1. Kapitel
Ansicht von einem fernen Universum aus 1

Eine einfache Welt 2
Die Zustände der Materie 3
Lebenslauf eines Universums 4


2. Kapitel
Atome, Moleküle und Mole 7

Elektronen, Atomkerne und Ordnungszahl 7
Die Isotope des Wasserstoffs 9
Die Isotope des Heliums 10
Isotope und gemessene relative Atommassen (Atomgewichte) 11
Bindungen zwischen Atomen 12
Elektronenschalen 14
Moleküle, relative Molekülmasse (Molekulargewicht) und Mol 15
Das Messen von Substanzmengen in Mol; die Gasgesetze 19
Gasmoleküle und der absolute Nullpunkt 22
Das ideale Gasgesetz 24
Eine chemische Welt en miniature: eine Zusammenfassung 26


3. Kapitel
Der Aufbau der Elemente 31

Wie groß ist ein Atom? 34
Gewinn und Verlust von Elektronen; Ionisierungsenergie 35
Elektronenaffinität 38
Elektronegativität 39
Abgeschlossene Schalen und die Achterregel: eine Zusammenfassung 40


4. Kapitel
Atome teilen sich Elektronen: kovalente Bindungen 45

Wieviele Bindungen pro Atom? 46
Kohlenstoff-Verbindungen 48
Doppel- und Dreifachbindungen 51
Diamant und Graphit 53
Stickstoff und Ammoniak 54
Sauerstoff und Wasser 59
Die Wechselwirkung zwischen Ammoniak und Wasser; Basen 62
Fluor und Fluorwasserstoffsäure 64
Atome teilen sich Elektronen: eine Zusammenfassung 65


5. Kapitel
Gewinn und Verlust von Elektronen; Ionen und Metalle 69

Ionen und Salze 71
Säuren und Basen, Neutralisierung, Salze 74
Sauerstoff-Verbindungen: Säuren oder Basen? 75
Basische Oxide: Li2O 78
Sauer und basisch zugleich: BeO 79
Das erste eindeutig saure Oxid: B2O3 80
Kohlenstoff und Kohlensäure 80
Stickstoff und Salpetersäure 84
Fluor, der Elektronenräuber 85
Trends bei den Eigenschaften der Oxide 86
Ionen und Metalle 86
Postskriptum: die Elemente des Lebens 90


6. Kapitel
Periodische Eigenschaften: von Natrium bis Argon 97

Elektronenstruktur und chemische Eigenschaften 99
Die Metalle der dritten Periode: Na, Mg und Al 103
Metallsalze 106
Das Gerüst unseres Planeten: Silicate 107
Die sauren Nichtmetalle: P, S und Cl 113
Oxidationszustände und Oxidationszahlen 117
Warum ist Feuer heiß? 122


7. Kapitel
Teilchen, Wellen und Paradoxa 129

Das unmögliche Atom 131
Lichtteilchen 131
Materie wellen 134
Das diskontinuierliche Atom 136
Atome, Energie, Strahlung 138
Atomspektren und auseinanderstrebende Galaxien 141
Das gequantelte Atom: eine Zusammenfassung 142


8. Kapitel
Ein Blick hinter die Kulissen des Periodensystems 147

Die bessere Theorie: Wellenmechanik 147
Quantenniveaus und Atomaufbau 152
Atomaufbau und Periodensystem 154
Postskriptum: die Entstehung des Universums 160


9. Kapitel
Molekülorbitale und Molekülstruktur 171

Wasserstoffähnliche Moleküle 172
Größere zweiatomige Moleküle 175
Bindungen zwischen verschiedenen Atomarten 180
Lokalisierte Molekülorbitale 181
sp3-Hybrid-Orbitale 182
Doppelbindungen und sp2-Hybridisierung 185
Dreifachbindungen und sp-Hybridisierung 186
Aromatizität: Delokalisierung und Resonanz 188
Das Molekülorbital-Modell für Bindungen: eine Zusammenfassung 191
Postskriptum: Delokalisierung und Farbe 192


10. Kapitel
Spiel mit allen Karten: das Periodensystem 203

Atomgröße und Elektronegativität 204
Die Struktur der Elemente 207
Chemische Eigenschaften; die Alkalimetalle 211
Gruppe II A: die Erdalkalimetalle 212
Die Übergangsmetalle 213
Bindungen mit d-Orbitalen 218
Die Gruppe III A: B, Al, Ga, In, Tl 224
Die Gruppe IV A: Isolatoren und Halbleiter 225
Die Gruppe V A: Der Stickstoffkreislauf 227
Phosphor und Energiespeicherung 230
Gruppe VI A: die Sauerstoff-Familie 232
Die Gruppe VII A: die Halogene 234
Das chemische Universum: eine Zusammenfassung 235


11. Kapitel
Von nichts kommt nichts - oder die Erhaltung von Masse, Ladung und Energie 241

Erhaltungssätze 242
Gewicht und Masse 243
Erhaltung der Masse bei chemischen Reaktionen 244
Erhaltung der Elektronen 246
Masse und Energie; Kernreaktionen 251
Stabilität und Zerfall von Atomkernen 254
Isotope und Halbwertszeiten 258
Teilchenzahl und Ladung: eine Zusammenfassung 259


12. Kapitel
Wärme, Energie und chemische Bindungen 265

Wärme und chemische Reaktionen 266
Brennstoffe, Verbrennung und Energie 270
Bildungswärmen 272
Bindungsenergien 276
Reaktionswärmen aus Bindungsenergien 278
Benzol und Resonanz 279
Warum ist Feuer heiß? - Eine quantitative Antwort 281


13. Kapitel
Wie man Unordnung mißt 289

Spontane Reaktionen 290
Energie und Spontaneität 290
Unordnung und Spontaneität 292
Wie man Unordnung mißt: Entropie 295
Die statistische Bedeutung der Entropie 295
Leben in einer Welt aus neun Punkten 298
Entropie und gesunder Menschenverstand 300
Entropie und chemische Reaktionen 305
Explosion von H2 und Cl2 306
Verbrennung und Ethanol 307
Zersetzung von N2O5 308
Freie Energie und lebende Organismen 308
Entropie und Zeit 311
Entropie und Universum 313


14. Kapitel
Das chemische Gleichgewicht 319

Holzäpfel und das Gleichgewicht 321
Gleichgewicht und Prozesse zweiter Ordnung 327
Das Massenwirkungsgesetz 330
Beispiele für Gleichgewichtskonstanten 331
HCl-Synthese 331
Verbrennung von H2 332
Ammoniak-Synthese: unvollständige Reaktion 333
KP und Kc 333
Faktoren, die das Gleichgewicht beeinflussen 334
Die Temperatur und die Gleichgewichtskonstante 336
Freie Energie und Gleichgewichtskonstante 337
Spontaneität und Gleichgewicht: eine Zusammenfassung 340
Postskriptum: Smog und Gleichgewicht 341


15. Kapitel
Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen 349

Experimentelle Geschwindigkeitsgesetze 350
Reaktionsordnung 351
Exponentielle Zerfallsreaktionen 1. Ordnung 353
Reaktionsmechanismen 355
Die Wasserstoff-lod-Reaktion 357
Reduktion von NO durch H2 360
Bildung von HBr 361
Molekulare Stöße und chemische Reaktionen 362
Beschleunigung einer Reaktion durch Katalyse 366
Ein einfacher katalytischer Mechanismus 367
Postskriptum: Katalysatoren und Umwelt 370


16. Kapitel
Ionen und Gleichgewicht; Säuren und Basen 377

Starke Säuren und Basen 378
Schwache Säuren und Basen 379
Berechnungen mit Gleichgewichtskonstanten 381
Die Dissoziation des Wassers 383
Die pH-Skala 385
Neutralisation 387
Die Bedeutung von Säuren und Basen 390
Der Unterschied zwischen starken und schwachen Säuren 392
Säuren mit mehreren dissoziierenden Protonen 393
Puffer und pH-Kontrolle 395
Die Messung des pH-Wertes: Säure-Base-Indikatoren 399
Löslichkeitsgieichgewichte 400
Postskriptum: Säure-Base-Katalyse 403


17. Kapitel
Die treibende Kraft, die das Ganze bewegt: chemisches und elektrisches Potential 415

Die Freie Energie und die Tendenzen, sich seiner Umgebung zu entziehen 416
Lösungen und kolligative Phänomene 417
Siedepunktserhöhung 420
Gefrierpunktserniedrigung 422
Osmotischer Druck 425
Redox-Reaktionen und elektrochemisches Potential 427
Addition von Zellreaktionen 431
Halbreaktionen und Reduktionspotentiale 432
Aufbau von Zellen aus Halbreaktionen 435
Trockenzellen 438
Der Blei-Akkumulator 439
Elektrolyse-Zellen 439
Die Faradayschen Gesetze 441
Redox-Chemie auf Abwegen: Korrosion 442
Freie Energie und Potential 443


18. Kapitel
Vom Weltraum zur Welt der Atome: Größenordnungen im Universum 451

Größenordnungen im Universum 452
Energie im Universum 453
Temperatur 453
Organisation und Komplexität 456
Organisation, Kohlenstoff und Leben 458


19. Kapitel
Die einfachen Verbindungen des Kohlenstoffs 463

Die einfachsten organischen Moleküle: Kohlenwasserstoffe 465
Ungesättigte Kohlenwasserstoffe 469
Reaktionen von Kohlenwasserstoffen 470
Konjugation, Aromatizität und Farbe 475


20. Kapitel
Die Vielfalt organischer Verbindungen 485

Alkohole, R-OH 486
Phenole, aromatische Alkohole 488
Ether, Aldehyde und Ketone 490
Carbonsäuren 492
Ester 496
Amine und andere organische Basen 498
Aminosäuren 500
Eine Straßenkarte der Organischen Chemie 504


21. Kapitel
Lipide und Kohlenhydrate 509

Fette und Lipide 510
Die Membranstruktur 512
Andere Lipide 514
Kohlenhydrate 516
Polysaccharide: Cellulose und Stärke 520
Struktur, Energie, Information 523


22. Kapitel
Proteine und Nucleinsäuren: die Informationsträger 527

Die Chemie lebender Organismen 528
Welches sind die Kriterien für Leben? 529
Vermehrung 529
Wachstum 530
Metabolismus 530
Ausnutzung der Umgebung und Schutz vor ihr 530
Evolution und Veränderung 531
Moleküle als Informationsträger 532
Proteine 534
Die Kettenfaltung: Faserproteine 538
Globuläre Proteine: Myoglobin und Hämoglobin 540
Nucleotide und Nucleinsäuren 543
Informationsspeicherimg: DNA und RNA 547


23. Kapitel
Energieumwandlung: Atmung und Photosynthese 555

Das gemeinsame Erbe im Metabolismus der Lebewesen 556
Prokaryonten und Eukaryonten 556
Glucose-Stoffwechsel: eine Übersicht 557
Glykolyse, der älteste Mechanismus 562
Der Citronensäure-Cyclus 564
Atmung: Reoxidation der Energieträger 568
Die Strategie der Photosynthese 571
Die Dunkelreaktionen: Kohlenhydratsynthese 572
Die Lichtreaktionen: Einfang der Sonnenenergie 574
Stoffwechsel-Archäologie 578


24. Kapitel
Enzyme und Katalyse 583

Die Rolle der Enzyme 585
Enzyme ermöglichen einen einfacheren Mechanismus 585
Enzyme sorgen für Orientierung 586
Enzyme sorgen für Spezifität 588
Enzymen gelingt eine Kopplung von Reaktionen 588
Ein Beispiel: die Trypsin-Familie 590
Der Mechanismus der Trypsin-Katalyse 595
Inhibitoren 598
Die Entwicklung der Enzymfamilie 600
Größere Enzyme 603


25. Kapitel
Chemische Systeme, die sich selbst erhalten: lebende Zellen 607

Prokaryotische Zellen 608
Eukaryotische Zellen 610
Die eukaryotische Zellmembran 612
Das Cytoplasma 614
Der Zellkern. 614
Das endoplasmatische Reticulum und die Ribosomen 615
Der Golgi-Apparat 615
Die Mitochondrien 616
Die Chloroplasten 619
Lysosomen und Peroxisomen 620
Die Strategie einer eukaryotischen Zelle 621


26. Kapitel
Der Ursprung des Lebens auf der Erde 627

Biochemisches Erbgut des Lebens 629
Bedingungen für das Erscheinen von Leben 631
Die Oparin-Haldane-Theorie für den Ursprung des Lebens 632
Geologische Befunde 633
Präkambrische Fossilien 635
Die Laborbefunde 638
Die Probleme der organisierten Zellen 640
Polymere und Mikrosphären 641
Coacervat-Tropfen und "Protobionten" 642
Das Drama Leben 645


Anhang 1 651

Anhang 2 653

Antworten und Lösungen zu den Fragen und Problemen 659

Register 683