Kapitel 1 Einführung: Stoffe und Maßeinheiten 1
1.1 Das Studium der Chemie 3
1.2 Einteilung von Stoffen 7
1.3 Eigenschaften von Stoffen 13
1.4 Maßeinheiten 17
1.5 Messunsicherheiten 24
1.6 Dimensionsanalyse 30
Kapitel 2 Atome, Moleküle und Ionen 37
2.1 Die Atomtheorie 39
2.2 Die Entdeckung der Atomstruktur 41
2.3 Die moderne Sichtweise der Atomstruktur 45
2.4 Atomgewicht 49
2.5 Das Periodensystem der Elemente 51
2.6 Moleküle und molekulare Verbindungen 55
2.7 Ionen und ionische Verbindungen 58
2.8 Namen anorganischer Verbindungen 63
2.9 Einfache organische Verbindungen 71
Kapitel 3 Stöchiometrie: Das Rechnen mit chemischen Formeln
und Gleichungen 77
3.1 Chemische Gleichungen 79
3.2 Häufig vorkommende chemische Reaktionsmuster 84
3.3 Formelgewicht 88
3.4 Die Avogadrokonstante und das Mol 91
3.5 Bestimmung der empirischen Formel aus Analysen 97
3.6 Quantitative Informationen aus ausgeglichenen Gleichungen 102
3.7 Limitierende Reaktanten 107
Kapitel 4 Reaktionen in Wasser und Stöchiometrie
in Lösungen 117
4.1 Allgemeine Eigenschaften wässriger Lösungen 119
4.2 Fällungsreaktionen 123
4.3 Säure-Base-Reaktionen 129
4.4 Redoxreaktionen 137
4.5 Konzentrationen von Lösungen 145
4.6 Stöchiometrie und chemische Analyse 151
Kapitel 5 Thermochemie 161
5.1 Die Natur der Energie 163
5.2 Der Erste Hauptsatz der Thermodynamik 168
5.3 Enthalpie 173
5.4 Reaktionsenthalpien 177
5.5 Kalorimetrie 180
5.6 Der Hess’sche Satz 186
5.7 Bildungsenthalpien 190
5.8 Nahrungsmittel und Brennstoffe 195
Kapitel 6 Die elektronische Struktur der Atome 207
6.1 Die Wellennatur des Lichts 209
6.2 Gequantelte Energien und Photonen 213
6.3 Linienspektren und das Bohr’sche Atommodell 216
6.4 Das wellenartige Verhalten von Materie 221
6.5 Quantenmechanik und Atomorbitale 224
6.6 Darstellung von Orbitalen 228
6.7 Mehr-Elektronen-Atome 233
6.8 Elektronenkonfigurationen 235
6.9 Elektronenkonfigurationen und das Periodensystem 241
Kapitel 7 Periodische Eigenschaften der Elemente 251
7.1 Entwicklung des Periodensystems 253
7.2 Effektive Kernladung 255
7.3 Größen von Atomen und Ionen 258
7.4 Ionisierungsenergie 264
7.5 Elektronenaffinitäten 269
7.6 Metalle, Nichtmetalle und Halbmetalle 271
7.7 Gruppentendenzen der unedlen Metalle 276
7.8 Gruppentendenzen ausgewählter Nichtmetalle 281
Kapitel 8 Grundlegende Konzepte der chemischen Bindung 289
8.1 Chemische Bindungen, Lewis-Symbole und die Oktettregel 291
8.2 Ionenbindung 293
8.3 Kovalente Bindung 299
8.4 Bindungspolarität und Elektronegativität 302
8.5 Lewis-Strukturformeln zeichnen 308
8.6 Resonanzstrukturformeln 313
8.7 Ausnahmen von der Oktettregel 316
8.8 Stärken von kovalenten Bindungen 319
Kapitel 9 Molekülstruktur und Bindungstheorien 329
9.1 Molekülformen 331
9.2 Das VSEPR-Modell 334
9.3 Molekülform und Molekülpolarität 343
9.4 Kovalente Bindung und Orbitalüberlappung 346
9.5 Hybridorbitale 348
9.6 Mehrfachbindungen 354
9.7 Molekülorbitale 361
9.8 Zweiatomige Moleküle der zweiten Reihe 364
Kapitel 10 Gase 379
10.1 Eigenschaften von Gasen 381
10.2 Druck 382
10.3 Die Gasgesetze 387
10.4 Die ideale Gasgleichung 391
10.5 Weitere Anwendungen der idealen Gasgleichung 396
10.6 Gasmischungen und Partialdrücke 400
10.7 Die kinetische Gastheorie 404
10.8 Molekulare Effusion und Diffusion 408
10.9 Reale Gase: Abweichungen vom Idealverhalten 412
Kapitel 11 Intermolekulare Kräfte, Flüssigkeiten und Festkörper 421
11.1 Ein molekularer Vergleich von Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern 423
11.2 Intermolekulare Kräfte 425
11.3 Eigenschaften von Flüssigkeiten 435
11.4 Phasenübergänge 436
11.5 Dampfdruck 442
11.6 Phasendiagramme 446
11.7 Strukturen von Festkörpern 448
11.8 Bindung in Festkörpern 454
Kapitel 12 Moderne Werkstoffe 463
12.1 Stoffklassen 465
12.2 Werkstoffe für Konstruktionszwecke 472
12.3 Medizinische Materialien 482
12.4 Elektronikwerkstoffe 487
12.5 Optische Werkstoffe 490
12.6 Werkstoffe für die Nanotechnologie 495
Kapitel 13 Eigenschaften von Lösungen 503
13.1 Der Lösungsvorgang 505
13.2 Gesättigte Lösungen und Löslichkeit 511
13.3 Was beeinflusst die Löslichkeit? 513
13.4 Möglichkeiten zum Angeben von Konzentrationen 520
13.5 Kolligative Eigenschaften 525
13.6 Kolloide 536
Kapitel 14 Chemische Kinetik 545
14.1 Faktoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen 547
14.2 Reaktionsgeschwindigkeiten 548
14.3 Konzentration und Reaktionsgeschwindigkeit 555
14.4 Die Änderung der Konzentration mit der Zeit 561
14.5 Temperatur und Reaktionsgeschwindigkeit 567
14.6 Reaktionsmechanismen 575
14.7 Katalyse 583
Kapitel 15 Chemisches Gleichgewicht 597
15.1 Der Begriff des Gleichgewichts 599
15.2 Die Gleichgewichtskonstante 601
15.3 Interpretation von und Arbeit mit Gleichgewichtskonstanten 607
15.4 Heterogene Gleichgewichte 611
15.5 Berechnung von Gleichgewichtskonstanten 614
15.6 Anwendungen von Gleichgewichtskonstanten 616
15.7 Das Prinzip von Le Châtelier 621
Kapitel 16 Säure-Base-Gleich gewichte 635
16.1 Säuren und Basen: Eine kurze Wiederholung 637
16.2 Brønsted–Lowry-Säuren und Basen 638
16.3 Die Autodissoziation von Wasser 644
16.4 Die pH-Skala 646
16.5 Starke Säuren und Basen 651
16.6 Schwache Säuren 653
16.7 Schwache Basen 663
16.8 Die Beziehung zwischen KS und KB 666
16.9 Säure-Base-Eigenschaften von Salzlösungen 668
16.10 Säure-Base-Verhalten und chemische Struktur 672
16.11 Lewis-Säuren und -Basen 676
Kapitel 17 Weitere Aspekte von Gleichgewichten in wässriger Lösung 685
17.1 Der Einfluss gleicher Ionen 687
17.2 Gepufferte Lösungen 690
17.3 Säure-Base-Titrationen 698
17.4 Fällungsgleichgewichte 707
17.5 Faktoren, die die Löslichkeit beeinflussen 712
17.6 Ausfällen und Trennen von Ionen 722
17.7 Qualitative Analyse von Metallelementen 725
Kapitel 18 Umweltchemie 733
18.1 Die Erdatmosphäre 735
18.2 Die äußeren Bereiche der Erdatmosphäre 738
18.3 Ozon in der oberen Erdatmosphäre 741
18.4 Chemie der Troposphäre 745
18.5 Die Weltmeere 753
18.6 Süßwasser 757
18.7 Grüne Chemie 760
Kapitel 19 Chemische Thermodynamik 769
19.1 Spontane Prozesse 771
19.2 Entropie und der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik 776
19.3 Die molekulare Betrachtung der Entropie 780
19.4 Entropieänderungen bei chemischen Reaktionen 789
19.5 Freie Enthalpie 791
19.6 Freie Enthalpie und Temperatur 796
19.7 Freie Enthalpie und die Gleichgewichtskonstante 799
Kapitel 20 Elektrochemie 809
20.1 Oxidationszahlen 811
20.2 Das Ausgleichen von Redoxgleichungen 813
20.3 Galvanische Zellen 819
20.4 Die EMK einer galvanischen Zelle unter Standardbedingungen 824
20.5 Freie Enthalpie und Redoxreaktionen 833
20.6 Die EMK einer galvanischen Zelle unter Nichtstandardbedingungen 837
20.7 Batterien, Akkumulatoren und Brennstoffzellen 843
20.8 Korrosion 847
20.9 Elektrolyse 850
Kapitel 21 Chemie der Nichtmetalle 861
21.1 Allgemeine Begriffe: Periodische Tendenzen und chemische Reaktionen 863
21.2 Wasserstoff 867
21.3 Gruppe 8A: Die Edelgase 872
21.4 Gruppe 7A: Die Halogene 874
21.5 Sauerstoff 881
21.6 Die übrigen Elemente der Gruppe 6A: S, Se, Te und Po 886
21.7 Stickstoff 891
21.8 Die übrigen Elemente der Gruppe 5A: P, As, Sb und Bi 897
21.9 Kohlenstoff 903
21.10 Die übrigen Elemente der Gruppe 4A: Si, Ge, Sn und Pb 908
21.11 Bor 913
Kapitel 22 Chemie von Koordinationsverbindungen 919
22.1 Metallkomplexe 921
22.2 Liganden mit mehr als einem Donoratom 927
22.3 Nomenklatur der Koordinationschemie 933
22.4 Isomerie 935
22.5 Farbe und Magnetismus 941
22.6 Kristallfeldtheorie 943
Anhang 957
A Mathematische Operationen 958
B Eigenschaften von Wasser 965
C Thermodynamische Größen ausgewählter Substanzen
bei 298,15 K (25°C) 966
D Gleichgewichtskonstanten in wässriger Lösung 968
E Normalpotenziale bei 25°C 971
F Lösungen zu den Übungsbeispielen 972
G Antworten auf Fragen zu „Denken Sie einmal nach“ 977
H Glossar 986
I Index 1001
Bildnachweis 1009