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Über dieses Buch

Chemische Sachverhalte, die in Feuerwehr-Lehrgängen vermittelt werden, sind oftmals "isolierte Fakten". In dem Buch werden diese Fakten in ein chemisch-physikalisches Gesamtkonzept eingebunden. Hintergründe werden beleuchtet, und Zusammenhänge können erkannt werden. Das Verständnis insgesamt wird erleichtert, taktische Maßnahmen für den Einsatz werden "logisch".

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Einführung

Frontmatter

1. Die Naturwissenschaften

Das Kapitel gibt einen einführenden Überblick zur Unterscheidung der Naturwissenschaften Biologie, Chemie und Physik. Gleichermaßen werden chemische und physikalische Vorgänge unterschieden. Ein Abschnitt über Modelle und Modellvorstellungen rundet das Kapitel ab.

Torsten Schmiermund

2. Stoffe und Stoffgemische

Das Kapitel unterteilt die verschiedenen, uns umgebenden Stoffe in reine Stoffe und Gemische. Homogene und heterogene Gemische werden anhand von Beispielen erläutert, sowie Verbindungen und Elemente unterschieden. Bei den Gemischen wird die Sonderstellung der Legierungen, die sowohl als heterogene wie auch als homogene Gemische auftreten, gesondert berücksichtigt.

Torsten Schmiermund

Zustandsformen der Materie

Frontmatter

3. Aggregatzustände

Das Kapitel beschäftigt sich mit den Aggregatzuständen (fest, flüssig, gasförmig) und deren Umwandlungen ineinander. Neben Wärmeleitung, Wärmeströmung und Wärmestrahlung werden die Fixpunkte Schmelzpunkt und Siedepunkt, die latenten Wärmen, die Wärmekapazität sowie Dampfdruck und Wasserdampfflüchtigkeit betrachtet. Die sicherheitstechnischen Kennzahlen Verdunstungszahl, Dampfdruck, Flammpunkt, Explosionsbereich und Dampf-Dichte-Verhältnis werden erläutert. Die Aggregatzustandsänderungen bei Löschmitteln und die Bedeutung der Aggregatzustände von Gefahrstoffen im ABC-Einsatz runden das Kapitel ab.

Torsten Schmiermund

4. Gase

Das Kapitel behandelt ideale Gase und die Gasgesetze nach Boyle-Mariotte, Amontons und Gay-Lussac sowie die allgemeine und die universellen Gasgleichung. Reale Gase werden am Beispiel der Atemluft behandelt und die kritischen Daten erläutert. Gleichermaßen wird das Zustandekommen eines BLEVE’s erklärt und die Löslichkeit von Gasen in Wasser, auch hinsichtlich des Feuerwehreinsatzes, betrachtet.

Torsten Schmiermund

Atommodelle und Periodensystem

Frontmatter

5. Atome und Atomhülle

Das Kapitel zeigt die Entwicklung der Atomtheorien auf und behandelt die verschiedenen Atommodelle: Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr, Bohr-Sommerfeld und das Orbitalmodell. Grundlagen zum Bau des Atomkerns, zu Atommassen und zur Stoffmenge runden das Kapitel ab.

Torsten Schmiermund

6. Das Periodensystem

Die Entwicklung des Periodensystems der Elemente durch Mendelejew und der Aufbau des Periodensystems bilden den Anfang des Kapitels. Im Weiteren wird der Aufbau des Periodensystems erklärt, werden wichtige periodische Eigenschaften der Elemente erläutert und verschiedene Möglichkeiten zur Darstellung der Elektronenkonfiguration aufgezeigt. Am Ende werden die Haupt- und Nebengruppen kompakt beschrieben.

Torsten Schmiermund

Moleküle, Ionen, Bindungen

Frontmatter

7. Einführung

Das Kapitel gibt einen einführenden Überblick über die Entstehung der heutigen Elementsymbole und über Formeln und Formelschreibweisen. Anhand der Valenzstrichformeln wird der Begriff der Mesomerie erläutert.

Torsten Schmiermund

8. Bindungen

In diesem Kapitel werden Metallbindung, Ionenbindung, Elektronenpaarbindung und polarisierte Elektronenpaarbindung erläutert. Daneben werden Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, van-der-Waals-Kräfte und Wasserstoffbrückenbindungen betrachtet. Betrachtungen zu Atom- und Molekülgittern runden das Kapitel ab.

Torsten Schmiermund

Lösungen und chemische Reaktionen

Frontmatter

9. Chemische Reaktionen: Grundlagen

Das Kapitel gibt einen einführenden Überblick über die Grundgesetze chemischer Reaktionen: Erhaltung der Masse, äquivalente, konstante und multiple Proportionen. Reaktionsgleichungen und Stöchiometrie werden erklärt und Grundlagen zur Namensgebung anorganischer Verbindungen gegeben.

Torsten Schmiermund

10. Lösungen

Neben dem Lösevorgang selbst und der Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit behandelt das Kapitel auch die Löslichkeit von Feststoffen und Flüssigkeiten im Bezug zum Einsatzgeschehen. Reaktionen, die zu Ausfällungen oder zur Gasentwicklung führen werden betrachtet. Daneben finden Konzentrationsangaben wie z. B. Massenanteil, Volumenanteil, Massenkonzentration, Volumenkonzentration und Stoffmengenkonzentration, aber auch ppm- und ppt-Angaben Berücksichtigung.

Torsten Schmiermund

11. Doppelsalze, Komplexe und Dispersionen

Doppelsalze werden von Komplexsalzen unterschieden. Die räumliche Struktur von Komplexen wird in ihren Grundzügen dargestellt und die Namensgebung für diese Verbindungen erläutert. Neben Hinweisen zum Themenkomplex „Wasserhärte und Löschwasserversorgung“ wird am Beispiel der Dispersionen auf den Tyndall-Effekt eingegangen und das Funktionsprinzip optischer Rauchmelder erklärt.

Torsten Schmiermund

Säuren und Laugen

Frontmatter

12. Säure-Base-Theorien

Das Kapitel gibt einen Überblick über die verschiedenen Säure-Base-Theorien (Brønsed/Lowry, Lewis) und deren Definitionen der Begriffe „Säuren“, „Base“ und „Salze“. Grundlegende Betrachtungen zum HSAB-Konzept und der Grenzen der verschiedenen Theorien schließen das Kapitel ab.

Torsten Schmiermund

13. Säuren und Laugen

In diesem Kapitel werden die Eigenschaften von Säuren und Laugen, insbesondere aus einsatztechnischen Gesichtspunkten heraus, betrachtet. Im Weiteren gibt das Kapitel eine Übersicht über die wichtigsten Säuren und Laugen.

Torsten Schmiermund

14. pH-Wert

Das Kapitel erklärt den pH-Wert und setzt sich mit der Stärke von Säuren und Laugen auseinander. Es erklärt wie der pH-Wert berechnet werden kann und warum es sauer bzw. alkalisch reagierende Salze gibt. Hinweise zur Messung des pH-Wertes schließen das Kapitel ab.

Torsten Schmiermund

15. Neutralisation

Das Kapitel beschäftigt sich mit der Neutralisation von Säuren und Laugen. Neben Puffersystemen wird ein besonderer Schwerpunkt auf die Neutralisation im Einsatzgeschehen gelegt.

Torsten Schmiermund

Redox-Reaktionen und Elektrochemie

Frontmatter

16. Oxidations-/Reduktionsbegriff

Das Kapitel erklärt die Begriffe „Oxidation“ und „Reduktion“ und vergleicht diese zur Veranschaulichung mit den Begriffen „Säure“ und „Base“. Neben Beispielen für verschiedenste Redox-Reaktionen findet sich eine Anleitung zum Aufstellen von Redox-Reaktionsgleichungen.

Torsten Schmiermund

17. Redoxpaare

Anhand von Halbzellen werden die elektrochemischen Redoxpaare aufgezeigt, die Normalpotentiale erläutert und die Spannungsreihe eingeführt. Es wird gezeigt, wie über das Normalpotential der Reaktionsverlauf vorhergesagt werden kann.

Torsten Schmiermund

18. Berechnung der elektromotorischen Kraft

Durch die Berechnung der elektromotorischen Kraft (EMK), unter Zuhilfenahme der Nernst’schen Gleichung, kann die Spannungserzeugung von Konzentrationsketten ermittelt werden.

Torsten Schmiermund

19. Galvanische Zellen

Das Kapitel gibt einen Überblick über die verschiedenen galvanischen Zellen. Neben historischen Möglichkeiten werden heutige Batterien und Akkumulatoren sowie Brennstoffzellen beschrieben. Betrachtungen zu Lokalelementen und zum kathodischen Korrosionsschutz runden das Kapitel ab.

Torsten Schmiermund

20. Elektrolyse

Das Kapitel beschreibt die Prozesse der Elektrolyse. Neben der Entladbarkeitsreihe und dem Faraday‘schen Gesetz werden verschiedenste Anwendungen der Elektrolyse besprochen. Ein Überblick über die in der Elektrochemie verwendeten Begriffe rundet das Kapitel ab.

Torsten Schmiermund

Radioaktivität

Frontmatter

21. Hintergrundwissen „Strahlung“

Das Kapitel charakterisiert elektromagnetische Wellenstrahlung und deren Spektrum. Neben der Energieeinheit Elektronenvolt werden die Begriffe „Lumineszenz“, „Phosphoreszenz“ und „Fluoreszenz“ behandelt. Teilchenstrahlung wird von Wellenstrahlung unterschieden und das Zustandekommen von Röntgenstrahlung erklärt. Nach einem Überblick über ionisierende Strahlung wird das Funktionsprinzip eines Photoionisationsdetektors erläutert.

Torsten Schmiermund

22. Geschichtliches zur Radioaktivität

Das Kapitel gibt einen Überblick über die historischen Abläufe und Entdeckungen der Radioaktivität. Von Bequerels Fotoplattenversuch über die Entdeckungen des Ehepaars Joliot-Curie bis hin zur Kernspaltung.

Torsten Schmiermund

23. Radioaktivität: Begriffe und Schreibweisen

Das Kapitel ist gleichsam ein Glossar zu Begriffen und Schreibweisen, die in der Kernchemie Anwendung finden: Nuklide, Isotope, Isomere, Isobare und Reinelemente sind nur einige der Stichworte.

Torsten Schmiermund

24. Der Atomkern

Das Kapitel beschäftigt sich mit dem Aufbau des Atomkerns. Neben Tröpfchenmodell und Schalenmodell werden starke und schwache Kernkraft erläutert. Die Stabilität des Neutrons im Atomkern wird ebenso aufgegriffen, wie die Stabilität des Atomkerns an sich.

Torsten Schmiermund

25. Radioaktiver Zerfall

Nach einer Einführung zur Darstellung von Kernreaktionen werden die drei Arten des radioaktiven Zerfalls und die Eigenschaften der ausgesandten Strahlung betrachtet. Hinweise zur Wechselwirkung der Strahlung (Tscherenkow-Strahlung, Photoeffekt, Compton-Effekt) runden das Kapitel ab.

Torsten Schmiermund

26. Nuklidkarten

Das Kapitel gibt einen kurzen Überblick über Nuklidkarten und die Verschiebungen innerhalb der Nuklidkarte in Abhängigkeit des radioaktiven Zerfalls.

Torsten Schmiermund

27. Maßeinheiten der Strahlung radioaktiver Stoffe

Bedingt durch die historische Entwicklung hat sich eine Vielzahl an Maßeinheiten für Radioaktivität, ionisierende Strahlung und deren Wechselwirkungen ergeben. Zuerst werden die heute üblichen Einheiten betrachtet. Im Anschluss werden die nicht mehr gebräuchlichen Einheiten kurz erläutert.

Torsten Schmiermund

28. Messgeräte für die von radioaktiven Stoffen ausgehende Strahlung

Es wird eine grundlegende Übersicht über die Messprinzipien von Strahlungsmessgeräten gegeben. Die Geräte zur Messung ionisierender Strahlung, die im Feuerwehreinsatz Verwendung finden werden erläutert und es werden Einsatzhinweise gegeben.

Torsten Schmiermund

29. Strahlenbelastung

Die Strahlenbelastung der ein Mensch ausgesetzt ist wird erläutert. Sie setzt sich überwiegend aus der kosmischen und der terrestrischen Strahlung sowie der Strahlenbelastung durch zivilisatorische, insbesondere medizinische, Quellen zusammen.

Torsten Schmiermund

30. Biologische Wirkung ionisierender Strahlung

Neben den verschiedenen Arten von Schäden, die durch ionisierende Strahlung ausgelöst werden, wird ein Blick auf die so genannte „strahlenbiologische Reaktionskette“ geworfen. Eine Übersicht über die Faktoren der Strahlenwirkungen und eine besondere Berücksichtigung der Ionisationsdichte helfen die Zusammenhänge zu verstehen.

Torsten Schmiermund

31. Anwendung radioaktiver Stoffe

Die Anwendungen ionisierender Strahlung bzw. radioaktiver Stoffe sind äußerst vielfältig. Das Kapitel gibt einen Überblick über Anwendungen in Technik, Wissenschaft, Medizin und bei einem Messgerät der Feuerwehr: dem Ionenmobilitätsspektrometer.

Torsten Schmiermund

32. Kernreaktionen

Das Kapitel geht kurz auf künstliche Elementumwandlungen im Allgemeinen ein und betrachtet Kernspaltungen und Kernfusion. Neben nuklearen Waffen werden auch radiologische Waffen und Nuklearkriminalität angesprochen.

Torsten Schmiermund

33. Kennzeichnung radioaktiver Stoffe und Bereiche

Das Kapitel erläutert die Kennzeichnungsvorschriften für radioaktive Stoffe im Transportwesen und die Kennzeichnung von Arbeitsbereichen. Neben den Feuerwehr-Gefahrengruppen wird auch die Zusatz-Kennzeichnung der IAEO vorgestellt.

Torsten Schmiermund

34. Schutz vor ionisierender Strahlung

Das Kapitel beschäftigt sich mit den Maßnahmen zum Schutz vor Schäden durch ionisierende Strahlung. Neben dem „ALARA“-Prinzip werden die Schutzmaßnahmen im Merkschema „ZIKADE“ zusammengefasst und auf die Vorgehensweise gemäß FwDV 500 hingewiesen.

Torsten Schmiermund

Energieumsatz chemischer Reaktionen

Frontmatter

35. Energie

Neben dem Energieerhaltungssatz wird der Energieumsatz bei chemischen Reaktionen erläutert. Enthalpie und Entropie werden wie die Triebkraft chemischer Reaktionen (Gibbs Energie) erklärt. Hinweise zu Übergangszuständen und Aktivierungsenergien runden das Kapitel ab.

Torsten Schmiermund

36. Katalyse

Die Katalyse wird hinsichtlich der Reaktionsgeschwindigkeit und der Aktivierungsenergie betrachtet. Die Selektivität von Katalysatoren, heterogene und homogene Katalyse werden behandelt und wichtige technische Prozesse unter Verwendung von Katalysatoren angesprochen. In diesem Rahmen wird der antikatalytische Löscheffekt erklärt und auf Katalysatorgifte, insbesondere bei Messgeräten, hingewiesen.

Torsten Schmiermund

Brennen und Löschen

Frontmatter

37. Feuer und Brände

Der Oxidationsvorgang beim Brennen wird in langsame, schnelle und sehr schnelle Oxidation unterschieden.

Torsten Schmiermund

38. Der Vorgang des Brennens

Die Voraussetzungen des Brennens (brennbarer Stoff, Sauerstoff, Mischungsverhältnis und Katalysator) werden detailliert betrachtet. Brandklassen und das Brandverhalten von Baustoffen finden ebenso Berücksichtigung, wie die Sauerstoffmessung im Feuerwehreinsatz und die Verbrennungsgleichung.

Torsten Schmiermund

39. Explosionen

Das Kapitel beschäftigt sich mit Explosionen und Explosionsvorgängen. Neben der Unterscheidung physikalischer und chemischer Explosionen wird auf wichtige Explosionskennzahlen eingegangen.

Torsten Schmiermund

40. Die Chemie der Verbrennung

Die Verbrennung ist eine Radikalkettenreaktion. Es werden verzweigte und unverzweigte Kettenreaktionen behandelt und die wichtigsten Schritte von Verbrennungsprozessen erläutert. Daneben wird der Verlauf eines Brandes charakterisiert und es werden besondere Phänomene des Brandverlaufs, wie z. B. flash-over oder backdraft erläutert. Brandgase und Brandrauch finden genauso Berücksichtigung, wie der Energieumsatz bei Bränden, der in der Berechnung der erforderlichen Löschwassermenge endet.

Torsten Schmiermund

41. Löschen

Nach einem Überblick über die verschiedenen Löschverfahren (Abkühlen, Ersticken, Reaktionshemmung) und der chemisch-physikalischen Erklärung dieser Löschverfahren schließt sich eine Übersicht über Löschmittel und deren Anwendungsgebiete und –grenzen an.

Torsten Schmiermund

42. Brandschutzausrüstungen

Die Ausrüstung von Kunststoffen mit Flammschutzmitteln und der Schutz von Bauteilen durch spezielle Anstriche verhindern wirksam eine Brandausbreitung. In diesem Kapitel werden die Grundlagen zu Flammschutzmitteln und Intumeszenz-Beschichtungen erläutert.

Torsten Schmiermund

Organische Chemie

Frontmatter

43. Unverzichtbare Organik

Das Kapitel führt in die organische Chemie ein. Neben der Abgrenzung der organischen zur anorganischen Chemie wird erklärt, warum Kohlenstoff das bestimmende Element der organischen Chemie ist.

Torsten Schmiermund

44. Kohlenwasserstoffe

Das Kapitel gibt eine Übersicht über Kohlenwasserstoffe. Alkane, Alkene und Alkine werden ebenso wie cyclische und aromatische Verbindungen behandelt. Neben typischen Beispielen werden wichtige Reaktionen, Isomerien, aber auch das Zustandekommen aromatischer Systeme behandelt.

Torsten Schmiermund

45. Organische Halogenverbindungen

Das Kapitel gibt einen kurzen Überblick über organische Halogenverbindungen und erklärt des „dreckige Dutzend“ gemäß der Stockholmer Konvention.

Torsten Schmiermund

46. Organische Sauerstoffverbindungen

In diesem Kapitel werden organische Sauerstoffverbindungen betrachtet. Alkohole, Aldehyde, Ketone, Ether und Carbonsäuren sowie Ester und Peroxide werden anhand von Beispielen erläutert und die wichtigsten Reaktionen vorgestellt.

Torsten Schmiermund

47. Organische Stickstoffverbindungen

Organische Stickstoffverbindungen das sind primäre, sekundäre und tertiäre Amine, quartäre Ammoniumsalze, Alkaloide und Aminosäuren. Aber auch Nitroverbindungen, Nitrile, Isocyanate, Säureamide und Azo-Verbindungen. Das Kapitel gibt eine Übersicht über diese Stoffklassen.

Torsten Schmiermund

48. Organische Schwefelverbindungen

Zu den organischen Schwefelverbindungen zählen Thiole, Thioether, Sulfonsäuren, Sulfoxide und Sulfone. Diese Stoffklassen werden kurz charakterisiert.

Torsten Schmiermund

49. Kunststoffe

Kunststoffe sind in einer Vielzahl von Anwendungen nicht mehr zu ersetzen. Das Kapitel betrachtet die unterschiedlichen Arten der Kunststoffe und ihre Bildungsmechanismen. Nach einer Charakterisierung wichtiger Kunststoffe folgt eine Betrachtung zum Brandverhalten von Kunststoffen.

Torsten Schmiermund

50. Tenside

Tenside sind wichtige Reinigungsmittel. Neben der Herstellung und der Wirkungsweise werden Tenside als Schaummittel im Feuerwehreinsatz betrachtet.

Torsten Schmiermund

CBRNE-Gefahren

Frontmatter

51. Gifte

Grundlegende Aussagen zu Giften und deren Einstufung nach Transport- und Umgangsrecht sind Inhalt dieses Kapitels.

Torsten Schmiermund

52. Chemische Kampfstoffe

Chemische Kampfstoffe, ihre Einteilung, deren Wirkungen und die wichtigsten Kampfstoffe in Kurzdarstellungen bilden den Kern dieses Kapitels. Nachweismöglichkeiten, Sabotagegifte und neuere Entwicklungen, wie z. B. Nowitschok-Kampfstoffe, runden das Kapitel ab.

Torsten Schmiermund

53. Biostoffe

Kriterien zur Einstufung biologischer (Arbeits-) Stoffe, deren Kennzeichnungen und Einsatzhinweise in Anlehnung an die FwDV 500 bilden den Kern dieses Kapitels.

Torsten Schmiermund

54. Biologische Kampfmittel

Die wichtigsten Erreger und Toxine aus dem Bereich der biologischen Kampfmittel in kurzen Darstellungen bilden den Kern dieses Kapitels. Abgerundet wird es durch Hinweise zur Biowaffenkonvention, zur Detektion biologischer Kampfmittel und zur Anschlagswahrscheinlichkeit mit derlei Agenzien.

Torsten Schmiermund

55. Explosivstoffe

Es werden die Gefahren durch Spreng- und Explosivstoffe aufgezeigt und deren Kennzeichnung in verschiedenen Bereichen erläutert. Einsatzhinweise zu explosionsgefährlichen Stoffen runden das Kapitel ab.

Torsten Schmiermund

Backmatter

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