich und das Salvarsan...............................524 19.17 Die wichtigsten Reaktionen im Überblick.........................524 20 Die Elemente der Gruppe 16: Die Chałkogene ................529 Gruppeneigenschaften .............................................530 Die Anomalie des Sauerstoffs .......................................531 Exkurs: Sauerstoff-Isotope in der Geochemie..........................531 Polykationen von Schwefel, Selen und Tellur..........................532 20.1 Sauerstoff ......................................................533 Sauerstoff (O2)....................................................533 Ozon (O3)........................................................536 Exkurs: Die Ozonschicht in der Stratosphäre..........................537 20.2 Bindungsverhältnisse in Sauerstoffverbindungen.................539 20.3 Wasser ..........................................................541 20.4 Wasserstoffperoxid (ИгОг) .......................................542 XVIII Inhalt 20.5 Schwefel ........................................................543 Modifikationen des Schwefels.......................................544 Industrielle Gewinnung von Schwefel................................546 Exkurs: Io - ein schwefelreicher Mond ...............................548 20.6 Schwefelwasserstoff und Sulfide.................................548 Exkurs: Sulfidfállungen im Trennungsgang der qualitativen Analyse......550 20.7 Oxide des Schwefels.............................................550 Schwefeldioxid, Schweflige Säure und ihre Salze ......................551 Schwefeltrioxid....................................................553 Schwefelsuboxide..................................................553 20.8 Schwefelsäure (HzSOj...........................................554 Industrielle Herstellung von Schwefelsäure............................556 Sulfate und Hydrogensulfate........................................558 Thiosulfate .......................................................559 Peroxodisulfate....................................................560 Oxosäuren des Schwefels im Überblick ..............................560 20.9 Schwefelhalogenide und Schwefel/Stickstoff-Verbindungen.......561 Schwefelfluoride ..................................................562 Schwefelchloride und -bromide .....................................564 Thionyl- und Sulfurylhalogenide ....................................565 Schwefel/Stickstoff-Verbindungen ...................................565 20.10 Selen und Tellur .................................................566 Oxide und Oxosäuren..............................................567 Halogenide.......................................................567 Exkurs: Das Haar und die Disulfid-Bindungen ........................568 20.11 Biologische Aspekte .............................................568 Sauerstoff ........................................................568 Schwefel .........................................................568 Selen ............................................................569 20.12 Die wichtigsten Reaktionen im Überblick.........................569 21 Die Elemente der Gruppe 17: Die Halogene ..................573 21.1 Gruppeneigenschaften...........................................574 Exkurs: Chemie im Schwimmbad....................................578 21.2 Gewinnung und Verwendung der Halogene .....................579 Exkurs: Fluor - Element der extremen Möglichkeiten ..................581 21.3 Halogenwasserstoffe und Halogenide............................582 Ionische Halogenide...............................................585 Kovalente Halogenide .............................................586 21.4 Sauerstoffsäuren der Halogene und ihre Salze....................587 Sauerstoffsäuren des Chlors.........................................587 Exkurs: Die Entdeckung des Perbromat-Ions..........................590 Sauerstoffsäuren des Broms ........................................590 Sauerstoffsäuren des Iods ..........................................590 21.5 Halogenoxide ...................................................591 21.6 Interhalogenverbindungen, Polyhalogenid-Ionen und Halogen- Kationen ........................................................593 Interhalogenverbindungen..........................................593 Polyhalogenid-Ionen...............................................594 Halogen-Kationen.................................................596 Pseudohalogenide und Pseudohalogene ..............................596 Inhalt XIX 21.7 Biologische Aspekte .............................................597 21.8 Die wichtigsten Reaktionen im Überblick.........................598 22 Die Elemente der Gruppe 18: Die Edelgase...................601 22.1 Gewinnung und Verwendung der Edelgase.......................603 Exkurs: Eine kurze Geschichte der Edelgasverbindungen ...............604 22.2 Edelgasverbindungen ...........................................604 Xenonfluoride ....................................................605 Xenonoxide ......................................................607 Wie lassen sich Xe/O-, Xe/N- und Xe/C-Bindungen knüpfen?...........607 Exkurs: Elektrophile Kationen und nukleophile Anionén ...............608 22.3 Biologische Aspekte .............................................608 22.4 Die wichtigsten Reaktionen des Xenons im Überblick.............609 23 Einführung in die Chemie der Übergangsmetalle ............611 23.1 Bindungskonzepte für Übergangsmetallverbindungen im Überblick........................................................613 Die le-Elektronen-Regel ...........................................614 Die Valenzbindungstheorie .........................................615 23.2 Die Ligandenfeldtheorie - Grundlagen ...........................616 Oktaedrische Komplexe............................................617 Tetraedrische Komplexe............................................620 Quadratisch-planare Komplexe......................................621 Der Jahn-Teller-Effekt..............................................621 23.3 Die Ligandenfeldtheorie - Anwendungen ........................623 Magnetische Eigenschaften und ihre Deutung.........................623 Exkurs: Magnetische Eigenschaften von Festkörpern...................626 Ligandenfeldeffekte bei Spinellen....................................627 Hydratationsenthalpien ............................................628 Farben und Absorptionsspektren der Übergangsmetallkomplexe ........628 23.4 Anwendung der Molekülorbitaltheorie auf Übergangs¬ metallkomplexe .................................................631 23.5 Einführung in die Chemie metallorganischer Verbindungen .......634 Carbonylkomplexe ................................................635 Metallorganische Verbindungen der Hauptgruppenelemente............638 Metallorganische Verbindungen der Übergangsmetalle.................639 Metallorganische Verbindungen als Katalysatoren .....................641 23.6 Thermodynamik und Kinetik bei Koordinations¬ verbindungen ...................................................645 23.7 Das HSAB-Konzept in der Chemie der Übergangsmetalle..........646 23.8 Biologische Aspekte .............................................647 24 Die Nebengruppenelemente ..................................651 24.1 Ein Überblick über die d-Block-Elemente..........................652 Gruppeneigenschaften .............................................653 Relative Stabilität der Oxidationsstufen der Sd-Metalle .................654 Exkurs: Nichtstöchiometrische Verbindungen.........................655 24.2 Gewinnung der Metalle..........................................656 Eisen - vom Eisenerz zum Stahl.....................................656 XX Inhalt Exkurs: Das Boudouard-Gleichgewicht...............................658 Zink.............................................................661 Kupfer - vom Erz zum Elektrolytkupfer..............................662 Gold - die Cyanidlaugerei..........................................663 Titan - das Kroll-Verfahren.........................................663 Exkurs: Chemische Transportreaktionen..............................664 Das aluminothermische Verfahren...................................665 24.3 Die Elemente der Gruppe 4: Titan, Zirconium und Hafnium........666 Titan ............................................................666 Exkurs: Piezoelektrische und ferroelektrische Stoffe....................668 Zirconium und Hafnium...........................................670 24.4 Die Elemente der Gruppe 5: Vanadium, Niob und Tantal...........671 Biologische Aspekte ...............................................673 24.5 Die Elemente der Gruppe 6: Chrom, Molybdän und Wolfram ......673 Chrom...........................................................674 Exkurs: Charge-Transfer-Übergänge .................................677 Exkurs: Chromáte in der quantitativen Analyse........................678 Exkurs: Rubin - Edelstein und Lasermaterial..........................679 Molybdän und Wolfram............................................681 Exkurs: Von der ersten Glühlampe zur modernen Beleuchtung..........683 Biologische Aspekte ...............................................685 24.6 Die Elemente der Gruppe 7: Mangan, Technetium und Rhenium ... 686 Oxidationsstufen von Mangan ......................................686 Exkurs: Bergbau am Meeresboden ..................................690 24.7 Die Eisenmetalle: Eisen, Cobalt und Nickel........................691 Die Eisenmetalle im Überblick......................................691 Eisen ............................................................692 Cobalt ...........................................................698 Nickel ...........................................................700 24.8 Die Platinmetalle ................................................702 Komplexverbindungen.............................................703 Exkurs: Heterogene Katalyse........................................705 Biologische Aspekte ...............................................706 24.9 Die Elemente der Gruppe 11: Kupfer, Silber und Gold .............706 Die Elemente .....................................................706 Oxidationsstufen ..................................................707 Stereochemie .....................................................708 Kupfer ...........................................................709 Exkurs: Supraleiter.................................................712 Silber............................................................713 Exkurs: Der fotografische Prozess....................................714 Gold.............................................................715 Biologische Aspekte ...............................................717 24.10 Die Elemente der Gruppe 12: Zink, Cadmium und Quecksilber.....717 Die Elemente .....................................................718 Oxidationsstufen ..................................................719 Zink- und Cadmiumverbindungen ..................................719 Exkurs: Konservierung von Büchern .................................720 Quecksilber.......................................................722 Biologische Aspekte ...............................................723 24.11 Die wichtigsten Reaktionen im Überblick.........................725 Inhalt XXI 25 Lanthanoide, Actinoide und verwandte Elemente ...........731 25.1 Die Lanthanoide.................................................733 Verbindungen.....................................................737 25.2 Die Actinoide....................................................739 Exkurs: Ein natürlicher Kernreaktor .................................741 25.3 Die Transactinoide ...............................................744 26 Anhang A: Einige Grundbegriffe der Physik..................747 26.1 Mechanik........................................................748 Bewegung von Körpern ............................................748 Arbeit, Energie und Leistung........................................750 Mechanische Eigenschaften von Flüssigkeiten.........................752 26.2 Schwingungen...................................................754 26.3 Wellen ..........................................................756 26.4 Elektrizität ......................................................759 26.5 Optik............................................................763 27 Anhang B: Mathematische Grundlagen.......................767 27.1 Rechnen mit Potenzen und Wurzeln..............................768 27.2 Logarithmen.....................................................769 27.3 Funktionen und ihre grafische Darstellung........................772 27.4 Algebraische Gleichungen........................................778 28 Anhang C: Datensammlung ...................................781 Bindungsenthalpien von Einfachbindungen (in kJ · тоГ1 bei 298 K)...........................................................782 Bindungsenthalpien einiger Mehrfachbindungen (in kJ · mol 1 bei 298 К) .......................................................783 Physikalische Eigenschaften anorganischer Stoffe.................783 Löslichkeit anorganischer Verbindungen in Wasser bei verschiedenen Temperaturen.....................................801 lonisierungsenthalpien für die schrittweise Ionisierung der Atome bei 25°C (in MJ · mol 1) ...................................807 Elektronenaffinitäten einiger Atome (Enthalpiewerte bei 25°C in kJ · mol 1) .....................................................809 Elektronenaffinitäten einiger einfach negativer Ionen (Enthalpiewerte bei 25°C in kJ ■ тоґ1) ............................809 lonenradien und Ladungsdichten ausgewählter Ionen ............810 Radien einiger mehratomiger Ionen .............................813 Gitterenthalpien einiger Salze bei 25°C (in kJ · тоґ1) ..............813 Hydratationsenthalpien einiger Ionen bei 25°C ...................814 Weiterführende Literatur..............................................815 Glossar.................................................................819 Index...................................................................839
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