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1 Einführung Chemie... Medizin... Biologie Chemie... Physik Arbeitsgebiete der Chemie 3

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Academic year: 2022

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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

http://d-nb.info/880869119

(2)

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

(3)

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

(4)

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

(5)

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

(6)

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

(7)

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

Referenzen

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