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Chemie fur MTA: Theorie- und Arbeitsbuch fur medizinisch-technische Assistenz-Berufe PDF

454 Pages·1983·11.02 MB·German
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H. P. Latscha H. A. Klein P. Pitz Chemie für MTA Theorie- und Arbeitsbuch für medizinisch-technische Assistenz-Berufe Begleittext zum Lehrinhaltskatalog Mit 160 Abbildungen und 38 Tabellen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo 1983 Professor Dr. Hans Peter Latscha Anorganisch-Chemisches Institut der Universität Heidelberg Im Neuenheimer Feld 270 6900 Heidelberg 1 Dr. Helmut Alfons Klein Bundesministerium für Arbeit und Sozialordnung U-Abt. Arbeitsschutz! Arbeitsmedizin Rochusstr. 1, 5300 Bonn 1 Dipl.-Chem. Peter Pitz Anorganisch-Chemisches Institut der Universität Heidelberg Im Neuenheimer Feld 270 6900 Heidelberg 1 ISBN-13: 978-3-540-12565-5 e-ISBN-13: 978-3-642-69207-9 DOI: 10/1007/978-3-642-69207-9 CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Latscha, Hans P.: Chemie für MTA : Theorie-u. Arbeitsbuch für med.-tech. Assistenz-Berufe; BegleiUext zum LehrinhaltskatalogIH. P. Latscha; H. A. Klein; P. Pitz. - Berlin; Heidelberg; New York; Tokyo: Springer, 1983. NE: Klein, Helmut A.:; Pitz, Peter: Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbe sondere die der Übersetzung, des Nachdruckes, der Entnahme von Abbildungen der Funksendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben, auch bei nur auszugs weiser Verwertung vorbehalten. Die Vergütungsansprüche des § 54 Abs. 2 UrhG werden durch die "Verwertungsgesellschaft Wort", München wahrgenommen. © by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1983 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Satz-, Druck und Bindearbeiten: Julius Beltz, HemsbachlBergstr. 215213140/543210 Vorwort Die Approbationsordnungen für Ärzte und für Apotheker sehen bundesweite zentrale Prüfungen für verschiedene Abschnitte ihrer Studiengänge vor. Der Prüfungsstoff ist bekannt und wird in "Gegenstandskatalogen" präzisiert. Es handelt sich dabei um kompri mierte Zusammenfassungen des chemischen Grundwissens für diese Berufe. Eine vergleichbare Entwicklung stellt für die Ausbildung Medizinisch-Technischer Assi stenten (MTA) der Lehrinhaltskatalog des Deutschen Verbandes Technischer Assistenten der Medizin e. V. (dvta) dar. Er wurde von uns als Leitfaden für dieses Buch benutzt. Wir haben uns entschlossen, ein kombiniertes Lehr-und Praktikumsbuch vorzulegen. Dies macht den Kauf mehrerer Bücher weitgehend überflüssig. Um den Lesern die Möglichkeit zu geben, sich über den Rahmen dieses Buches hinaus zu informieren, wurde die verwendete Literatur im Anhang zusammengestellt. Auf Übungsfragen zu den einzelnen Kapiteln haben wir verzichtet, da das Buch "Examens Fragen Chemie für Pharmazeuten" von LatschaJSchillingiKiein (Springer-Verlag) mit rund 600 Multiple-Choice Fragen das hier behandelte Stoffgebiet abdeckt. Für Kritik von seiten der Leser sind wir dankbar. Heidelberg, August 1983 H. P. Latscha, H. A. Klein, P. Pitz Inhaltsverzeichnis I. Grundlagen der allgemeinen und anorganischen Chemie 1. Aufbau der Materie ...... . 3 1.1. Atombau und Periodensystem . . 3 1.1.1. Atom, Atommasse, Grammatom 3 1.1.2. Elementarteilchen und ihre Eigenschaften (Ordnungszahl, Massenzahl, Isotope, Radioaktivität) ....... . 6 1.1.3. Aufbau des Periodensystems (Schalenbesetzung, systematische Änderung von Eigenschaften der Elemente im Periodensystem) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.2. Aufbau von Molekülen aus Atomen . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.2.1. Molekül, Molekülmasse, chemische Formeln, Berechnung von Massenanteilen der Elemente an einer Verbindung, Gramm-Molekül 28 1.2.2. Chemische Bindungen 33 1.2.2.1. Ionenbindung . . . . . . . . . 33 1.2.2.2. Atombindung (Lewistheorie, Orbitalt heorie) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 1.2.2.3. Zwischenmolekulare Bindungskräfte (van der Waals-Kräfte, Wasserstoffbrückenbindung, Ionen-Dipol-Beziehung) 46 1.2.2.4. Metallbindung . . . . 47 1.2.2.5. Koordinative Bindung . . . . . . . . . . 49 2. Gesetzmäßigkeiten chemischer Reaktionen 53 2.1. Gesetz von der Erhaltung der Masse; konstante und multiple Gewichtsproportionen; Berechnung der Massen bei chemischen Reaktionen . . . . . . . . . . . . 53 2.2. Grundbegriffe der Thermodynamik (Gese~z von der Erhaltung der Energie; endotherme, exotherme Reak- tionen; Reaktionsenthalpien) ................. . .... . 53 2.3. Reaktionskinetik (Reaktionsgeschwindigkeit und ihre Temperaturabhängigkeit, Aktivierungsenergie, Katalysatoren); chemisches Gleichgewicht (Ableitung des Massenwirkungsgesetzes) ... . ...... . . . . . . . 56 3; Zustands/armen der Materie . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.1. Gase ........................... . 64 3.1.1. Zustandgrößen von Gasen (Druck, Temperatur, Volumen) 64 VIII 3.1.2. Gasgesetze (Boyle-Mariotte, Gay-Lussac; allgemeine Gaszustandsgleichung; Anwendung der Gasgesetze-Berechnungen) . . . . . . . . . . . 65 3.2. Flüsigkeiten Eigenschaften, Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand (Dampfdruck, Siedepunkt) ..................... 68 3.3. Festkörper Eigenschaften; Phasenbegriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4. Lösungen .. . . . . . . . . . . 73 4.1. Wasser und andere Lösungsmittel 73 4.2. Eigenschaften von Lösungen . . . 76 4.3. Konzentrationsmaße von Lösungen 80 4.3.1. Massengehalt (Gewichtsprozent) Volumengehalt (Volumenprozent) 80 4.3.2. Stoffmengenkonzentration (Molarität) 80 4.3.3. Äquivalentkonzentration (Normalität) 81 4.3.4. Molalität .. . ..... . ...... 82 4.3.5. Molenbruch . . . . . . . . . . . . . . 82 4.4. Maßanalyse und stöchiometrisches Rechnen . 83 4.5. Lösevorgang und physikalische Eigenschaften von Lösungen 87 4.6. Elektrolytische Dissoziation . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5. Reaktionstypen der anorganischen Chemie . . . . . . . . . . . . . . . .. 90 5.1. Säuren-, Basen-Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 90 5.1.1. Unterschiedliche Definitionen des Säure-Base-Begriffes (Arrhenius, Bro- ensted) ............. ....... .. . .. ....... .. 90 5.1.2. Wertigkeit (einer Säure und Base nach Broensted) . . . . . . . . . . . .. 91 5.1.3. Anwendung des Massenwertigkeitsgesetzes auf Säuren-, Basen-Dissozia- tionen . . . . . . . . . . 92 5.1.4. Ionenprodukt des Wassers . . . . . . 95 5.1.5. pH-Wert . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.1.6. Neutralisation, Hydrolyse, Titration . 100 5.1.7. Auflösen von Salzen in Wasser, Löslichkeit von Salzen . 102 5.1.8. Puffersysteme Zusammensetzung und Funktion; Henderson-Hasselbalch-Gleichung; Pufferkapazität, stöchiometrisches Rechnen . . . . . . . . . . 103 5.2. Reduktions-und Oxidations-Reaktionen .. .. ....... 107 5.2.1. Definition der Begriffe Reduktion, Oxidation, Oxidationszahl . 107 5.2.2. Aufstellung von Redoxgleichungen ... . . . . . . . . . 109 5.2.3. Redoxpotential und elektrochemische Spannungsreihe .. 111 5.2.4. Beispiele der wichtigsten Oxidations-und Reduktionsmittel 119 6. Eigenschaften und Reaktionen der wichtigsten Elemente 120 6.1. Nichtmetalle . 120 6.2 Metalle ..... ...... ........... .. 140 IX 11. Organische Chemie 1. Grundlagen der organischen Chemie . . . . . . . 161 1.1. Begriffsdefinition und allgemeine Eigenschaften organischer Verbindungen . . . . . . . . . . 161 1.2. Charakterisierung organischer Verbindungen 166 1.2.1. Chemische Methoden . . . . 166 1.2.2. Physikalische Methoden . . . . . . 167 1.2.3. Spektroskopische Methoden . . . . 170 1.3. Struktur organischer Verbindungen 179 1.3.1. Bindungstypen . .. . ..... . 179 1.3.2. Konstitution und Isomerie bei organischen Verbindungen 179 1.4. Nomenklatur organischer Verbindungen .. . . . .. . 192 2. Aliphatische, alicyclische und ungesättigte Kohlenwasserstoffe 198 2.1. Gesättigte Kohlenwasserstoffe . . . . . . 198 2.1.1. Offenkettige Alkane . . . . . . . . . . . 198 2.1.2. Eigenschaften und chemische Reaktionen 202 2.2. Cyclische Alkane . ... ... . 203 2.3. Ungesättigte Kohlenwasserstoffe 204 2.3.1. Alkene . .. .. . .. . 204 2.3.2. Alkine . . . ... .. . . 207 2.3.3. Reaktionen von Olefinen 209 3. Kohlenwasserstoffe mit funktionellen Gruppen . 213 3.1. Alkohole (Alkanoie) 213 3.2. Ether .... .. ...... . .. .. . 218 3.3. Aldehyde und Ketone . . . . . . . . . . 219 3.3.1. Eigenschaften der funktionellen Gruppen 219 3.3.2. Nomenklatur, Eigenschaften, Beispiele 222 3.3.3. Reaktionen der Carbonyle . . . . . . . . 224 3.4. Carbonsäure . . . . . . . . . . . . . . . 233 3.4.1. Eigenschaften der funktionellen Gruppe . 233 3.4.2. Nomenklatur, Eigenschaften, Beispiele 235 3.4.3 Substituierte Carbonsäuren . . . . 240 3.4.4. Carbonsäurederivate . ... .. . 247 3.5. Schwefelhaltige Kohlenwasserstoffe 254 3.5.1. Thiole, Sulfide und Disulfide . 254 3.5.2. Sulfonsäuren ..... . 255 3.6. Amine und Harnstoff . . . . 256 3.6.1. Eigenschaften der Amine . . 257 3.6.2. Darstellung und Reaktionen von Aminen 259 3.6.3. Harnstoff . . .. ... ... . . 261 4. Aromatische Kohlenwasserstoffe . . . . . . 263 4.1. Aromatische carbocyclische Verbindungen 263 4.1.1. Struktur und Nomenklatur . . . . . . . . . 263 x 4.1.2. Reaktionen aromatischer Verbindungen . 266 4.1.3. Benzol und seine Alkylderivate . .... 269 4.1.4. Phenole, Chinone . . . . . . . . . . . . 270 4.1.5. Aromatische Alkohole und Carbonylverbindungen 274 4.1.6. Nitroverbindungen und Amine 274 4.1.7. Diazoverbindungen, Farbstoffe 276 4.2. Heteroaromaten . . . . 279 4.2.1. Struktur ... .. .. . 279 4.2.2. 5-Ring-Heteroaromaten 280 4.2.3. 6-Ring-Heteroaromaten 282 5. Kohlenhydrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 5.1. Übersicht: Einteilung und Strukturformel . . . . . 287 5.2. Beispiele für Monosaccharide und ihre Reaktionen 290 5.3. Oligo-und Polysaccharide 295 5.3.1. Oligosaccharide 295 5.3.2. Polysaccharide. . . . . . 296 III. Praktikum 1. Vorsichtsmaßnahmen und Unfallverhütung 303 1.1. Laborregeln beim Umgang mit chemischen Stoffen 303 1.2. Sicherheitsmaßnahmen 307 1.3. Erste Hilfe bei Unfällen 308 2. Laboratoriumstechnik 310 2.1. Erhitzen .. 310 2.2. Glasgeräte . 311 2.3. Wiegen .. 317 2.4. Mi~chen .. 320 2.4.1. Volumenprozent-Lösungen 321 2.4.2. Gewichtsprozent-Lösungen 321 2.4.3. Molare Lösungen . . . . . 322 2.4.4. Normallösungen ... .. . 322 2.4.5. Mischungskreuz, Verdünnungen, Verdünnungsreihen . 322 2.5. Stofft rennung . . . . . . . . . . . . . . . . 325 2.6. Bestimmung von Schmelz-und Siedepunkten 327 3. Qualitative Analyse . . ..... . . . . 328 3.1. Anionen-Nachweise aus dem Sodaauszug 333 3.2. Kationen-Nachweise 340 3.3. Kationen-Trennungsgang 347 4. Quantitative Analyse . . . 353 4.1. Maßanalyse . . . . . . . 353 4.1.1. Neutralisationstitrationen 361 XI 4.1.1.1. Kolorimetrische Endpunktsbestimmung . 364 4.1.1.2. Elektrochemische Endpunktsbestimmung . 365 4.1.2. Redoxtitrationen (Oxidimetrie) 365 4.1.2.1. Manganometrie 368 4.1.2.2. Iodometrie . ... .... . 370 4.1.3. Komplexometrie . .... . 373 4.2. Halbquantitative Schnelltests 383 5. Instrumentelle Analytik 384 5.!. Photometer 384 5.2. Photometrie . . . . . . 385 5.3. Bezugskurven . . . . . 386 5.4. Flammenemissions-Photometrie . 387 5.5. Atomabsorptions-Photometrie 389 5.6. Fluoreszenz-Spektroskopie (Fluorimetrie) 390 5.7. Potentiometrie . . . . ... . 390 5.7.!. Potentiometrische pH-Messung 393 5.7.2. Titrationskurven . . . . . . 393 6. Analytische Trennverfahren 398 6.1. Elektrophorese . . . . . . 398 6.2. Chromatographie . . . . . 398 6.2.1. Physikalische Grundlagen, Verteilungschromatographie, Adsorptionschromatographie 398 6.2.2. Angewandte Technik ... 398 6.2.2.!. Eluotrope Reihe, Rr Werte 400 6.2.2.2. Papierchromatographie . . . 402 6.2.2.3. Dünnschichtchromatographie (DC) 406 6.2.2.4. Säulenchromatographie (SC) ... 407 6.2.3. Ionenaustausch-Chromatographie . 409 6.2.4. Gaschromatographie (GC) 412 6.2.5. Gelchromatographie . . 414 6.2.6. Affinitätchromatographie 416 7. Literaturverzeichnis 419 8. Formelverzeichnis 423 9. Sachverzeichnis 427 I. Grundlagen der allgemeinen und anorganischen Chemie

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