Chemie. Das Basiswissen der Chemie

712 Pages·2015·34.616 MB·German

by  Charles E. Mortimer

Basiseinheitenund supplementäre EinheitendesInternationalen Einheitensystems
ZumessendeGröße Einheit Symbol Definition
Basiseinheiten
Länge Meter m Weglänge,dieLichtimVakuumin1/299792458szurücklegt.
Masse Kilogramm kg Masse des ,,Urkilogramms‘‘, einemPlatin-Iridium-Zylinder, der im Internatio-
nalenBürofürMaßeundGewichteinS`evresaufbewahrtwird.
Zeit Sekunde s 9192631770-maldie Dauer einer Schwingungder Strahlung, die dem Über-
gangzwischendenHyperfein-Niveausineinem133Cs-Atomentspricht.
55
ElektrischerStrom Ampere A Stromstärke, die zwischen zwei im Vakuum im Abstand von einem Meter
verlaufendenelektrischenLeiternproMeterLeiterlängeeineKraftvon2·10(cid:31)7
Newtonhervorruft.
Temperatur Kelvin K 1/273,16-maldieabsoluteTemperaturdesTripelpunktesvonWasser.
Stoffmenge Mol mol Stoffmenge, die aus genauso vielen Teilchen besteht, wie Atome in zwölf
GrammdesKohlenstoff-Isotops12Centhaltensind.
6
Leuchtstärke Candela cd
SupplementäreEinheiten
ebenerWinkel Radiant rad VerhältnisvonKreisbogenzuRadius
Raumwinkel Steradiant sr
DieInternationaleGeneralkonferenzfürMaßeundGewichtebeabsichtigt,exakteZahlenwertefürdiePlanck-Konstante,dieBoltz-
mann-Konstante,dieElementarladungunddieAvogadro-Konstantefestzulegen.MitihnenwerdendannKilogramm,Ampère,
KelvinundMolneudefiniert.Manmachtsichsou.a.vomUrkilogrammunabhängig,dessenGewichtausunbekanntenGründen
allmählichleichtabnimmt.
PräfixezurBezeichnungvonVielfachen Naturkonstanten
derMaßeinheiten .
Konstante Symbol Zahlenwert
Präfix Abkürzung Faktor
Avogadro-Konstante N 6,022142·1023mol(cid:31)1
A
exa- E 1018 Bohr-Radius a 5,29177·10(cid:31)11m
0
peta- P 1015 Elektron,Ruhemasse 9,109383·10(cid:31)28g
tera- T 1012 5,485799·10(cid:31)4u
giga- G 109 Elementarladung e 1,6021765·10(cid:31)19C
mega- M 106 Faraday-Konstante F=N ·e 9,6485336·104C·mol(cid:31)1
A
kilo- k 103 Boltzmann-Konstante k 1,380650·10(cid:31)23J·K(cid:31)1
hecto- h 102 IdealeGaskonstante R=k·N 8,31446J·mol(cid:31)1K(cid:31)1
A
deca- da 101 8,31447kPa·L·mol(cid:31)1K(cid:31)1
deci- d 10(cid:31)1 Lichtgeschwindigkeit c 2,99792458·108m·s(cid:31)1
centi- c 10(cid:31)2 MolaresVolumeneines
milli- m 10(cid:31)3 idealenGases V 22,4140L·mol(cid:31)1
m
micro- (cid:31) 10(cid:31)6 Neutron,Ruhemasse 1,6749273·10(cid:31)24g
nano- n 10(cid:31)9 1,008664916u
pico- p 10(cid:31)12 Planck-Konstante h 6,626069·10(cid:31)34J·s
femto- f 10(cid:31)15 Proton,Ruhemasse 1,6726219·10(cid:31)24g
atto- a 10(cid:31)18 1,00727647u
Normal-Fallbeschleunigung g 9,80665m·s(cid:31)2
m
Genaue Daten zu den SI-Einheiten sind in Broschüren der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig publiziert:
www.ptb.de
AktuelleWertefürdieNaturkonstantensiehebeiphysics.nist.gov/cuu/Constants/
AbgeleiteteSG-Einheiten
EinheitenohneeigenenNamen EinheitenmiteigenemNamen
ZumessendeGröße Einheit ZumessendeGröße Einheit Symbol
Fläche m2 Kraft Newton =kgms�2 N
Volumen m3 Energie Joule =Nm=kgm2s�2 J
Dichte kgm�3; Leistung Watt =Js�1=kgm2s�3 W
gebräuchli- Druck Pascal =Nm�2=kgm�1s�2 Pa
cher:gcm�3 elektrischeLadung Coulomb =As C
Geschwindigkeit ms�1 elektrischeSpannung Volt =WA�1=JC�1 V
Beschleunigung ms�2 elektrischerWiderstand Ohm =VA�1 (cid:31)
molareMasse gmol�1 elektrischeLeitfähigkeit Siemens =(cid:31)�1=V�1A S
Stoffmengen- elektrischeKapazität Farad =CV�1 F
konzentration molL�1 magnetischerFluss Weber =Vs Wb
Wärmekapazität JK�1 Induktivität Henry =VA�1s H
Strahlungsexposition Bqkg�1 magnetischeInduktion Tesla =Vsm�2 T
(magnetischeFlussdichte)
Frequenz Hertz =s�1 Hz
Radioaktivität(atomareEreig- Becquerel=s�1 Bq
nisseproZeiteinheit)
AbsorbierteEnergiedosis Gray =Jkg�1 Gy
Äquivalentdosis Sievert =Jkg�1 Sv
katalytischeAktivität Katal =mols�1 kat
GebräuchlicheNicht-SG-Einheiten undältereMaßeinheiten
ZumessendeGröße Einheit Symbol entsprechendesSA-Maß
weitergebräuchlicheEinheiten Masse Atommasseneinheit u 1,660538·10�24g
(gesetzlicherlaubt) 931,49MeV
Zeit Minute min 60s
Stunde h 3600s
Tag d 86400s
Jahr a 3,15569·107s
Länge A˚ngström A˚ 10�10m=100pm
Volumen Liter LoderB 1dm3
Temperatur GradCelsius °C K−273,15
Druck Bar bar 105Pa
Energie Elektronenvolt eV 1,60218·10�19J
ebenerWinkel Grad ° (cid:30)/180rad
nichtmehrzuverwendende Kraft Dyn dyn 10�5N
Einheiten Energie Erg erg 10�7J
(nichtgesetzlicheEinheiten) Kalorie cal sieheSeite60
Druck Torr(mmQuecksilbersäule) Torr 133,322Pa
PhysikalischeAtmosphäre atm 101,325kPa
Viskosität Poise P 10�1Pas
Dipolmoment Debye D 3,336·10�30Cm
magnetischeInduktion Gauß G 10�4T
Radioaktivität Curie Ci 37GBq
Äquivalentdosis Rem rem 0,01Sv

Auf einen Blick
Grundlagenund 1 Einleitung 19
Atomtheorie
2 EinführungindieAtomtheorie 32
Stöchiometrie 3 StöchiometrieI:ChemischeFormeln 41
4 StöchiometrieII:ChemischeReaktionsgleichungen 50
5 EnergieumsatzbeichemischenReaktionen 59
Atomeund 6 DieElektronenstrukturderAtome 72
chemischeBindung
7 Eigenschaften derAtomeunddieIonenbindung 98
8 DiekovalenteBindung 115
9 Molekülstruktur,Molekülorbitale 127
Gase, Flüssigkeiten, 10 Gase 151
FeststoffeundLösungen
11 Flüssigkeiten 169
12 Feststoffe 181
13 Strukturaufklärung 197
14 Lösungen 207
Gesetzmäßigkeiten 15 Reaktionen inwässrigerLösung 229
chemischer Reaktionen
16 Reaktionskinetik 248
17 Daschemische Gleichgewicht 268
18 SäurenundBasen 279
19 Säure-Base-Gleichgewichte 290
20 Löslichkeitsprodukt undKomplex-Gleichgewichte 312
21 GrundlagenderchemischenThermodynamik 323
22 Elektrochemie 337
Stoffchemie 23 Wasserstoff 364
derElemente
24 Halogene 370
25 DieEdelgase 384
26 DieElementeder 6.Hauptgruppe(Gruppe 16) 387
27 DieElementeder 5.Hauptgruppe(Gruppe 15) 403
28 Kohlenstoff,SiliciumundBor 424
29 Metalle 443
30 Komplex-Verbindungen 476
Organische Chemie 31 Organische ChemieTeilI:Kohlenwasserstoffe 494
undBiochemie
32 Organische ChemieTeilII:FunktionelleGruppen 512
33 Stereochemie,PolymerchemieundsupramolekulareChemie 541
34 NaturstoffeundBiochemie 557
Kernchemie 35 Kernchemie 589
Gefahrstoffe 36 Umgangmitgefährlichen Stoffen 615
Anhang 631

Chemie
Das Basiswissen der Chemie
Charles E. Mortimer
Ulrich Müller
Mit Beiträgen von Johannes Beck
12., korrigierte und aktualisierte Auflage
410 Abbildungen
545 Formelbilder
Georg Thieme Verlag
Stuttgart · New York
Anschriften
CharlesE.Mortimer† TitelderOriginalausgabe:Chemistry
(MuhlenbergCollege Original English Language Edition Published by Wadsworth Publishing,
Allentown,Pennsylvania/USA) ADivisionofWadsworth,Inc.,10DavisDrive,Belmont,California94002,
U.S.A.
Prof.Dr.UlrichMüller
FachbereichChemie CopyrightfortheoriginalEnglishedition1987byWadsworthPublishing
Philipps-Universität Company,assigned,1993,toDr.CharlesE.Mortimer,and2001tohisheir
D-35032Marburg Dr.JoanneS.Mortimer,4762ParkviewDriveSouth,Emmaus,PA18049-
1212,U.S.A.
Prof.Dr.JohannesBeck AllrightsfortheEnglishlanguagereserved.NopartoftheoriginalEnglish
UniversitätBonn languageeditionofthisbookmaybereproducedortransmittedinany
InstitutfürAnorganischeChemie formorbyanymeans,electronicormechanical,includingphotocopying,
Gerhard-Domagk-Str.1 recording,oranyinformationstorageandretrievalsystem,withoutper-
D-53121Bonn mission,inwriting,ofthecopyrightowner,Dr.JoanneS.Mortimer.
1.Auflage1973 6.Auflage1996
2.Auflage1976 7.Auflage2001
3.Auflage1980 8.Auflage2003
4.Auflage1983 9.Auflage2007
5.Auflage1987 10.Auflage2010
11.Auflage2014
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gesetztausArbortextAPPV9.1Unicode
Druck:FirmengruppeAPPL,aprintadruck,Wemding
ISBN978-3-13-484312-5 1 2 3 4 5 6
AucherhältlichalsE-Book:
eISBN (PDF)978-3-13-171332-2
Vorwort
DiesesLehrbuchwendetsichanStudierendederChemieim deutscht. Unser lange gewachsener, reichhaltiger fach-
erstenStudienjahrsowieanStudierendemitChemiealsNe- sprachlicher Wortschatz droht zu verkümmern. Das gilt
benfach. ganz besonders, wenn auch Lehrveranstaltungen von
Indenersten22KapitelnwerdendieGrundlagenderall- deutschsprachigen Dozenten für deutschsprachige Zuhörer
gemeinenundderphysikalischenChemiedargelegt.Inden auf Englisch abgehalten werden. Der Wissenschaft wird so
folgenden Kapiteln wird das Grundwissen der anorgani- einschlechterDiensterwiesen,dennschwierigeGedanken-
schen Chemie, der organischen Chemie, Biochemie und gängefasst man immer besser in der Muttersprache – nie-
Kernchemie vermittelt. Am Schluss folgt ein Kapitel über mand besitzt in einer Fremdsprache den gleichen Wort-
den Umgang mit Gefahrstoffen und über das Gefahrstoff- schatz und die gleiche Ausdrucksfähigkeit wie in der Mut-
recht. tersprache.
In Umfang und Tiefe ist dieses Buch für Studierende mit Als internationale Fachsprache in der Wissenschaft ist
ChemiealsNebenfachgedacht.StudierendemitChemieals Englisch fest etabliert. Deutschsprachige Wissenschaftler
Hauptfach werden es als Einführung in die verschiedenen und auch Autoren mit anderen Muttersprachen veröffent-
TeilgebietederChemieundalsRepetitoriumvorPrüfungen lichenihre Forschungsergebnisseüberwiegendauf Englisch
schätzen. undaufinternationalenFachkongressenistEnglischdieein-
DasamerikanischeOriginalzudiesemBuchvonCharlesE. zige gemeinsame Sprache. Das wird solange so bleiben, bis
MortimererlebtesechsAuflagen,derenletzteimJahr1986 esComputerprogramme gibt,diegrammatischundseman-
herausgegeben wurde. Seitdem ist das Werk in den USA tisch einwandfrei übersetzen und dolmetschen können.
nicht mehr aufdem Markt. Die erste deutsche Ausgabe er- JederNaturwissenschaftler mussheutzutageüber Englisch-
schien1973undwurdeseitdemgepflegtundininzwischen kenntnisse verfügen. Viele nicht englischsprachige Autoren
zwölfAuflagendemsichweiterentwickelndenWissensstand verfügennurübermittelmäßigeEnglischkenntnisseundha-
angepasst. derninderFremdspracheEnglischmitGrammatik undSe-
Die 12. Auflage erscheint bereits kurz nach der 11. Auf- mantik. Infolgedessen ist auch ein Verfall der englischen
lage um dort aufgetretene Fehler so rasch wie möglich zu Fachsprache zu verzeichnen. Sowohl in deutschen wie in
korrigieren.AußerdemwurdenAktualisierungenaufgenom- englischen Fachpublikationen findet sich zunehmend eine
men.Dazuzählen:dieneuenNormenzurBekanntgabevon ungenaue und von Modewörtern durchsetzte Sprache. In
Atommassen bei Isotopengemischen, die neue Art der For- der Hoffnung, dem etwas entgegenzuwirken, finden sich
mulierung des Löslichkeitsprodukts für schwerlösliche Sul- hie und da entsprechende Bemerkungen neben dem Text.
fide,dieSchmelzcarbonat-Brennstoffzelleunddieelektroly- Als Hilfestellung zum richtigen Gebrauch der englischen
tische Herstellung von Chlor und Natronlauge mit Sauer- Fachsprache finden sich an geeigneten Stellen Gegenüber-
stoffverzehrkathode.Außerdemwurdedieab2015geänder- stellungenvondeutschenundenglischenAusdrücken.
te deutsche Gefahrstoffverordnung berücksichtigt und es SeitderRechtschreibreformvon1996(undderenteilwei-
wurden neuere Zahlenwerte für Gleichgewichtskonstanten seRücknahme2006)gibtesimDeutschenkeineeinheitliche
und Normalpotenziale übernommen. Die Ergänzungen des Rechtschreibung mehr. In dem immer noch herrschenden
Bearbeitersder11.Auflage,Prof.Dr.JohannesBeck,wurden orthographischen Durcheinander versucht der Georg Thie-
imWesentlichenbeibehalten. me Verlag für alle Lehrbücher eine einheitliche Orthogra-
ZurkorrektenErfassungnaturwissenschaftlicherSachver- phie zu verwenden. Sie finden in diesem Buch einige der
halte gehört eine sorgfältige und exakte sprachliche Aus- neuenSchreibungen(z.B.Fluss,Potenzial,imAllgemeinen),
drucksweise.Seit einigen Jahrzehnten istein Sprachwandel jedochkeinemissverständlichenGetrenntschreibungen;wo
inderdeutschenchemischenFachsprachezubeobachten.Es dieneuenRegelnVariantenerlauben,wirddiealteSchreib-
gibteinesteigendeTendenzzumGebrauchvonAnglizismen. weisebevorzugt(z.B.mitHilfe,nichtmithilfe).
BisherimDeutschengebräuchlicheAusdrückewerdennach
und nach durch englische Ausdrücke verdrängt, und sogar
grammatische Formen werden aus dem Englischen einge- Marburg,Juli2015 UlrichMüller
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