Inhalt
1 Einführung 1
1.1 Chemie . . . Medizin . . . Biologie 1
1.2 Chemie... Physik 2
1.3 Arbeitsgebiete der Chemie 3
2 Stoffe und ihre Einteilung 5
2.1 Die Vielfalt an Stoffen 5
2.2 Einteilung der Stoffe 5
2.2.1 Homogene Stoff-Gemische 6
2.3 Trennung von Stoff-Gemischen 7
2.3.1 Extraktion 7
2.3.2 Gewinnung fester Stoffe aus Lösungen 8
2.3.3 Reinigungsverfahren 8
2.4 Charakteristische Eigenschaften reiner Stoffe 8
2.4.1 Schmelztemperatur (Schmelzpunkt) 9
2.4.2 Siedetemperatur (Siedepunkt) 9
2.4.3 Dichte 9
2.4.4 Weitere Kennzahlen 10
3 Chemische Elemente und Atom-Aufbau 11
3.1 Unterscheidung Elemente . . . Verbindungen 11
3.2 Die kleinsten Teilchen chemischer Elemente 12
3.2.1 Der Atom-Begriff 12
3.2.2 Elementarteilchen 12
3.3 Atom-Aufbau 13
3.4 Isotope 15
3.4.1 Bedeutung der Neutronen 15
3.4.2 Kohlenstoff-Isotope 16
3.4.3 Wasserstoff-Isotope 16
3.4.4 Anwendung von Isotopen 17
4 Das Periodensystem der Elemente 19
4.1 Einführung 19
4.2 Das heutige Periodensystem 19
4.3 Aufbau-Prinzip der Elektronenhülle 20
4.4 Aufbau des Periodensystems 22
4.5 Einteilung der Elemente in Gruppen 22
4.6 Periodizität von Eigenschaften 24
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VIII Inhalt
5 Entstehung chemischer Verbindungen 27
5.1 Übersicht 27
5.2 Ionen-Verbindungen 28
5.2.1 Eigenschaften von Ionen-Verbindungen 29
5.2.2 Entstehung von Ionen und Ionen-Bindung 29
5.2.3 Benennung von Ionen-Verbindungen 30
5.3 Entstehung von Molekülen 31
5.3.1 Moleküle aus zwei gleichartigen Atomen 31
5.3.2 Moleküle aus zwei verschiedenartigen Atomen 32
5.3.3 Moleküle aus mehr als zwei Atomen 33
5.4 Elektronegativität 34
5.5 Koordinationsverbindungen (Komplex-Verbindungen) 34
5.5.1 Komplex-Verbindungen 36
5.5.2 Stabilität und Anwendung von Komplex-Verbindungen 37
5.5.3 Chelat-Komplexe ~ 39
6 Quantitative Angaben in der Chemie 41
6.1 Die Notwendigkeit quantitativer Angaben 41
6.2 Relative Molekülmasse und Formelmasse 42
6.3 Das Internationale Einheiten-System 42
6.4 Das Mol — die Einheit der Stoffmenge 43
6.4.1 Stoffmengen-Angaben 44
6.5 Molare Masse 45
7 Gase 47
7.1 Die verschiedenen Aggregatzustände 47
7.2 Physikalische Eigenschaften von Gasen 47
7.2.1 Druck-Volumen-Abhängigkeit bei konstanter Temperatur 48
7.2.2 Volumen-Änderung und Druck-Änderung in Abhängigkeit von der Temperatur 48
7.2.3 Die absolute Temperatur-Skala 49
7.2.4 Allgemeine Zustandsgieichung idealer Gase 49
7.2.5 Das molare Volumen idealer Gase 49
7.2.6 Gas-Gemische 50
8 Gesetzmäßigkeiten chemischer Reaktionen 51
8.1 Übersicht 51
8.2 Masse und Volumen bei chemischen Reaktionen 52
8.2.1 Gesetz von der Erhaltung der Masse (Lavoisier, 1785) 52
8.2.2 Gesetz von den konstanten Proportionen (Proust, 1799) 52
8.2.3 Gesetz von den multiplen Proportionen (Dalton, 1808) 53
8.2.4 Volumen-Gesetz von Gay-Lussac (1808) 53
8.2.5 Avogadrosche Hypothese (1811) 53
8.3 Chemische Gleichgewichte u n d Massenwirkungsgesetz 53
8.4 Prinzip des kleinsten Zwanges 56
8.5 Energie bei chemischen Reaktionen 56
8.5.1 Aktivierungs-Energie und Katalyse 58
9 Wasser 61
9.1 Wasser als Grundlage der Lebensvorgänge 61
9.2 Chemische Zusammensetzung 61
Inhalt I X
9.3 Wasserstoffbrücken-Bindungen zwischen Wasser-Molekülen 61
9.4 Wasser als Lösungsmittel 62
9.5 Ionenprodukt des Wassers 62
10 Lösungen 67
10.1 Übersicht 67
10.2 Wäßrige Lösungen 68
10.3 Gehalts-Angaben von Lösungen . . 70
10.3.1 Stoffmengen-Konzentration 71
10.3.2 Äquivalent-Konzentration 72
10.3.3 Molalität 72
10.3.4 Massen-Anteil 73
10.3.5 Massen-Konzentration 73
10.3.6 Volumen-Konzentration 73
10.3.7 Formel-Übersicht 74
10.4 Von der Teilchenanzahl abhängige Lösungs-Eigenschaften 74
10.5 Lösungen von Gasen in Wasser 77
11 Säure-Base-Reaktionen 79
11.1 Übersicht 79
11.2 Protonen-Übertragungsreaktionen (Protolysen) 81
11.2.1 Protolyse von Säuren 81
11.2.2 Protolyse von Basen 84
11.3 Korrespondierende Säure-Base-Paare 85
11.4 pH-Wert wäßriger Lösungen starker Säuren u n d Basen 86
11.5 Die Neutralisations-Reaktion 86
11.6 Indikatoren 89
11.7 Protolyse von Salzen 90
12 Puffer-Systeme 93
12.1 Übersicht 93
12.2 Qualitative Zusammensetzung von Puffer-Lösungen 94
12.3 Quantitative Zusammensetzung von Puffer-Mischungen 94
12.4 Wirkungsweise von Puffer-Systemen 96
12.5 Anwendung von Puffer-Systemen 98
12.6 Puffer-Systeme des Blutes 99
13 Oxidations- und Reduktions-Vorgänge (Redox-Reaktionen) 101
13.1 Oxidation und Reduktion unter Beteiligung von Sauerstoff 101
13.2 Oxidation und Reduktion als Elektronen-Übertragung 101
13.2.1 Reaktion unedler Metalle mit Säuren 102
13.2.2 Elektrochemische Redox-Reaktionen 103
13.3 Oxidationszahlen 105
13.4 Redox-Begriffe in der Übersicht 106
13.4.1 Die chemischen Vorgänge 106
13.4.2 Oxidationsmittel 106
13.4.3 Reduktionsmittel 106
13.5 Aufstellen von Redox-Gleichungen 107
13.6 Redox-Titrationen 108
X Inhalt
14 Eigenschaften und Reaktionen bestimmter Elemente und Verbindungen 111
14.1 Alkalimetalle 111
14.2 Erdalkalimetalle 112
14.3 Bor und Aluminium als Elemente der 3. Gruppe 113
14.4 Kohlenstoff-Silicium-Gruppe 113
14.5 Stickstoff-Phosphor-Gruppe 116
14.6 Sauerstoff-Schwefel-Gruppe 118
14.7 Halogene 120
14.8 Elektrolyte im menschlichen Organismus 122
14.8.1 Kationen im Elektrolyt-Haushalt 124
14.8.2 Anionen im Elektrolyt-Haushalt 127
15 Aufbau und Eigenschaften von Atomkernen 129
15.1 Die natürliche Radioaktivität 129
15.2 Künstliche Kern-Umwandlungen 132
16 Organische und Physiologische Chemie - Einführung 133
16.1 Entwicklung und Bedeutung der Organischen Chemie 133
16.2 Einführung in die Physiologische Chemie 134
16.3 Der Aufbau organischer Verbindungen 136
16.4 Die Vielfalt organischer Verbindungen 138
16.5 Isomerie und Molekül-Modelle 140
17 Kohlenwasserstoffe 143
17.1 Einführung 143
17.2 Die homologe Reihe der Alkane (Paraffine) 144
17.3 Die Gerüst-Isomerie der Alkane 146
17.4 Cycloalkane 149
17.5 Substitutions-Reaktionen mit gesättigten Kohlenwasserstoffen 149
17.6 Alkene 150
17.7 Alkine 152
17.8 Aromatische Kohlenwasserstoffe 153
18 Alkohole 155
18.1 Einführung 155
18.2 Alkanole 155
18.2.1 Physikalische Eigenschaften der Alkanole 157
18.2.2 Chemische Reaktionen 158
18.3 Cycloalkanole 159
18.4 Mehrwertige Alkohole 160
19 Ether 161
19.1 Ether als Verbindungsklasse 161
19.2 Cyclische Ether 162
20 Phenole 163
20.1 Einwertige Phenole 163
20.2 Mehrwertige Phenole 164
Inhalt X I
21 Carbonyl-Verbindungen 167
21.1 Einführung 167
21.2 Aldehyde 167
21.2.1 Aldehyde als Verbindungsklasse 167
21.2.2 Alkanale 168
21.2.3 Aldehyde aus anderen homologen Reihen 169
21.3 Ketone 169
21.3.1 Alkanone 170
21.4 Reaktionen von Carbonyl-Verbindungen 170
21.4.1 Anlagerung von Wasserstoff (Hydrierung) 170
21.4.2 Anlagerung von Wasser/Aldehyd-Hydrate 171
21.4.3 Anlagerung von Alkoholen/Halbacetale und Acetale 171
22 Carbonsäuren 173
22.1 Einführung 173
22.2 Gesättigte Monocarbonsäuren 174
22.3 Ungesättigte Monocarbonsäuren 175
22.4 Gesättigte und ungesättigte Dicarbonsäuren 175
22.5 Aromatische Mono- u n d Dicarbonsäuren 176
22.6 Substituierte Carbonsäuren 177
22.6.1 Halogen-carbonsäuren 177
22.6.2 Hydroxy-carbonsäuren 178
22.6.3 Keto-carbonsäuren 179
23 Stereochemie 183
23.1 Einführung 183
23.2 Optische Aktivität 184
23.2.1 Eigenschaften des Lichtes 184
23.2.2 Historische Entwicklung und Grundbegriffe 184
23.2.3 Ursache der optischen Aktivität 185
23.3 Optisch aktive Verbindungen mit mehreren asymmetrischen C-Atomen 187
23.4 Cis-trans-Isomerie (Geometrische Isomerie) 187
24 Funktionelle Carbonsäure-Derivate 189
24.1 Einführung 189
24.2 Salze von Carbonsäuren 189
24.2.1 Seifen 190
24.2.2 Komplex-Salze 190
24.3 Carbonsäure-Ester 191
24.4 Carbonsäure-Anhydride 192
24.5 Carbonsäure-Amide 193
24.6 Harnstoff und Ureide 194
25 Fette und fettähnliche Stoffe (Lipide) 197
25.1 Einteilung der Fette 197
25.2 Chemische Struktur der Fette 197
25.3 Chemische Eigenschaften der Fette 198
25.4 Physikalische Eigenschaften der Fette 199
25.5 Biologische Bedeutung der Fette 200
25.6 Lipide 2° 0
X I I Inhalt
26 Stickstoffhaltige organische Verbindungen 203
26.1 Amine 203
26.1.1 Alkylamine (Aminoalkane) 203
26.1.2 Amine mit alkoholischen Hydroxy-Gruppen 204
26.1.3 Physiologisch wirksame Amine 205
26.1.4 Aromatische Amine 205
26.1.5 Heterocyclische Amine 205
26.1.6 Ungesättigte Verbindungen mit Stickstoff im Ring 205
26.2 Quartäre Ammoniumsalze 206
26.3 Stickstoffhaltige organische Verbindungen als Komplexbildner 206
26.4 Weitere stickstoffhaltige Verbindungen 208
27 Schwefelhaltige organische Verbindungen 211
27.1 Einführung 211
27.2 Thioalkohole (Thiole) 211
27.3 Thioether 212
27.4 Thioester 212
27.5 Sulfonsäuren 212
27.6 Amino-sulfonsäuren 213
27.7 Schwefelsäuremonoester 214
28 Aminosäuren, Peptide und Proteine 215
28.1 Einführung 215
28.2 Eigenschaften von Monoamino-monocarbonsäuren 216
28.3 Monoamino-dicarbonsäuren 220
28.4 Diamino-monocarbonsäuren 220
28.5 Aminosäuren in der Physiologischen Chemie 221
28.6 Peptide 222
28.7 Proteine 225
29 Kohlenhydrate 227
29.1 Einführung 227
29.2 Monosaccharide 227
29.2.1 Triosen 228
29.2.2 Pentosen 228
29.2.3 Glucose 230
29.2.4 Glycoside 234
29.2.5 Weitere Hexosen 235
29.3 Disaccharide 236
29.3.1 Saccharose (Rohrzucker, Rübenzucker) 236
29.3.2 Maltose (Malzzucker) 237
29.3.3 Cellobiose 238
29.3.4 Lactose (Milchzucker) 238
29.4 Polysaccharide 238
30 Nucleotide 241
30.1 Nucleinsäuren 2 4 1
30.2 Mononucleotide im Zellstoffwechsel 243
30.3 Harnsäure ^45
Inhalt X I I I
31 Organische Polymere 247
31.1 Einführung 247
31.2 Einteilung der synthetischen Polymere 247
31.3 Polymerisation 247
31.4 Polykondensation 248
32 Anhang zur Organischen und Physiologischen Chemie 251
32.1 Benennung und Klassifizierung organischer Verbindungen 251 32.2 Chemische Konstitution und physikalische Eigenschaften 254
32.3 Reaktions-Typen in der Organischen Chemie 256
32.4 Enzym-Klassen 262
Glossar 263
Kontrollfragen 271
Antworten zu den Kontrollfragen 283
Literaturverzeichnis 291
Register 293
Chemische Elemente in alphabetischer Reihenfolge (Auswahl) 310
Periodensystem der Elemente Innere, hintere Umschlagseite