1 Einleitung 1
1.1 Historische Entwicklung der Chemie 2
1.2 Elemente, Verbindungen, Gemische 6
1.3 Stofftrennung 9
1.4 Maßeinheiten 11
1.5 Genauigkeit und signifikante Stellen 11
Übungsaufgaben 14

2 Einführung in die Atomtheorie 15
2.1 Die Dalton-Atomtheorie 16
2.2 Das Elektron 17
2.3 Das Proton 18
2.4 Das Neutron 19
2.5 Aufbau der Atome 19
2.6 Atomsymbole 20
2.7 Isotope 21
2.8 Atommassen 22
Übungsaufgaben 24

3 Stöchiometrie, Teil I: Chemische Formeln 25
3.1 Moleküle und Ionen 25
3.2 Empirische Formeln 27
3.3 Das Mol 28
3.4 Prozentuale Zusammensetzung von Verbindungen 29
3.5 Ermittlung chemischer Formeln 31
Übungsaufgaben 33

4 Stöchiometrie, Teil II: Chemische Reaktionsgleichungen 35
4.1 Chemische Reaktionsgleichungen 35
4.2 Begrenzende Reaktanden 38
4.3 Ausbeute bei chemischen Reaktionen 39
4.4 Konzentration von Lösungen 40
Übungsaufgaben 42

5 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen 45
5.1 Energiemaße 46
5.2 Temperatur und Wärme 47
5.3 Kalorimetrie 47
5.4 Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie 48
5.5 Der Satz von Hess 51
5.6 Bildungsenthalpien 52
5.7 Bindungsenergien 54
Übungsaufgaben 57

6 Die Elektonenstruktur der Atome 59
6.1 Elektomagnetische Strahlung 60
6.2 Atomspektren 62
6.3 Ordnungszahl und das Periodensystem der Elemente 65
6.4 Wellenmechanik 69
6.5 Quantenzahlen 73
6.6 Orbitalbesetzung und die Hund-Regel 78
6.7 Die Elektonenstruktur der Elemente 81
6.8 Halb- und vollbesetzte Unterschalen 83
6.9 Einteilung der Elemente 86
Übungsaufgaben 87

7 Eigenschaften der Atome und die Ionenbindung 89
7.1 Atomgröße 90
7.2 Ionisierungsenergien 93
7.3 Elektronenaffinitäten 95
7.4 Die Ionenbindung 96
7.5 Gitterenergie 98
7.6 Arten von Ionen 100
7.7 Ionenradien 102
7.8 Nomenklatur von Ionenverbindung 103
Übungsaufgaben 105

8 Die kovalente Bindung 107
8.1 Konzept der kovalenten Bindung 108
8.2 Übergänge zwischen Ionenbindung und kovalenter Bindung 109
8.3 Elektronegativität 112
8.4 Formalladungen 114
8.5 Mesomerie (Resonanz) 116
8.6 Nomenklatur von binären Molekülverbindungen 118
Übungsaufgaben 119

9 Molekülstruktur, Molekülorbitale 21
9.1 Ausnahmen zur Oktettregel 122
9.2 Elektronenpaar-Abstoßung und Molekülstruktur 122
9.3 Hybridorbitale 127
9.4 Molekülorbitale 130
9.5 Molekülorbitale in mehratomigen Molekülen 134
9.6 Delokalisierte Bindungen 135
9.7 Stark polare kovalente Bindungen 139
9.8 Hypervalente Atome 140
Übungsaufgaben 142

10 Gase 143
10.1 Druck 144
10.2 Das Avogadro-Gesetz 145
10.3 Das ideale Gasgesetz 146
10.4 Stöchiometrie und Gasvolumina 149
10.5 Die kinetische Gastheorie 150
10.6 Das Dalton-Gesetz der Partialdrücke 152
10.7 Molekülgeschwindigkeiten in Gasen 154
10.8 Das Graham-Effusionsgesetz 155
10.9 Reale Gase 156
10.10 Verflüssigung von Gasen 158
Übungsaufgaben 160

11 Flüssigkeiten und Feststoffe 163
11.1 Intermolekulare Anziehungskräfte 165
11.2 Wasserstoff-Brücken 167
11.3 Der flüssige Zustand 169
11.4 Verdampfung 170
11.5 Dampfdruck 170
11.6 Siedepunkt 171
11.7 Verdampfungsenthalpie 172
11.8 Gefrierpunkt 173
11.9 Dampfdruck von Festkörpern 174
11.10 Phasendiagramme 175
11.11 Arten von kristallinen Feststoffen 176
11.12 Kristallgitter 180
11.13 Kristallstrukturen von Metallen 181
11.14 Ionenkristalle 184
11.15 Defektstrukturen 186
11.16 Flüssigkristalle 187
Übungsaufgaben 189

12 Strukturaufklärung 191
12.1 Röntgenbeugung 192
12.2 Kernmagnetische Resonanz-Spektroskopie 196
Übungsaufgaben 200

13 Lösungen 201
13.1 Allgemeine Betrachtungen 202
13.2 Der Auflösungsprozess 203
13.3 Hydratisierte Ionen 204
13.4 Lösungsenthalpie 205
13.5 Abhängigkeit der Löslichkeit von Druck und Temperatur 207
13.6 Konzentration von Lösungen 208
13.7 Dampfdruck von Lösungen 211
13.8 Gefrierpunkt und Siedepunkt von Lösungen 213
13.9 Osmose 215
13.10 Destillation 217
13.11 Elektrolytlösungen 219
13.12 Interionische Wechselwirkungen in Lösungen 220
13.13 Kolloide Lösungen und Gele 220
Übungsaufgaben 222

14 Reaktionen in wässriger Lösung 225
14.1 Metathese-Reaktionen 226
14.2 Oxidationszahlen 229
14.3 Reduktions-Oxidations-Reaktionen 230
14.4 Arrhenius-Säuren und -Basen 234
14.5 Saure und basische Oxide 236
14.6 Nomenklatur von Säuren, Hydoxiden und Salzen 237
14.7 Volumetrische Analyse 239
14.8 Äquivalentmasse und Normallösungen 241
Übungsaufgaben 243

15 Reaktionskinetik 245
15.1 Reaktionsgeschwindigkeit 246
15.2 Konzentrationsabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit 247
15.3 Zeitabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit 246
15.4 Einstufige Reaktionen 254
15.5 Geschwindigkeitsgesetze für einstufige Reaktionen 257
15.6 Reaktionsmechanismen 258
15.7 Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit 261
15.8 Katalyse 263
Übungsaufgaben 266

16 Das chemische Gleichgewicht 269
16.1 Reversible Reaktionen und chemisches Gleichgewicht 270
16.2 Die Gleichgewichtskonstante Kc 271
16.3 Die Gleichgewichtskonstante Kp 275
16.4 Das Prinzip des kleinsten Zwanges 276
Übungsaufgaben 279

17 Säuren und Basen 281
17.1 Das Arrhenius-Konzept 282
17.2 Das Brönsted-Lowry-Konzept 282
17.3 Die Stärke von Brönsted-Säuren und -Basen 283
17.4 Säurestärke und Molekülstruktur 285
17.5 Das Lewis-Konzept 287
17.6 Lösungsmittelbezogene Säuren und Basen 290
Übungsaufgaben 291

18 Säure-Base-Gleichgewicht 293
18.1 Das Ionenprodukt des Wassers. pH-Wert 294
18.2 Schwache Elektrolyte 296
18.3 Indikatoren 301
18.4 Pufferlösungen 302
18.5 Mehrprotonige Säuren 306
18.6 Salze schwacher Säuren und Basen 309
18.7 Säure-Base-Titrationen 311
18.8 Erweiterung des Säure-Base-Konzepts auf Festkörper 314
Übungsaufgaben 316

19 Löslichkeitsprodukt und Komplex-Gleichgewicht 319
19.1 Das Löslichkeitsprodukt 320
19.2 Fällungsreaktionen 322
19.3 Fällung von Sulfiden 325
19.4 Komplexgleichgewichte 326
Übungsaufgaben 329

20 Grundlagen der chemischen Thermodynamik 331
20.1 Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik 332
20.2 Enthalpie 333
20.3 Der 2. Hauptsatz der Thermodynamok 335
20.4 Die freie Enthalpie 337
20.5 Freie Standard-Enthalpien 339
20.6 Absolute Entropien 340
20.7 Gleichgewicht und freie Reaktionsenthalpie 342
20.8 Temperaturabhängigkeit von Gleichgewichtskonstanten 344
Übungsaufgaben 346

21 Elektrochemie 349
21.1 Elektrischer Strom 350
21.2 Elektrolytische Leitung 351
21.3 Elektrolyse 352
21.4 Stöchiometrische Gesetze bei der Elektrolyse 354
21.5 Galvanische Zellen 356
21.6 Die elektromotorische Kraft 357
21.7 Elektrodenpotenziale 358
21.8 Freie Reaktionsenthalpie und elektromotorische Kraft 363
21.9 Konzentrationsabhängigkeit des Potenzials 365
21.10 Potenziometrische Titration 369
21.11 Elektrodenpotenziale und Elektrolyse 370
21.12 Korrosion von Eisen 371
21.13 Galvanische Zellen für den praktischen Gebrauch 372
21.14 Brennstoffzellen 372
Übungsaufgaben 374

22 Wasserstoff 377
22.1 Vorkommen und physikalische Eigenschaften 378
22.2 Herstellung von Wasserstoff 378
22.3 Chemische Eigenschaften des Wasserstoffs 380
22.4 Technische Verwendung von Wasserstoff 382
Übungsaufgaben 382

23 Die Halogene 383
23.1 Eigenschaften der Halogene 384
23.2 Vorkommen und Herstellung der Halogene 385
23.3 Interhalogen-Verbindungen 388
23.4 Halogenwasserstoffe 389
23.5 Halogenide 391
23.6 Oxosäuren der Halogene 392
23.7 Verwendung der Halogene 397
Übungsaufgaben 398

24 Die Edelgase 399
24.1 Vorkommen und Gewinnung der Edelgase 399
24.2 Eigenschaften der Edelgase 400
24.3 Verwendung der Edelgase 401

25 Die Elemente der 6. Hauptgruppe 403
25.1 Allgemeine Eigenschaften der Chalkogene 404
25.2 Vorkommen und Gewinnung von Sauerstoff 405
25.3 Reaktionen des Sauerstoffs 406
25.4 Verwendung von Sauerstoff 408
25.5 Ozon 409
25.6 Schwefel, Selen und Tellur 410
25.7 Vorkommen und Gewinnung von Schwefel, Selen und Tellur 411
25.8 Wasserstoff-Verbindungen von Schwefel, Selen und Tellur 412
25.9 Schwefel-, Selen- und Tellur-Verbindungen in der Oxidationsstufe + IV 414
25.10 Schwefel-, Selen- und Tellur-Verbindungen in der Oxidationsstufe + VI 415
25.11 Verwendung von Schwefel, Selen und Tellur 418
Übungsaufgaben 419

26 Die Elemente der 5. Hauptgruppe 421
26.1 Allgemeine Eigenschaften 422
26.2 Die Elementsstruktur von Phosphor, Arsen, Antimon und Bismut 424
26.3 Der Stickstoffzyklus 425
26.4 Vorkommen und Herstellung der Elemente der 5. Hauptgruppe 426
26.5 Nitride und Phosphide 427
26.6 Wasserstoff-Verbindungen 428
26.7 Halogen-Verbindungen 430
26.8 Oxide und Oxosäuren des Stickstoffs 432
26.9 Luftverschmutzung 435
26.10 Oxide und Oxosäuren des Phosphors 438
26.11 Oxide und Oxosäuren von Arsen, Antimon und Bismut 441
26.12 Verwendung der Elemente der 5. Hauptgruppe 442
Übungsaufgaben 443

27 Kohlenstoff, Silicium und Bor 445
27.1 Allgemeine Eigenschaften der Elemente der 4. Hauptgruppe 446
27.2 Die Strukturen der Elemente der 4. Hauptgruppe 448
27.3 Vorkommen, Gewinnung und Verwendung von Kohlenstoff und Silicium 451
27.4 Carbide, Silicide und Silane 453
27.5 Oxide und Oxosäuren des Kohlenstoffs 454
27.6 Siliciumdioxid und Silicate 456
27.7 Schwefel- und Stickstoff-Verbindungen des Kohlenstoffs 459
27.8 Allgemeine Eigenschaften der Elemente der 3. Hauptgruppe 459
27.9 Elementares Bor 461
27.10 Bor-Verbindungen 461
27.11 Borane (Borhydride) 463
Übungsaufgaben 464

28 Metalle 465
28.1 Die metallische Bindung 467
28.2 Halbleiter 470
28.3 Physikalische Eigenschaften von Metallen 471
28.4 Vorkommen von Metallen 473
28.5 Metallurgie: Aufbereitung von Erzen 474
28.6 Metallurgie: Reduktion 475
28.7 Metallurgie: Raffination 480
28.8 Die Alkalimetalle 483
28.8 Die Erdalkalimetalle 486
28.10 Die Metalle der 3. Hauptgruppe 490
28.11 Die Metalle der 4. Hauptgruppe 493
28.12 Die Übergangsmetalle 495
29.13 Die Lanthanoiden 501
Übungsaufgaben 503

29 Komplex-Verbindungen 505
29.1 Struktur von Komplex-Verbindungen 506
29.2 Stabilität von Komplexen 510
29.3 Nomenklatur von Komplexen 511
29.4 Isomerie 512
29.5 Die Bindungsverhältnisse in Komplexen 514
Übungsaufgaben 522

30 Organische Chemie, Teil I: Kohlenwasserstoffe 525
30.1 Alkane 526
30.2 Alkene 532
30.3 Alkine 533
30.4 Arene 534
30.5 Reaktionen der Kohlenwasserstoffe. Radikalische Substitution. Addition 535
30.6 Cycloaddition und die Bedeutung der Orbitalsymmetrie für chemische Reaktionen 538
30.7 Reaktionen von Arenen. Elektophile Substitution 539
Übungsaufgaben 542

31 Organische Chemie, Teil II: Funktionelle Gruppen 543
31.1 Halogenalkane. Nucleophile Substitution. Eleminierungsreaktionen 545
31.2 Metallorganische Verbindungen 547
31.3 Alkohole, Phenole und Thiole 549
31.4 Ether 552
31.5 Carbonyl-Verbindungen 552
31.6 Carbonsäuren und ihre Derivate 557
31.7 Amine und Carbonsäureamide 564
31.8 Aminosäuren und Peptide 567
31.9 Azo- und Diazo-Verbindungen 568
31.10 Heterocylische Verbindungen 569
Übungsaufgaben 571

32 Spezielle Gebiete der organischen Chemie 573
32.1 Stereochemie organischer Verbindungen 574
32.2 Racemat-Trennung und Synthese chiraler Moleküle 577
32.3 Polymerchemie 579
32.4 Supramolekulare Chemie 585
Übungsaufgaben 588

33 Naturstoffe und Biochemie 589
33.1 Terpene 591
33.2 Kohlenhydrate 593
33.3 Fette, Öle und Wachse 597
33.4 Botenstoffe, Hormone und Vitamine 599
33.5 Natürliche Farbstoffe 602
33.6 Proteine 605
33.7 Nucleinsäuren 610
33.8 Proteinsynthese 612
33.9 Gentechnik 614
33.10 Enzyme und Coenzyme 618
33.11 Schlussbemerkung: Chemie und Biochemie 622
Übungsaufgaben 623

34 Kernchemie 625
34.1 Der Atomkern 626
34.2 Kernreaktionen 628
34.3 Radioaktivität 629
34.4 Messung der Radioaktivität 632
34.5 Die radioaktive Zerfallsgeschwindigkeit 633
34.6 Biologische Effekte der radioaktiven Strahlung 637
34.7 Radioaktive Zerfallsreihen 639
34.8 Künstliche Kernumwandlungen 641
34.9 Kernspaltung 644
34.10 Kernfusion 648
34.11 Verwendung von radioaktiven Nucliden 650
Übungsaufgaben 652

35 Ungang mit gefährlichen Stoffen 655
35.1 Einteilung und Kennzeichnung der Gefahrstoffe 656
35.2 Deutsches Gefahrstoffrecht 662
35.3 Giftstoffe, Toxikologie 668
Übungsaufgaben 673

Anhang 675
A Normalpotentiale 676
B Gleichgewichtskonstanten 677
C Thermodynamische Daten 679
D Mittlere Bindungsenergien 680
E Lösungen zu den Übungsaufgaben 681

Glossar 709
Sachverzeichnis 733
Bildnachweis 766

Maßeinheiten, Naturkonstanten: vorderer Einband
Tabelle der Elemente: hinterer Einband
Periodensystem der Elemente: Ausklapptafel am Buchende
Periodensystem der Elemente, Naturkonstanten, Formelsammlung
(Einsteckkärtchen): hinterer Einband