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

454 Pages·1983·11.02 MB·German

by  Professor Dr. Hans Peter Latscha

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:
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© by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1983
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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