Vorwort

Vorwort zur dritten deutschen Auflage

0 Einführung

0.1 Die Aggregatzustände
0.2 Der physikalische Zustand
0.3 Der Druck
0.4 Die Temperatur
0.5 Die Stoffmenge
Aufgaben

1 Die Eigenschaften der Gase

Zustandsgleichungen

1.1 Die Zustandsgieichung des idealen Gases
Exkurs 1.1 Die Gasgesetze und das Wetter
1.2 Anwendungen der Zustandsgleichung des idealen Gases
1.3 Mischungen von Gasen: Der Partialdruck

Die kinetische Gastheorie

1.4 Der Druck eines Gases
1.5 Die mittlere Geschwindigkeit der Gasmoleküle
1.6 Die Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung
1.7 Diffusion und Effusion
1.8 Intermolekulare Stöße
Exkurs 1.2 Die Sonne als Ball aus idealem Gas

Reale Gase

1.9 Intermolekulare Wechselwirkungen
1.10 Die kritische Temperatur
1.11 Der Kompressionsfaktor
1.12 Die Virialgleichung
1.13 Die van-der-Waals-Gleichung
1.14 Die Verflüssigung von Gasen
Aufgaben

2 Thermodynamik: der Erste Hauptsatz

Die Erhaltung der Energie

2.1 System und Umgebung
2.2 Arbeit und Wärme
2.3 Die Messung von Arbeit
2.4 Die Messung von Wärme

Innere Energie und Enthalpie

2.5 Die Innere Energie
2.6 Die Enthalpie
2.7 Die Temperaturabhängigkeit der Enthalpie
Aufgaben

3 Thermochemie

Physikalische Umwandlungen

3.1 Die Enthalpie von Phasenübergängen
3.2 Atomare und molekulare Prozesse

Chemische Reaktionen

3.3 Enthalpieänderungen bei Standardbedingungen
Exkurs 3.1 Nahrung und Energiereserven
3.4 Die Kombination von Reaktionsenthalpien
3.5 Standardbildungsenthalpien
3.6 Die Temperaturabhängigkeit der Reaktionsenthalpie
Aufgaben

4 Thermodynamik: der Zweite Hauptsatz

Die Entropie

4.1 Die Richtung spontaner Prozesse
4.2 Die Entropie und der Zweite Hauptsatz
4.3 Entropieänderungen für einige typische Prozesse
4.4 Entropieänderungen in der Umgebung
4.5 Absolute Entropien und der Dritte Hauptsatz der Thermodynamik
4.6 Die Standardreaktionsentropie
4.7 Die Spontaneität chemischer Reaktionen

Die Freie Enthalpie

Exkurs 4.1 Der hydrophobe Effekt
4.8 Die Beschränkung auf das System
4.9 Eigenschaften der Freien Enthalpie
Aufgaben

5 Phasengleichgewichte reiner Substanzen

Die Thermodynamik von Phasenübergängen

5.1 Die Stabilitätsbedingung
5.2 Die Druckabhängigkeit der Freien Enthalpie
5.3 Die Temperaturabhängigkeit der Freien Enthalpie

Phasendiagramme

5.4 Phasengrenzlinien
5.5 Der Verlauf von Phasengrenzlinien
5.6 Charakteristische Punkte im Phasendiagramm
5.7 Die Phasenregel
5.8 Phasendiagramme ausgewählter Substanzen
Aufgaben

6 Die Eigenschaften von Mischungen

Die thermodynamische Beschreibung von Mischungen

6.1 Konzentrationsmaße
6.2 Partielle molare Größen
6.3 Spontane Mischungsprozesse
6.4 Ideale Lösungen
6.5 Ideal verdünnte Lösungen
Exkurs 6.1 Die Löslichkeit von Gasen und die Atmung
6.6 Reale Lösungen: Aktivitäten

Kolligative Eigenschaften

6.7 Siedepunktserhöhung und Gefrierpunktserniedrigung
6.8 Osmose
Exkurs 6.2 Dialyse und der Aufbau von Proteinen

Phasendiagramme von Mischungen

6.9 Mischungen flüchtiger Flüssigkeiten
6.10 Flüssig/Flüssig-Phasendiagramme
6.11 Flüssig/Fest-Phasendiagramme
6.12 Ultrareinheit und kontrollierte Verunreinigung
Aufgaben

7 Die Grundlagen des chemischen Gleichgewichts

Thermodynamische Grundlagen

7.1 Die Freie Reaktionsenthalpie
7.2 Die Abhängigkeit der Freien Reaktionsenthalpie von der Zusammensetzung
7.3 Reaktionen im Gleichgewichtszustand
7.4 Die Freie Standardreaktionsenthalpie
7.5 Gekoppelte Reaktionen
Exkurs 7.1 Anaerober und aerober Stoffwechsel
7.6 Die Zusammensetzung im Gleichgewicht
Exkurs 7.2 Myoglobin und Hämoglobin

Der Einfluss äußerer Bedingungen auf das Gleichgewicht

7.7 Die Gegenwart eines Katalysators
7.8 Der Einfluss der Temperatur
7.9 Der Einfluss des Drucks
Aufgaben

8 Das Chemische Gleichgewicht

Säure-Base-Gleichgewichte

8.1 Die Bransted-Lowry-Theorie
8.2 Protonierung und Deprotonierung
8.3 Mehrwertige Säuren
8.4 Amphotere Systeme

Wässrige Salzlösungen

8.5 Säure-Base-Titrationen
8.6 Puffer
8.7 Indikatoren

Lösungsgleichgewichte

8.8 Das Löslichkeitsprodukt
8.9 Der Einfluss gemeinsamer Ionen auf die Löslichkeit
Aufgaben

9 Elektrochemie

Die Wanderung von Ionen

9.1 Die Leitfähigkeit
9.2 Die Ionenbeweglichkeit

Elektrochemische Zellen

9.3 Halbreaktionen und Elektroden
9.4 Reaktionen an Elektroden
9.5 Zelltypen
Exkurs 9.1 Aktionspotenziale
9.6 Die Zellreaktion
9.7 Das Zellpotenzial
9.8 Zellen im Gleichgewicht
Exkurs 9.2 Die chemiosmotische Theorie
9.9 Standardpotenziale
9.10 Die pH-Abhängigkeit des Potenzials
9.11 Die Bestimmung des pH-Werts

Anwendungen von Standardpotenzialen

Exkurs 9.3 Cytochrom-Kaskaden
9.12 Die elektrochemische Reihe
9.13 Die Bestimmung von thermodynamischen Funktionen
Aufgaben

10 Chemische Kinetik

Empirische chemische Kinetik

10.1 Experimentelle Methoden
10.2 Anwendung der Methoden
Exkurs 10.1 Ultraschnelle Reaktionen: Femtosekundenchemie

Reaktionsgeschwindigkeiten

10.3 Die Definition der Reaktionsgeschwindigkeit
10.4 Geschwindigkeitsgesetze und Geschwindigkeitskonstanten
10.5 Die Reaktionsordnung
10.6 Die Bestimmung des Geschwindigkeitsgesetzes
10.7 Integrierte Geschwindigkeitsgesetze
10.8 Halbwertszeiten

Die Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit

10.9 Die Arrhenius-Parameter
10.10 Die Stoßtheorie
10.11 Die Theorie des aktivierten Komplexes
10.12 Katalyse
Aufgaben

11 Die Interpretation von Ceschwindigkeitsgesetzen

Reaktionsschemata

11.1 Das Erreichen des Gleichgewichtszustands
11.2 Folgereaktionen

Reaktionsmechanismen

11.3 Elementarreaktionen
11.4 Die Aufstellung von Geschwindigkeitsgesetzen
11.5 Die Näherung des stationären Zustands
11.6 Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt
11.7 Reaktionen auf Oberflächen
11.8 Unimolekulare Reaktionen

Enzymreaktionen

Exkurs 11.1 Katalytische Aktivität und katalytische Antikörper
11.9 Die Wirkung von Enzymen
11.10 Enzyminhibierung

Kettenreaktionen

11.11 Das Prinzip der Kettenreaktion
11.12 Geschwindigkeitsgesetze von Kettenreaktionen
11.13 Explosionen

Photochemische Prozesse

11.14 Die Quantenausbeute
Exkurs 11.2 Photobiologie
11.15 Geschwindigkeitsgesetze photochemischer Reaktionen
Aufgaben

12 Quantentheorie

Das Versagen der klassischen Physik

12.1 Die Strahlung des Schwarzen Körpers
12.2 Wärmekapazitäten
12.3 Der photoelektrische Effekt
12.4 Beugung von Elektronen
12.5 Atomare und molekulare Spektren

Die Dynamik mikroskopischer Systeme

12.6 Die Schrödinger-Gleichung
12.7 Die Bornsche Interpretation
12.8 Die Unschärferelation

Anwendungen der Quantenmechanik

12.9 Translation: Teilchen im Kasten
12.10 Rotation: Teilchen auf einer Kreisbahn
12.11 Schwingung: der harmonische Oszillator
Exkurs 12.1 Rastertunnelmikroskop
Aufgaben

13 Der Aufbau der Atome

Wasserstoffahnliche Atome

13.1 Die Spektren wasserstoffähnlicher Atome
13.2 Der Aufbau wasserstoffähnlicher Atome
13.3 Quantenzahlen
13.4 Wellenfunktionen: s-Orbitale
13.5 Wellenfunktionen: p- und d-Orbitale
13.6 Der Elektronenspin
13.7 Spektrale Übergänge und Auswahlregeln

Der Auflau von Mehrelektronenatomen

13.8 Die Orbitalnäherung
13.9 Das Pauli-Prinzip
13.10 Durchdringung und Abschirmung
13.11 Das Aufbauprinzip
13.12 Die Besetzung der d-Orbitale
13.13 Die Konfiguration von Kationen und Anionen

Die Periodizität der atomaren Eigenschaften

13.14 Der Atomradius
Exkurs 13.1 Atomradius und Atmung
13.15 Ionisierungsenergie und Elektronenaffinität

Die Spektren von Mehrelektronenatomen

13.16 Termsymbole
13.17 Die Spin-Bahn-Kopplung
Aufgaben

14 Die chemische Bindung

Einführende Konzepte

14.1 Bindungstypen
14.2 Potenzialkurven

Die Valence-Bond-Theorie

14.3 Zweiatomige Moleküle
14.4 Mehratomige Moleküle
14.5 Promotion und Hybridisierung
14.6 Resonanz

Molekülorbitale

14.7 Linearkombinationen von Atomorbitalen
14.8 Bindende Orbitale
14.9 Antibindende Orbitale
14.10 Der Aufbau zweiatomiger Moleküle
14.11 Wasserstoff- und Heliummolekül
14.12 Zweiatomige Moleküle der zweiten Periode
14.13 Symmetrie und Überlappung
14.14 Die elektronische Struktur homonuklearer zweiatomiger Moleküle
14.15 Die Parität
14.16 Heteronukleare zweiatomige Moleküle
14.17 Polare kovalente Bindungen
14.18 Der Aufbau mehratomiger Moleküle
Exkurs 14.1 Computerchemie
Aufgaben

15 Metallische und ionische Festkörper

Die chemische Bindung in Festkörpern

15.1 Die Bändertheorie
15.2 Die Besetzung der Bänder
15.3 Das ionische Bindungsmodell
15.4 Die Gitterenthalpie
15.5 Coulomb-Beiträge zu Gitterenthalpien

Kristallstrukturen

15.6 Die Elementarzelle
15.7 Die Identifizierung von Kristallebenen
15.8 Strukturbestimmung
15.9 Das Braggsche Gesetz
15.10 Experimentelle Techniken

Typische Kristallstrukturen

15.11 Die kristalline Struktur der Metalle
15.12 lonenkristalle
Aufgaben

16 Molekulare Systeme

Der Ursprung der Kohäsion

16.1 Wechselwirkungen zwischen Partialladungen
16.2 Elektrische Dipolmomente
16.3 Die Wechselwirkung zwischen Dipolen
16.4 Induzierte Dipolmomente
16.5 Dispersionswechselwirkungen
16.6 Wasserstoffbrückenbindungen
16.7 Die Gesamtwechselwirkung

Biopolymere

16.8 Polypeptidstrukturen
Exkurs 16.1 Die Vorhersage von Proteinstrukturen
16.9 Denaturierung

Flüssigkeiten

16.10 Die relative Anordnung von Molekülen
16.11 Molekulare Bewegung in Flüssigkeiten

Mesophasen und disperse Systeme

16.12 Flüssigkristalle
16.13 Unterteilung disperser Systeme
Exkurs 16.2 Zellmembranen
16.14 Oberfläche, Struktur und Stabilität
16.15 Die elektrische Doppelschicht
Aufgaben

17 Rotationen und Schwingungen von Molekülen

Allgemeine Aspekte der Spektroskopie

17.1 Experimentelle Methoden
17.2 Intensitäten und Linienbreiten

Rotationsspektroskopie

17.3 Energieniveaus der Rotation von Molekülen
17.4 Rotationsübergänge: Mikrowellenspektroskopie
17.5 Raman-Rotationsspektren

Schwingungsspektroskopie

17.6 Schwingungen von Molekülen
17.7 Schwingungsübergänge
17.8 Raman-Schwingungsspektren zweiatomiger Moleküle
17.9 Schwingungen mehratomiger Moleküle
17.10 Raman-Schwingungsspektren mehratomiger Moleküle
Aufgaben

18 Elektronenübergänge

Spektren im sichtbaren und ultravioletten

18.1 Das Franck-Condon-Prinzip
18.2 Die Messung von Intensitäten
18.3 Zirkulardichroismus
18.4 Spezielle Arten von Elektronenübergängen

Die Desaktivierung angeregter Zustände

Exkurs 18.1 Die Photochemie des Sehvorgangs

18.5 Fluoreszenz
18.6 Fluoreszenzlöschung
18.7 Phosphoreszenz
18.8 Laser

Photoelektronenspektroskopie
Aufgaben

19 Magnetische Resonanz

Das Prinzip der magnetischen Resonanz

19.1 Kerne in Magnetfeldern
19.2 Technische Aspekte

Die Auswertung von NMR-Spektren

19.3 Die chemische Verschiebung
19.4 Die Feinstruktur

Exkurs 19.1 Magnetische Bildgebungsverfahren

19.5 Spinrelaxation
19.6 Der Kern-Overhauser-Effekt
Aufgaben

20 Statistische Thermodynamik

Die Zustandssumme

20.1 Die Boltzmann-Verteilung
20.2 Bedeutung der Zustandssumme
20.3 Beispiele von Zustandssummen

Thermodynamische Eigenschaften

20.4 Innere Energie und Wärmekapazität
20.5 Entropie und Freie Enthalpie
20.6 Das Gleichgewicht auf statistischer Grundlage
Exkurs 20.1 Der Helix-Knäuel-Übergang in Polypeptiden
Aufgaben

Zusatzinformation 1: Mathematische Methoden

1.1 Algebraische Gleichungen und Graphen
1.2 Logarithmus- und Exponentialfunktionen
1.3 Ableiten und Integrieren

Zusatzinformation 2: Größen und Einheiten
Zusatzinformation 3: Energie und Kraft
Zusatzinformation 4: Die kinetische Gastheorie
Zusatzinformation 5: Die Abhängigkeit der Freien Enthalpie von Druck und Temperatur
Zusatzinformation 6: Begriffe der Elektrostatik
Zusatzinformation 7: Elektromagnetische Strahlung und Photonen
Zusatzinformation 8: Oxidationszahlen
Zusatzinformation 9: Die Lewis-Theorie der kovalenten Bindung
Zusatzinformation 10: Das VSEPR-Modell

Anhang 1
Anhang 2
Anhang 3: Die Aminosäuren

Häufig verwendete Beziehungen

Mathematische Beziehungen

Ausgewählte griechische Buchstaben

Präfixe

Wichtige Zahlenwerte und Naturkonstanten

Periodensystem

Lösungen zu den Aufgaben

Lösungen zu den Exkursen

Index