Inhalt
1. Eigenschaften von Gasen
Die Beschreibung der Zustände der Materie 1.1 Die Beschreibung von Zuständen
Druck Temperatur Stoffmenge Zustandsgieichungen 1.2 Ideales Gasgesetz
Gesetz von Boyle: Die Auswirkung von Druckänderungen
Gesetz von Gay-Lussac:
Die Auswirkung von Temperaturänderungen Prinzip von Avogadro:
Die Abhängigkeit von der Stoffmenge Das ideale Gasgesetz
1.3 Gasmischungen: Partialdrücke Die kinetische Gastheorie
1.4 Der Druck eines Gases 1.5 Die Geschwindigkeiten von
Gasmolekülen
Die Maxwellsche Geschwindigkeits- verteilung
Diffusion und Effusion 1.6 Molekulare Stöße Reale Gase
1.7 Intermolekulare Wechselwirkungen 1.8 Die kritische Temperatur
1.9 Zustandsgieichungen für reale Gase Die Virialgleichung
Die van-der-Waals-Gleichung 1.10 Die Verflüssigung von Gasen
1 2. Thermodynamik: der Erste Hauptsatz 43 3
3 3 7 8 11 11 12
14 15 16 19 22 23 26 27 30 31 33 33 35 36 36 37 40
Die Erhaltung der Energie 2.1 Arbeit und Wärme
Wärme und Arbeit als Molekülbewegung Die Messung der Arbeit Die Messung der übertragenen
Wärmeenergie Innere Energie 2.2 Schreibweise
2.3 Der Erste Hauptsatz Die Messung von AU Wärmekapazität Enthalpie
2.4 Die Definition der Enthalpie 2.5 Die Enthalpie bei
physikalischen Vorgängen Phasenumwandlungen
Atomare und molekulare Vorgänge 2.6 Die Enthalpie chemischer
Reaktionen
Die Kombination von Reaktionsenthalpien Standard-Bildungsenthalpien 2.7 Die Änderung der Enthalpie mit
der Temperatur
3. Thermodynamik: der Zweite Hauptsatz Entropie
3.1 Die Richtung spontaner Vorgänge 3.2 Entropie und Zweiter Hauptsatz
Die Definition der Entropieänderung Die Bestimmung der Entropie Absolute Entropien und der
Dritte Hauptsatz
44 45 46 48 51 52 53 56 56 57 59 60 62 62 66 73 76 77 81
85 86 86 88 89 91 95
VIII Inhalt
Die Reaktionsentropie
Die Spontaneität von Reaktionen Freie Enthalpie
3.3 Die Betrachtung des Systems Eigenschaften der Freien Enthalpie Freie Reaktionsenthalpie
Freie Reaktionsenthalpien bei beliebigen Konzentrationen
3.4 Die Beziehung zwischen AG und A Ge Definition und Eigenschaften der
Gleichgewichtskonstante Physikalische Übergänge
Die allgemeine Bedeutung von K Die Änderung von AG mit der
Zusammensetzung
3.5 Die Gleichgewichtsbedingung
3.6 Die Reaktion von Gleichgewichten auf die Bedingungen
Der Einfluß der Temperatur Der Einfluß des Drucks
4. Phasengleichgewichte
Phasendiagramme reiner Substanzen 4.1 Phasengrenzlinien
Siedepunkte und kritische Punkte Schmelzpunkte und Tripelpunkte 4.2 Phasendiagramme einiger Substanzen
Wasser Kohlendioxid Kohlenstoff Helium
Eigenschaften nicht-elektrolytischer Lösungen
4.3 Die thermodynamische Beschreibung von Mischungen
Konzentrationsmaße Partielle molare Größen
Die chemischen Potentiale von Gasen Ideale Lösungen
Ideal verdünnte Lösungen 4.4 Kolligative Eigenschaften
Die Gemeinsamkeiten der kolligativen Eigenschaften
Osmose
96 97 99 99 100 104 108 110 110 113 113 114 116 118 118 119
125 127 127 130 130 132 132 136 136 137
138 138 139 141 143 145 147 151 151
Mischungen flüchtiger Flüssigkeiten 4.5
4.6 4.7
4.8
4.9
Siedediagramme
Die Destillation von Mischungen Azeotrope
Nicht mischbare Flüssigkeiten Flüssig/Flüssig-Phasendiagramme Die Phasentrennung
Kritische Mischungstemperaturen Die Destillation partiell mischbarer
Flüssigkeiten
Mischbarkeit vor dem Sieden Sieden vor der vollständigen
Mischbarkeit
Flüssig/Fest-Phasendiagramme Eutektika
Ultrareinheit und kontrollierte Verunreinigungen
5. Das Chemische Gleichgewicht Die Interpretation von
Gleichgewichtskonstanten Säuren und Basen 5.1
5.2
5.3 5.4 5.5
Die Br0nsted-Lowry-Theorie Säure-Base-Gleichgewichte in
wäßriger Lösung Aciditätskonstanten
Die Autoprotolyse-Konstante des Wassers
Schwache und starke Säuren Mehrbasische Säuren Schwache und starke Basen Das Ausmaß der Protonierung Der pH-Wert einer basischen Lösung Konjugate Säuren und Basen
Wäßrige Salzlösungen Säure-Base-Titrationen Die Titrationskurve Puffer
Indikatoren Lösungsgleichgewichte 5.6
5.7
GeV
Das Löslichkeitsprodukt
Der Einfluß gleichartiger Ionen auf die Löslichkeit
:oonelte Reaktionen
157 157 158 158 160 160 160 163 164 164 164 165 166 167 171
173 177 178 179 181 183 184 188 190 191 193 194 195 197 198 201 202 204 205 206 209 154 5.8 Biologische Aktivität:
Die Thermodynamik der
ATP-Hydrolyse 209
Inhalt IX
Biologische Standardzustände Anaerober und aerober
Metabolismus
Die Gewinnung von Metallen aus ihren Oxiden
209 210 211
7.3
7.4 7.5 5.9
6. Elektrochemie Elektrochemische Zellen
6.1 Halbreaktionen und Elektroden Halbreaktionen
Reaktionen an den Elektroden Verschiedene Arten von Elektroden 6.2 Verschiedene Arten von Zellen
Diffusionspotentiale Schreibweise Die Zellreaktion Die Zellspannung
Die Nernstsche Gleichung Zellen im Gleichgewicht Konzentrationszellen 6.3 Reduktionspotentiale
Die Standard-EMK, ausgedrückt durch Reduktions-Potentiale Die Abhängigkeit des Potentials
vom pH-Wert
Die Wasserstoff-Elektrode und der pH-Wert
Anwendungen von Reduktionspotentialen 6.4 Die elektrochemische Spannungsreihe 6.5 Thermodynamische Daten aus
EMK-Messungen
7. Chemische Kinetik
Empirische chemische Kinetik 7.1 Experimentelle Methoden
Beobachtung des Reaktionsverlaufs Anwendung der Methoden
7.2 Die Reaktionsgeschwindigkeiten Die Definition der
Reaktionsgeschwindigkeit Geschwindigkeitsgesetze und
Geschwindigkeitskonstanten Die Reaktionsordnung Aufstellung des
Geschwindigkeitsgesetzes
217
247
253
Integrierte Geschwindigkeitsgesetze Reaktionen erster Ordnung
Reaktionen zweiter Ordnung Halbwertszeiten
Die Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Die Arrhenius-Parameter
Der Ursprung der Arrhenius-Parameter:
die Stoßtheorie 217
219 221 225 227 230 230 230 231 232 234 235 236 237 239 241 243 244 244
Die 7.6 7.7
7.8
Die Theorie des aktivierten Komplexes
Ermittlung der Geschwindigkeitsgesetze Elementarreaktionen
Die Aufstellung von Geschwindigkeitsgesetzen
Die Näherung des stationären Zustands Der geschwindigkeitsbestimmende
Schritt
Der Michaelis-Menten-Mechanismus der Enzymwirkung
Enzym-Inhibition
Unimolekulare Reaktionen Kettenreaktionen
7.9
7.10 7.11
Das Prinzip der Kettenreaktionen Die Klassifizierung der
Reaktionsschritte
Die Geschwindigkeitsgesetze von Kettenreaktionen
Explosionen
Photochemische Reaktionen Quantenausbeute
Geschwindigkeitsgesetze photochemischer Reaktionen
8. Der Aufbau der Atome
265 265 267 269 271 271 274 279 282 283 285 286 288 289 292 295 297 297 297 298 3(K) 302 302 304
307 254
254 254 256 257 257 259 260 262
Das 8.1
8.2 8.3
8.4
Versagen der klassischen Physik Die Strahlung des schwarzen Körpers Die experimentellen Befunde
Der Versuch einer klassischen Erklärung
Die Planck-Verteilung Wärmekapazitäten
Der Welle-Teilchen-Dualismus Der photoelektrische Effekt Elektronenbeugung
Atom- und Molekülspektren
308 308 309 311 312 315 316 317 318 320
X Inhalt
Die Dynamik mikroskopischer Systeme 321 9.5 8.5 Die Schrödinger-Gleichung 322 9.6
Die Bornsche Interpretation 323 Die Unschärfe-Relation 325 8.6 Anwendungen der Quantenmechanik 328 Translation: das Teilchen im Kasten 328 Rotation: das Teilchen auf einer
Kreisbahn 331 Der Aufbau der Atome 334 8.7 Experimentelle Grundlagen:
die Spektren wasserstoffähnlicher
Atome 335 9.7 8.8 Interpretation: der Aufbau
wasserstoffähnlicher Atome 8.9 Atomorbitale und ihre Energien
Ionisierungsenergien Unterschalen und Orbitale
^-Orbitale p-Orbitale (/-Orbitale
8.10 Der Elektronenspin
8.11 Aufbau, Übergänge und Auswahlregeln Der Aufbau von Mehrelektronen-Atomen 8.12 Die Orbital-Näherung
Das Heliumatom Das Pauli-Verbot
Durchdringung und Abschirmung Das Aufbauprinzip
Die Besetzung der ^-Orbitale Die Konfigurationen von Kationen
und Anionen
8.13 Die Periodizität der atomaren Eigenschaften
Atomradius Ionisierungsenergie 9. Die chemische Bindung Die Valence-Bond-Theorie 9.1 Zweiatomige Moleküle 9.2 Mehratomige Moleküle
Promotion Hybridisierung Molekülorbitale
9.3 Das Wasserstoff-Molekülion 9.4 Linearkombinationen von
Atomorbitalen 378
Bindende und antibindende Orbitale 379 Der Aufbau zweiatomiger Moleküle 380 Das Wasserstoff- und
das Helium-Molekül 381 Zweiatomige Moleküle der
zweiten Periode 382 Symmetrie und Überlappung 386 Die Elektronenstrukturen homo-
nuklearer zweiatomiger Moleküle 388 Parität 391 Heteronukleare zweiatomige Moleküle 392 Polare kovalente Bindungen 394 Die Strukturen mehratomiger Moleküle 395 337
337 339 340 341 344 345 346 347 350 350 351 351 352 354 356 358 358 358 360 365 371 371 373 374 374 377 377
Die 9.8 9.9 9.10
10. 1 Die 10.1
10.2
10.3
Bänder-Theorie der Festkörper Die Entstehung von Bändern Die Besetzung der Orbitale Isolatoren und Halbleiter
Kohäsion und Struktur Ursachen der Kohäsion
Die Gitterenthalpie
Die Bestimmung von Gitterenthalpien Coulombsche Beiträge zur
Gitterenthalpie
Permanente und induzierte elektrische Dipolmomente Polare Moleküle
Die Wechselwirkung zwischen Dipolen Induzierte Dipolmomente
Dispersionswechselwirkungen Die Wasserstoff-Brückenbindung Die gesamte Wechselwirkung Fluide Phasen
10.4 10.5
10.6 10.7 10.8
Reale Gase
Die Strukturen von Flüssigkeiten Die Paarverteilungsfunktion Die Berechnung von g
Molekulare Bewegung in Flüssigkeiten Flüssigkristalle
Kolloide
Oberfläche, Struktur und Stabilität Mizellenbildung und die hydrophobe
Wechselwirkung
Die elektrische Doppelschicht
397 397 398 400
403 403 404 405 406 408 409 411 412 414 415 416 418 418 419 420 421 422 424 424 426 427 428
Inhalt XI
Die Kristallstruktur 430 10.9 Elementarzellen 431 10.10 Die Identifizierung von Kristallebenen 432 10.11 Strukturbestimmung 436 Beugung 436 Das Braggsche Gesetz 439 Die Pulvermethode 440 10.12 Informationen aus der Röntgenanalyse 442 10.13 Packungen identischer Kugeln:
Metallkristalle 443 Dichteste Packungen ^44 Weniger dicht gepackte Strukturen 445 10.14 Ionenkristalle 446 Natürliche Biopolymere
10.15 Die Sekundärstruktur 10.16 Strukturen höherer Ordnung
11. Molekülspektroskopie
Allgemeine Aspekte der Spektroskopie 11.1 Experimentelle Methoden
Die Apparatur
Die Messung der Intensität 11.2 Intensitäten und Linienbreiten Schwingungsspektren
11.3 Die Schwingungen von Molekülen Die Energieniveaus der Schwingung Die erlaubten Übergänge
Schwingungs-Raman-Spektren zweiatomiger Moleküle 11.4 Die Schwingungen mehratomiger
Moleküle
11.5 Schwingungs-Raman-Spektren mehratomiger Moleküle
447 448 452
Elektronische Übergänge: Spektren im Sichtbaren und im UV
11.6 Das Franck-Condon-Prinzip 11.7 Besondere Arten von Übergängen 11.8 Desaktivierung durch Strahlung
Fluoreszenz und Phosphoreszenz Laser
11.9 Photoelektronen-Spektroskopie Magnetische Kernresonanz
11.10 Das Prinzip der magnetischen Kernresonanz
Die Energien von Kernen in Magnetfeldern Die Meßmethode
11.11 Informationen aus NMR-Spektren Die chemische Verschiebung Die Feinstruktur
455 Anhang
456 AI Thermodynamische Daten 456 bei 25 °C (298 K)
457 A 1.1 Anorganische Verbindungen 459 A 1.2 Organische Verbindungen 461 A2 Standard-Reduktionspotentiale
bei 25 °C (298 K)
464 A2.1 Potentiale (in elektrochemischer 464 Reihenfolge)
465 A2.2 Potentiale (in alphabetischer 466 Reihenfolge)
468 Weiterführende Literatur 469 Lösungen der Aufgaben 474 Index
476 477 478 480 480 483 484 486 487 487 488 489 489 493
499 499 505 507 507 509 511 517 521
