1 Atombau 1
1.1 Der atomare Aufbau der Materie 1
1.1.1 Der Elementbegriff 1
1.1.2 Daltons Atomtheorie 2
1.2 Der Atomaufbau 4
1.2.1 Elementarteilchen, Atomkern, Atomhülle 4
1.2.2 Chemische Elemente, Isotope, Atommassen 6
1.2.3 Massendefekt, Äquivalenz von Masse und Energie 9
1.3 Kernreaktionen 11
1.3.1 Radioaktivität 11
1.3.2 Künstliche Nuklide 17
1.3.3 Kernspaltung, Kernfusion 18
1.3.4 Elementhäufigkeit, Elemententstehung 22
1.4 Die Struktur der Elektronenhülle 24
1.4.1 Bohrsches Modell des Wasserstoffatoms 24
1.4.2 Die Deutung des Spektrums der Wasserstoffatome mit der Bohrschen Theorie 28
1.4.3 Die Unbestimmtheitsbeziehung 34
1.4.4 Der Wellencharakter von Eletronen 35
1.4.5 Atomorbitale und Quantenzahlen des Wasserstoffatoms 36
1.4.6 Die Wellenfunktion, Eigenfunktionen des Wasserstoffatoms 42
1.4.7 Aufbauprinzip und Elektronenkonfiguration von Mehrelektronen-Atomen 49
1.4.8 Das Periodensystem (PSE) 54
1.4.9 Ionisierungsenergie, Elektronenaffinität, Röntgenspektren 59

2 Die chemische Bindung 65
2.1 Die Ionenbindung 65
2.1.1 Allgemeines, Ionenkristalle 65
2.1.2 Ionenradien 69
2.1.3 Wichtige ionische Strukturen, Radienquotientenregel 71
2.1.4 Gitterenergie von Ionenkristallen 79
2.2 Die Atombindung 81
2.2.1 Allgemeines, Lewis-Formeln 81
2.2.2 Bindigkeit, angeregter Zustand 82
2.2.3 Dative Bindung, formale Ladung 85
2.2.4 Überlappung von Atomorbitalen, s-Bindung 86
2.2.5 Hybridisierung 90
2.2.6 p-Bindung 98
2.2.7 Mesomerie 102
2.2.8 Atomkristalle, Molekülkristalle 104
2.2.9 Molekülorbitale 106
2.2.10 Polare Atombindung, Dipole 118
2.2.11 Die Elektronegativität 119
2.2.12 Das Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßungs-Modell 122
2.3 van der Waals-Kräfte 126
2.4 Vergleich der Bindungsarten 127
2.5 Oxidationszahl 128

3 Die chemische Reaktion 131
3.1 Stoffmenge, Konzentration, Anteil 131
3.2 Ideale Gase 133
3.3 Zustandsdiagramme 137
3.4 Reaktionsenthalpie, Standardbildungsenthalpie 143
3.5 Das chemische Gleichgewicht 149
3.5.1 Allgemeines 149
3.5.2 Das Massenwirkungsgesetz (MWG) 152
3.5.3 Verschiebung der Gleichgewichtslage, Prinzip von Le Chatelier 155
3.5.4 Berechnung von Gleichgewichtskonstanten 160
3.6 Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen 173
3.6.1 Allgemeines 173
3.6.2 Konzentrationsabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit 173
3.6.3 Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit 176
3.6.4 Reaktionsgeschwindigkeit und chemisches Gleichgewicht 179
3.6.5 Metastabile Systeme 180
3.6.6 Katalyse 182
3.7 Gleichgewichte von Salzen, Säuren und Basen 185
3.7.1 Lösungen, Elektrolyte 185
3.7.2 Aktivität 188
3.7.3 Löslichkeit, Löslichkeitsprodukt, Nernstsches Verteilungsgesetz 188
3.7.4 Säuren und Basen 192
3.7.5 pH-Wert, Ionenprodukt des Wassers 194
3.7.6 Säurestärke, pKs-Wert, Berechnung des pH-Wertes von Säuren 196
3.7.7 Protolysegrad, Ostwaldsches Verdünnungsgesetz 198
3.7.8 pH-Berechnung von Basen und Salzlösungen 200
3.7.9 Pufferlösungen 203
3.7.10 Säure-Base-Indikatoren 205
3.8 Redoxvorgänge 207
3.8.1 Oxidation, Reduktion 207
3.8.2 Aufstellung von Redoxgleichungen 209
3.8.3 Galvanische Elemente 210
3.8.4 Berechnung von Redoxpotentialen: Nernstsche Gleichung 212
3.8.5 Konzentrationsketten, Elektroden zweiter Art 214
3.8.6 Die Standardwasserstoffelektrode 215
3.8.7 Die elektrochemische Spannungsreihe 218
3.8.8 Gleichgewichtslage bei Redoxprozessen 222
3.8.9 Die Elektrolyse 222
3.8.10 Elektrochemische Spannungsquellen 229

4 Nichtmetalle 235
4.1 Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste 235
4.2 Wasserstoff 235
4.2.1 Allgemeine Eigenschaften 235
4.2.2 Physikalische und chemische Eigenschaften 236
4.2.3 Vorkommen und Darstellung 237
4.2.4 Wasserstoffverbindungen 238
4.3 Gruppe 17 (Halogene) 239
4.3.1 Gruppeneigenschaften 239
4.3.2 Die Elemente 240
4.3.3 Vorkommen und Darstellung 241
4.3.4 Verbindungen von Halogenen mit der Oxidationszahl –1: Halogenide 242
4.3.5 Verbindungen mit positiven Oxidationszahlen: Oxide und Sauerstoffsäuren von Chlor 244
4.3.6 Pseudohalogene 245
4.4 Gruppe18 (Edelgase) 246
4.4.1 Gruppeneigenschaften 246
4.4.2 Vorkommen, Eigenschaften und Verwendung 247
4.4.3 Edelgasverbindungen 247
4.5 Gruppe 16 (Chalkogene) 249
4.5.1 Gruppeneigenschaften 249
4.5.2 Die Elemente 250
4.5.3 Wasserstoffverbindungen 252
4.5.4 Sauerstoffverbindungen von Schwefel 255
4.6 Gruppe 15 258
4.6.1 Gruppeneigenschaften 258
4.6.2 Die Elemente 259
4.6.3 Wasserstoffverbindungen von Stickstoff 261
4.6.4 Sauerstoffverbindungen von Stickstoff 263
4.6.5 Sauerstoffverbindungen von Phosphor 265
4.7 Gruppe 14 267
4.7.1 Gruppeneigenschaften 267
4.7.2 Die Elemente 268
4.7.3 Carbide 274
4.7.4 Sauerstoffverbindungen von Kohlenstoff 275
4.7.5 Stickstoffverbindungen des Kohlenstoffs 278
4.7.6 Sauerstoffverbindungen von Silicium 278

5 Metalle 285
5.1 Stellung im Periodensystem, Eigenschaften von Metallen 285
5.2 Kristallstrukturen der Metalle 288
5.3 Atomradien von Metallen 292
5.4 Die metallische Bindung 293
5.4.1 Elektronengas 293
5.4.2 Energiebändermodell 296
5.4.3 Metalle, Isolatoren, Eigenhalbleiter 299
5.4.4 Dotierte Halbleiter (Störstellenhalbleiter) 302
5.4.5 Supraleiter 304
5.5 Intermetallische Systeme 304
5.5.1 Schmelzdiagramme 305
5.5.2 Häufige intermetallische Phasen 312
5.6 Gewinnung von Metallen 321
5.6.1 Elektrolytische Verfahren 322
5.6.2 Reduktion mit Kohlenstoff 326
5.6.3 Reduktion mit Metallen und Wasserstoff 328
5.6.4 Spezielle Herstellungs- und Reinigungsverfahren 329
5.7 Komplexverbindungen 330
5.7.1 Aufbau und Eigenschaften von Komplexen 330
5.7.2 Nomenklatur von Komplexverbindungen 333
5.7.3 Räumlicher Bau von Komplexen, Stereoisomerie 334
5.7.4 Stabilität und Reaktivität von Komplexen 337
5.7.5 Die chemische Bindung in Komplexen, Ligandenfeldtheorie 338

6 Umweltprobleme 351
6.1 Globale Umweltprobleme 352
6.1.1 Die Ozonschicht 352
6.1.2 Der Treibhauseffekt 359
6.1.3 Rohstoffe 367
6.2 Regionale Umweltprobleme 368
6.2.1 Schwefeldioxid 368
6.2.2 Stickstoffoxide 369
6.2.3 Troposphärisches Ozon, Smog 374
6.2.4 Umweltbelastungen durch Luftschadstoffe 377
6.2.5 Eutrphierung, Zeolithe 378

Anhang 1: Einheiten · Konstanten · Umrechnungsfaktoren 381
Anhang 2: Tabellen 385
Sachregister 393
Formelregister 412