Chemie ist viel einfacher, als es häufig heißt. Dieses Buch soll dazu beitragen, ihr Interesse an diesem Fach zu wecken oder zu vertiefen. Alle grundlegenden Prinzipien der Chemie werden nachvollziehbar dargestellt. Querbezüge und Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Fachgebieten werden gezeigt. Sie werden keine Formel finden, deren Herleitung Sie nicht nachvollziehen können. Am Ende fast jeden Kapitels gibt es Übungsaufgaben. Ausführliche Lösungen gibt es natürlich auch. Das sollte nicht nur für die Prüfungen der ersten Semester reichen, sondern Ihnen auch ein sicheres Fundament für Ihr weiteres Studium bieten.
Inhaltsverzeichnis
Ü ber die Autoren 7
Einfü hrung 29
Tö richte Annahmen ü ber den Leser 31
Zu diesem Buch 31
Wie Sie dieses Buch einsetzen 32
Symbole in diesem Buch 34
Was Sie nicht lesenmü ssen 35
Wie dieses Buch aufgebaut ist 36
Wie es weitergeht 39
Teil I Ausrü stung Fü r die Chemische Expedition 41
Kapitel 1 Denken wie die Naturwissenschaftler 43
Von der Beobachtung zur Theorie 43
Je nach Bedarf - Modelle und ihre Grenzen 49
Kapitel 2 Kauderwelsch? - Fachchinesisch gehö rt dazu 53
Grundgrö ß en 54
Alles festgeklopft: die SI-Einheiten 55
Normal ist das nicht 57
Was ist denn ein Quadratliter? - In welchen Dimensionen denken wir eigentlich? 58
Chemiker mö gen's extrem: sehr kleine und sehr groß e Zahlen 61
Kapitel 3 Erkenntnisse ü ber die Materie 65
Gesetzmä ß igkeiten 67
Einteilung der Stoffe 68
Die Natur hat ihren eigenen Kopf 70
Kapitel 4 Definitionssachen 73
Hier geht es um ein Atom 73
Hier geht es um viele Atome 79
Was ist eine empirische Formel? 84
Kapitel 5 Energetische Betrachtungen 89
Was ist ü berhaupt Energie? 89
Wie viel Energie ist das? 91
Wundersame Verwandlungen 92
Prozesse ohne Stoffverä nderung - das ist Physik 94
Prozesse mit Stoffumwandlung - das ist Chemie 96
Kapitel 6 Damit mü ssen Sie rechnen 101
Dreisatz 101
Potenzen 103
Logarithmus 104
Achtung: Signifikanz 106
Infinitesimalrechnung 108
Nur fü r Streber: Unlö sbares lö sbar machen 113
Teil II Atome und Periodensystem - das Brot Fü r Den Chemiker 119
Kapitel 7 Das Atom steht Modell 121
DEMOKRIT 122
DALTON 122
THOMSON 123
LENARD 124
RUTHERFORD 125
BOHR 127
SOMMERFELD 127
SCHRÖ DINGER 128
KIMBALL 129
Kapitel 8 Das BOHR'sche Atommodell 131
Moment! Was ist denn ü berhaupt ein 'Quant'? 132
Das klassische Atom 132
BOHR'sche Postulate 135
Das Spektrum des Wasserstoffs 136
Kapitel 9 Elektronen beim Wellenreiten 143
Was haben Licht, Wasser und Elektronen gemeinsam? 144
Wie ist das mit SCHRÖ DINGERs Katze? 151
Quantenzahlen 154
Orbitale 156
Kapitel 10 Das Periodensystem der Elemente 163
Die sonderbare Ordnung der Elemente 163
Wer zuerst kommt, besetzt die besten Plä tze 166
Was ist denn hier periodisch? 176
Teil III Chemische Bindungen - Oder: Was Machen die Atome Den Ganzen Tag? 191
Kapitel 11 Ionenbindungen - berü hrungsfreier Zusammenhalt 193
Oktettregel - was wird hier geregelt? 194
Die Bausteine 195
Bis hierher und nicht weiter 198
Die Gitterenergie ist entscheidend 199
Gitterwelten 204
Kapitel 12 Kovalente Bindung - hier entstehen Molekü le 213
Einfach, aber praktisch - die LEWIS-Schreibweise 214
So viele Formeln! 216
3D-Konstruktionen mithilfe des VSEPR-Modells 217
Und die Orbitale? - Das VB-Modellmacht vieles anschaulich 223
Warum gibt es ü berhaupt Molekü le? - die MO-Theorie weiß die Antwort 234
Kein Modell kann alles leisten: VB trifft MO 249
Nur fü r Streber: Symmetrie in der Chemie, Teil 1 - Molekü le 249
Kapitel 13 Koordinative Bindung - Geschenke werden gerne genommen 261
Koordinative Bindungen in einfachen Molekü len 262
Hier bekommen Sie Komplexe 262
Komplexe Bindungen 268
Nicht kaputt zu kriegen? 280
Alles so schö n bunt hier 284
Isomerie 287
Kapitel 14 Hart im Nehmen - die Metalle 295
Metallische Eigenschaften 296
Kristallstrukturen 298
Wie hä lt das eigentlich zusammen? 309
Nur fü r Streber: EINSTEIN ist ü berall 317
Kapitel 15 Intermolekulare Wechselwirkungen - Bedü rfnis nach Gesellschaft 323
Krä ftevergleich 324
Teil IV Thermodynamische Grundlagen - Was Geht Ü berhaupt? 331
Kapitel 16 die Grammatik der Thermodynamik 333
Thermodynamisches Vokabular 334
Die Hauptsä tze 346
Was treibt die Chemie an? 354
Nur fü r Streber: Woher kommt das Massenwirkungsgesetz? 358
Kapitel 17 Hier bekommen Sie (noch mehr) Zustä nde 363
Auf den Unterschied kommt es an 363
Wer verursacht einen Zustand? 366
Zustandsdiagramme 367
Teil V Zustandsformen der Materie 377
Kapitel 18 Gase 379
Gase machen Druck 380
Das ideale Gasgesetz 384
Nur fü r Streber: Gase genauer betrachtet - die kinetische Gastheorie 386
Kapitel 19 Flü ssigkeiten 389
Erkennungsmerkmale 389
Kapitel 20 Lö sungen 401
Eine Lö sung wird gesucht 402
Lö sungswä rme 404
Die Lö slichkeit ist beeinflussbar 406
Dies hä ngt von der Konzentration ab 409
Nur fü r Streber: Immer diese Thermodynamik 415
Kapitel 21 Feststoffe 419
Sind wir jetzt ordentlich oder nicht? - Kristallin oder amorph 419
Gitter fü r Fortgeschrittene 420
Polymorphie - Festkö rper-Lego® 430
Nur fü r Streber: Symmetrie in der Chemie, Teil 2 - im Gitter 433
Teil VI Chemische Reaktionen und Alles, Was Dazugehö rt 441
Kapitel 22 Stö chiometrie - wie viel reagiert denn da? 443
Warum Reaktionsgleichungen? 444
Lohnt sich das ü berhaupt? 448
Kapitel 23 die Zeit lä uft - wie schnell ist eine Reaktion? 453
Was ist ü berhaupt Reaktionsgeschwindigkeit? 454
Erledigung der Formalitä ten - Ordnung muss sein 456
Geht's nicht schneller? 459
Nur fü r Streber: Reaktionsgeschwindigkeit mit Quantitä t 463
Kapitel 24 Ein ewiges Hin und Her - das chemische Gleichgewicht 469
Von wegen Ruhe - hier ist alles dynamisch 469
Der Weg zum Massenwirkungsgesetz (MWG) 472
Chemie - keine Kä mpfernatur: Rü ckzug garantiert 476
Gesä ttigte Lö sungen - das Lö slichkeitsprodukt 481
Kapitel 25 Geben und nehmen - Sä ure/Base-Gleichgewichte 487
Fü r alles gibt es Konzepte 488
Wenn Wasser sonst nichts zu tun hat 493
Der pH-Wert 495
Lebenslang verheiratet - die Sä ure/Base-Paare 496
pH-Wert-Berechnung 504
Titrationskurven - alle Facetten 516
Kartoffelpuffer kö nnen so etwas nicht 524
Kapitel 26 Chemie unter Strom - Elektrochemie 533
Auch hier im Doppelpack 534
Nü tzliche Oxidationszahlen 535
Wie wird eine Redox-Gleichung aufgestellt? 538
Hat durchaus Potential 541
Was Redox-Paare sonst noch so kö nnen 550
Batterien? - Kenne ich! 550
Wenn Gewalt im Spiel ist - die Elektrolyse 556
Was ist denn nun eine Batterie? 560
Teil VII Stoffchemie - Jetzt Wird Es Konkret 563
Kapitel 27 -id, -it, -at - wie denn nun? 565
Das Kind bekommt einen Namen 565
Spitznamen - gar nicht trivial 570
Kapitel 28 Elemente allein zu Haus 573
Allotropie - Polymorphie fü r Einzelgä nger 573
Mit uns spielt ja keiner - oder doch? die Edelgase 583
Kapitel 29 Wenn Salzbildner keine Salze bilden - die Chemie der Halogene 589
Unter Ihresgleichen 590
Salzsä ure und Co. - die Halogenwasserstoffe HX 592
Sauer mit Sauerstoff 593
Halogene und der Rest des Periodensystems 596
Kapitel 30 Mehr als nur Atemluft - Sauerstoff & Co 599
Wasserstoffoxide - H2O und darü ber hinaus 599
Wenn Sauerstoff mit seinen Geschwistern spielt 601
Wenn Stickstoff auf die Chalkogene trifft 606
Chalkogene und der Rest der 5. Hauptgruppe 611
Chalkogene und die 4. Hauptgruppe 616
Wenn Salzbildner auf Erzbildner treffen - Chalkogene und Halogene 618
Sie heiß en ja nicht umsonst 'Erzbildner' 619
Kapitel 31 Ammoniak und mehr - die 5. Hauptgruppe 621
Was der Stickstoff so alles kann! 622
Von niedermolekular zu hochmolekular - geometrisch betrachtet 633
Kapitel 32 Unfassbar viele Mö glichkeiten mit Kohlenstoff & Co 635
Kohlenstoff und was er kann 636
Silicium: wirklich der groß e Bruder vom Kohlenstoff 642
Jetzt ist alles glasklar: SiO2 643
Und weiter im Periodensystem: Germanium, Zinn und Blei 653
Kapitel 33 Hier mangelt's gewaltig - die 3. Hauptgruppe 655
Das hat man davon, wenn's nicht reicht: Elektronenmangelverbindungen 655
Borane - unendliche Vielfalt 666
Zwischen den Welten: das Halbmetall Bor 670
Kapitel 34 Metalle in Haupt- und Nebengruppen 673
Welche Ladung darf 's denn sein? 673
Im Team: Legierungen - und darü ber hinaus 684
Teil VIII Organische Chemie - Chemie-Lego® Fü r Fortgeschrittene 693
Kapitel 35 Aus altmach neu - aus AC wird OC 695
Vielfalt trotz weniger unterschiedlicher Bausteine 698
Wie heiß t denn das? - Systematische Nomenklatur 704
Was fü r zappelige Dinger! 705
Was Sie schon kennen - in neuem Lichte betrachtet 708
Eigentlich gar nicht so unü bersichtlich! 713
Wie schlau sind wir schon? - Eine Zwischenbilanz 714
Kapitel 36 Partnertausch in der OC 717
Gar nicht politisch: Freie Radikale 717
Elektronisches Tauziehen 723
Bild und Spiegelbild - Stereochemie 725
Partnertausch auf anderem Wege: die Nucleophile Substitution 736
Noch ein Wechselspiel der Krä fte - kinetisch versus thermodynamisch 741
Kapitel 37 Erst die Scheidung, dann die Unzufriedenheit 745
Wenn man sich in der Chemie trennt: die Eliminierung 745
Der Anfang einer neuen Beziehung 751
Wenn Doppelbindungen einander bemerken 755
Jenseits der Doppelbindung 760
Kann sich der Wasserstoff bitte mal entscheiden? 762
Nur fü r Streber: MO in der OC? 764
Kapitel 38 der Herr der Ringe 771
Wenn der Kohlenstoff unter sich bleibt 771
Mehr Abwechslung 779
Wenn sich Mehrfachbindungen hä ufen 781
Partnertausch am Ring 784
Das muss doch auch anders gehen! - Ring-Varianten 789
Nur fü r Streber: Herr HÜ CKEL! Sie schon wieder? 800
Kapitel 39 Wenn nicht der Kohlenstoff den Ton angibt 809
Alkohole - die groß en Brü der des Wassers 809
Wenn der Alkoholmit der Sä ure 814
Lego® mit Ammoniak - Amine 816
Kapitel 40 Wenn der Kohlenstoff langsam sauer wird 819
Nicht die jetzt auch noch! - Organische Redox-Reaktionen! 819
Empfindliche Burschen & Putzmittel: Aldehyde und Ketone 821
Jetzt ist er sauer 832
Noch mehr Lego® 840
Das Kind bekommt einen Namen - Teil 2: Prioritä ten bei der Organischen Nomenklatur 844
Kapitel 41 Alles gleichzeitig: Pericyclische Reaktionen 849
Erst auf, dann zu: Elektrocyclische Reaktionen 849
Aus zweimach eins: Cycloadditionen 855
Und wieder zurü ck: Cycloreversionen 858
Und wer kein p-Orbital hat, bleibt drauß en? - Sigmatrope Reaktionen 861
Kapitel 42 Nur fü r Streber: Grundlagen der organischen Synthese 869
Wundersame Stoffumwandlung? 870
Noch einmal: Redox 871
Wenn die Kette lä nger wird 876
Wo soll das alles enden? - Verä nderungen 888
Stereochemie in der Synthese 893
Rü ckwä rts gedacht: Retro-Synthese 896
Kapitel 43 Nur fü r Streber: Spiel (fast) ohne Grenzen - Metallorganik/Elementorganik 903
Kohlenstoff trifft Metall 903
Nicht nur graue Theorie - Metallorganik in der Synthese 913
Metall auf Metall - Mehrkernige Komplexe 919
C und der Rest des PSE - wo OC auf AC trifft 921
Teil IX Chemie - die Wissenschaft Des Lebens 925
Kapitel 44 Ach, wie sü ß ! - Traubenzucker und andere Kohlenhydrate 927
Zwei groß e Familien 927
Chemie-Lego® mit grö ß eren Bausteinen 939
. . . und wenn sie zusammengefü gt warden 943
Kapitel 45 Molekü le, die das Leben schreiben - DNA und RNA 949
Ein Schritt nach dem anderen 949
Der groß e Bauplan - DNA 952
Was die Natur damit macht 954
Kapitel 46 Sauer und basisch auf Leben und Tod - Aminosä uren 959
Nicht alle Sä uren sind einfach nur ä tzend! 959
Aminosä uren tun sich zusammen 969
Proteine: Enzyme und mehr 977
Nur fü r Streber: die Mutanten kommen! 984
Kapitel 47 Spü li in der Zellmembran? - Lipide 989
So dü nn und so wichtig - Lipid-Doppelschichten 990
Stä ndig in Bewegung: die Zellmembran (ein bisschen Biologie) 996
Kapitel 48 Essen und Ausscheiden, Wachsen und Verwesen - alles ist Chemie 999
Warum atmen wir eigentlich? 999
Der Stoffwechsel - ein bunter Strauß eigentlich einfacher Reaktionen 1002
Ohne Chemie gä b's Skorbut: Krankheiten, chemisch betrachtet 1013
Leichengifte, Leichenstarre - pure Chemie 1015
Was uns Pflanzen voraushaben - die Photosynthese 1019
Wie bitte? - Bioanorganische Chemie? ! 1020
Was die Chemie dem Pharmazeuten beschert - SAR 1025
Kapitel 49 Chemie-Lego® mit nur einem Baustein? - Terpene, Terpenoide . . . und darü ber hinaus 1037
Kopf an Kopf, Kopf an Schwanz . . . drei Mö glichkeiten 1039
Eine groß e Familie 1041
Woher kommt denn das? - die Biosynthese des Isoprens 1055
Teil x . . . und sie spezialisieren sich doch! 1061
Kapitel 50 Woher weiß man das alles? - die Analytik macht's mö glich 1063
Analytische Chemie im Reagenzglas 1063
Was wirdmit Gemischen gemacht? - Wichtige Trennmethoden 1067
Mit schwerem Gerä t 1070
Molekü le im Fleischwolf: Massenspektrometrie 1088
Kapitel 51 Chemiker und Ingenieure halten zusammen - Technische Chemie 1093
Synthese im Tonnenmaß stab 1095
Groß e Apparate mü ssen her 1097
Der Weg ist das Ziel 1101
Hier haben Ingenieure das Sagen 1103
Kapitel 52 An der Grenze von Chemie und Physik - Kernchemie 1105
Kernumwandlungen 1105
Radioaktivitä t 1112
Kü nstliche Kernumwandlungen 1120
Teil XI der Top-Ten-Teil 1125
Kapitel 53 Gestatten? - Politchemiker! Zehn Spezialgebiete der Chemie 1127
Polymerchemie 1127
Umweltchemie 1129
Lebensmittelchemie 1132
Pharmazeutische Chemie 1134
Kolloidchemie 1135
Lackchemie 1137
Bauchemie 1137
Theoretische Chemie 1139
Wirtschaftschemie 1139
Kosmochemie 1141
Kapitel 54 So bitte nicht! - Zehn Fettnä pfchen, denen Sie ausweichen sollten 1143
Das Wort 'Atom' ist vö llig ü berbewertet! 1143
Umdeutungen von Fachtermini 1144
Achten Sie auf Ihre Aussprache! 1144
Was ist denn CO2? ! 1144
In Formeln sprechen 1144
Die guten alten Polyeder 1145
Lithium 1145
Die Begriffe 'oxidieren' und 'reduzieren' 1145
Manche Substanzen heiß en einfach so! 1145
Manche Substanzen heiß en eben nicht so! 1145
Glossar 1147
Lö sungen 1157
Stichwortverzeichnis 1207
