Skip to main content
main-content

Über dieses Buch

​Für viele Menschen ist die Chemie eine schwer verständliche Wissenschaft, und die Hemmschwelle, sich mit ihr auseinanderzusetzen, ist entsprechend groß. Insbesondere der Einstieg wird erschwert durch physikalische und mathematische Modelle und Grundlagen, die eher abschrecken als erklären. Wie gut wäre es, ein Buch zu haben, welches auf die detaillierte Beschreibung dieser komplexen Modelle zu Beginn verzichtet und diese erst ins Spiel bringt, wenn sie zum weiteren Verständnis notwendig werden?

Das vorliegende Buch besticht nicht nur durch den klaren und leicht verständlichen Schreibstil der Autoren, der auch junge Menschen anspricht, sondern durch einen ganz neuen didaktischen Ansatz. Der Einstieg in die spannende Welt der Chemie erfolgt über die anorganische Stoffchemie, und die andernorts meist schwer verständlichen physikalischen und mathematischen Grundlagen werden erst behandelt, wo sie in direktem Zusammenhang zum Thema stehen. So kann der Leser nach und nach in die Materie "hineinwachsen" - Aha-Erlebnisse nicht ausgeschlossen! -, ohne gleich zu Beginn abgeschreckt oder gar frustriert zu werden. Dadurch wird dieses Buch der ideale Begleiter für Studierende der Chemie im Bachelor- und Lehramtsstudiengang, aber auch für Studierende mit Nebenfach Chemie und für all diejenigen, die sich gezwungenermaßen mit Chemie auseinandersetzen müssen. Lehrer der gymnasialen Oberstufe können Anregungen für ihre Unterrichtsgestaltung gewinnen, und Schülern kann das Werk eine Entscheidungshilfe bei der Suche nach dem richtigen Studienfach sein. Vielleicht ist es ja doch Chemie?

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Das vorliegende Buch wendet sich an interessierte Schüler wie auch an Studienanfänger naturwissenschaftlicher Fächer, für die eine chemiebezogene, d. h. die Stoffchemie bereits an den Anfang der Abhandlung gestellte, Vorgehensweise hilfreich ist. Für Absolventen der Bachelor-Prüfung der Chemie und angrenzender Fächer mag seine Kenntnis als Präsenzbestand, der ohne Konsultation weiterer Quellen verfügbar sein sollte, angesehen werden.

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Kapitel 2. Definitionen

Die Chemie ist die Lehre von der Materie, ihrem Aufbau, ihren Eigenschaften und ihrer Umwandlung

. Aus in der Tradition verankerten organisatorischen Gründen unterscheidet man zwischen den Teilgebieten

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Kapitel 3. Chemische Stoffe

Jede Materie ist aus chemischen Bestandteilen aufgebaut. Man spricht daher von

chemischen Systemen

. Diese können

heterogen

, d. h. aus Komponenten mit verschiedenen physikalischen und chemischen Eigenschaften aufgebaut sein, oder

homogen

sein. Homogene Systeme haben durchgehend identische Eigenschaften. Sie können Lösungen (man unterscheidet zwischen flüssigen und festen Lösungen oder Gasmischungen) oder reine Stoffe sein. Reine Stoffe wiederum lassen sich in chemische Verbindungen (Moleküle bzw. Salze mehrerer Atomsorten) oder Elemente (Moleküle bzw. Atome nur einer Atomsorte) einteilen.

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Kapitel 4. Atombau I

Im vorstehenden Kapitel haben wir erfahren, dass Materie (chemische Systeme) aus Molekülen bzw. Ionen aufgebaut ist, die wiederum durch Verknüpfung von Atomen (Atombindung) bzw. Ionen (Ionenbindung) gebildet werden. Das Knüpfen und Lösen solcher Bindungen bezeichnet man als

chemische Reaktion

. Demgegenüber ist die Spaltung und Verschmelzung von Atomen ein physikalischer Vorgang, der später besprochen werden soll (vgl. E40). Zum Verständnis der chemischen Bindung, mithin der chemischen Reaktion, benötigen wir jedoch eine zunächst stark vereinfachte Kenntnis des Aufbaus der Atome.

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Kapitel 5. Das Periodensystem der Elemente

Wir haben bereits gesehen, dass die chemischen Eigenschaften eines Atoms wesentlich von der Konfiguration seiner Valenzelektronen nl

x

bestimmt werden.

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Kapitel 6. Die Elemente der Gruppe 18 (Edelgase)

Die Elemente der Gruppe 18 heißen Edelgase, weil man früher irrtümlich glaubte, sie könnten sich prinzipiell nicht mit anderen Elementen verbinden. Das ist nicht der Fall. Dennoch nehmen diese Elemente insofern eine Sonderstellung ein, als sie als einzige Elemente unter Normalbedingungen (1 at 20 °C) atomar vorkommen. Sie vereinigen sich also nicht mit sich selbst zu Edelgasmolekülen.

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Kapitel 7. Der Wasserstoff

Während die Edelgase sich durch vollständig besetzte Valenzschalen (1s

2

bzw. ns

2

ns

6

) und eine hiermit verbundene geringe Bereitschaft zur Ausbildung chemischer Bindungen auszeichnen, sind die

repräsentativen Elemente

(zur Definition vgl.

Abschn. 17.1

.1) durch teilweise besetzte Valenzorbitale der Nebenquantenzahlen s und p charakterisiert, die – abgesehen vom Element Wasserstoff – über vollständig besetzten oder leeren inneren Orbitalen liegen. Hieraus resultiert für diese Atome eine hohe Bereitschaft zur Abgabe oder Aufnahme von Elektronen, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen.

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Kapitel 8. Die chemische Reaktion

Gehen Elemente oder Verbindungen (A, B, …) eine chemische Reaktion unter Bildung von C, D,… ein, so formuliert man diesen Vorgang entsprechend

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Kapitel 9. Die Elemente der Gruppe 17 (Halogene)

Den Elementen der Gruppe 17 ist die Valenzelektronenkonfiguration ns

2

np

5

gemeinsam. Ihr chemisches Verhalten wird folglich dominiert von dem starken Bestreben, ein Elektron unter Bildung der nächstliegenden stabilen Edelgaskonfiguration aufzunehmen. Diese Tendenz macht die Halogene in ihrer elementaren Form zu reaktiven Substanzen.

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Kapitel 10. Die Elemente der Gruppe 1 (Alkalimetalle)

Auch in der Gruppe 1 zeigen die Elemente den bei den Edelgasen und Halogenen gefundenen Gang der Eigenschaften (Tab. 10.1).

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Kapitel 11. Die Elemente der Gruppe 16 (Chalkogene)

Die Elemente E der Gruppe 16 weisen als Atome die Valenzelektronenkonfiguration ns

2

np

4

auf. Sie benötigen zum Erreichen der Edelgaskonfiguration zwei zusätzliche Elektronen, die sie unter Bildung der Dianionen E

2−

aufnehmen.

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Kapitel 12. Die Elemente Der Gruppe 2 (Erdalkalimetalle)

Die Elemente der Gruppe 2 weisen die Valenzelektronenkonfiguration ns

2

auf; sie liegen in ihren Verbindungen sämtlich in der Oxidationszahl +II vor (Tab. 12.1).

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Kapitel 13. Die Elemente der Gruppe 15 (Pnikogene)

Die Elemente der Gruppe 15 weisen die Valenzelektronenkonfiguration ns

2

p

3

(n = 2−6) auf und ermöglichen hierdurch Oxidationszahlen im Bereich von +V bis −III; geradzahlige Oxidationszahlen werden nur bei Vorliegen von E-E-Bindungen bzw. in stabilen Radikalen realisiert. Nur im N

3−

-Ion (z. B. in Li

3

N) wird die Edelgaskonfiguration durch Ausbildung von Ionen erreicht, da in anderen Fällen die hochgeladenen Ionen E

3−

bzw. E

5+

durch die Gegenionen unter Ausbildung von Atombindungen polarisiert werden.

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Chapter 14. Die Elemente der Gruppe 13 (Erdmetalle)

Die Elemente der Gruppe 13 weisen die Valenzelektronenkonfiguration ns

2

p

1

(n = 2–6) auf. In ihrer Chemie dominiert die Oxidationszahl +III. Bedingt durch die relative Stabilität der B–B-Bindung treten beim Bor auch niedrigere Oxidationsstufen auf. Insbesondere beim Thallium bewirkt der

Effekt des inerten Paares

(vgl. E35) eine hohe Stabilität der Oxidationszahl +I. Einen Überblick über die Eigenschaften der Atomsorten gibt Tab. 14.1.

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Kapitel 15. Die Elemente der Gruppe 14 (Kohlenstoffgruppe)

Die Elemente der Gruppe 14 stehen im Zentrum des Periodensystems. Ihre Entfernung von der Edelgaskonfiguration ns

2

np

6

macht sie zur Ausbildung einatomiger Ionen unter chemischen Bedingungen unfähig, mit Ausnahme der dem Effekt des inerten Paares (vgl. E35) unterliegenden Sn

2+

und Pb

2+

. Einen Überblick der Elementeigenschaften gibt Tab. 15.1.

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Kapitel 16. Die Hauptgruppenelemente im Überblick

Die formal erreichbaren Oxidationszahlen ergeben sich aus der Stellung der Elemente im Periodensystem. Unter Verwendung der „alten“ Bezeichnungsweise (1. bis 8. Hauptgruppe) gilt für Elemente der Hauptgruppe a bezüglich der möglichen höchsten (X) und tiefsten (−Y) Oxidationszahlen.

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Kapitel 17. Die Elemente der Nebengruppen

Als Elemente der Nebengruppen werden diejenigen bezeichnet, die als Atome im Valenzbereich die Elektronenanordnung ns

2

(n − 1)d

1−10

bzw. ns

2

(n − 1)d

1

(n − 2)f

1−14

aufweisen. Die Elemente der Gruppe 12 (2. Nebengruppe) besitzen die Elektronenanordnung ns

2

(n − 1)d

10

und werden gelegentlich in der Systematik den Elementen der Hauptgruppen („repräsentative Elemente“, Anordnung der Valenzelektronen n(s,p)

1–7

über vollständig besetzten oder leeren Unterschalen) zugeordnet.

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Kapitel 18. Atombau II

Die zur Beschreibung der Elektronenhülle des Atoms erforderlichen Quantenzahlen hatten wir, um einen einfachen Zugang zur Chemie zu gewinnen, „ad hoc“ definiert Kap. 4. Zum besseren Verständnis dieser für die Chemie grundlegenden Aufbauprinzipien müssen wir die Wechselwirkung zwischen Atomkern und Elektronenhülle auf der Grundlage der klassischen Physik beschreiben. Wir folgen hierbei zunächst der von

Niels Bohr

(1913) entwickelten Beschreibung des Wasserstoffatoms (die hierfür grundlegenden Gleichungen sind in Abb. (18.1 zusammengefasst).

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Kapitel 19. Die Atombindung in wellenmechanischer Betrachtungsweise

In den stoffchemischen Kap. 7 (E4), 9 (E10, E11) und 11 (E18, E19) haben wir eine einführende Betrachtung der Atombindung vorgestellt, deren physikalische Mängel wir unter dem Aspekt der Anschaulichkeit zunächst in Kauf genommen haben. Die Einarbeitung in die Grundlagen des Bohr’schen Atommodells und seine wellenmechanische Weiterentwicklung (Kap. 18) gestatten nun eine vertiefte Betrachtung dieser Bindungsform.

Norbert Kuhn, Thomas M. Klapötke

Backmatter

Weitere Informationen

Premium Partner

in-adhesivesMKVSNeuer Inhalt

BranchenIndex Online

Die B2B-Firmensuche für Industrie und Wirtschaft: Kostenfrei in Firmenprofilen nach Lieferanten, Herstellern, Dienstleistern und Händlern recherchieren.

Whitepaper

- ANZEIGE -

Technisches Interface Design - Beispiele aus der Praxis

Eine gute Theorie besticht nur darin, dass am Ende einer Entwicklung sinnvolle und nutzergerechte Produkte herauskommen. Das Forschungs- und Lehrgebiet Technisches Design legt einen starken Wert auf die direkte Anwendung der am Institut generierten wissenschaftlichen Erkenntnisse. Die grundlegenden und trendunabhängigen Erkenntnisse sind Grundlage und werden in der Produktentwicklung angewendet. Nutzen Sie die Erkenntnisse aus den hier ausführlich dargestellten Praxisbespielen jetzt auch für Ihr Unternehmen.
Jetzt gratis downloaden!

Marktübersichten

Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen. 

Bildnachweise