Chemie: Das Basiswissen der Chemie [13. vollständig überarbeitete ed.]
 3132422746, 9783132422742

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Basiseinheiten des internationalen Einheitensystems (gültig ab 20. Mai 2019) Zu messende Größe

Einheit

Symbol

Definition

Zeit

Sekunde

s

9 192 631 770-mal die Dauer einer Schwingung der Strahlung, die dem Übergang zwischen den Hyperfein-Niveaus in einem 133 55 Cs-Atom entspricht.

Länge

Meter

m

Weglänge, die Licht im Vakuum in 1/299 792 458 s zurücklegt.

Masse

Kilogramm

kg

Masse, die sich ergibt, wenn der festgelegte Zahlenwert 6,626 070 15 · 10–34 der Planck-Konstanten h in Joulesekunden ausgedrückt wird, 1 J s = 1 kg m2s–1.

Temperatur

Kelvin

K

Temperatureinheit, die sich ergibt, wenn der festgelegte Zahlenwert 1,380 649 · 10–23 der Boltzmann-Konstanten k in Joule pro Kelvin ausgedrückt wird, 1 J K–1 = 1 kg m2s–2K–1.

Stoffmenge

Mol

mol

Stoffmenge, die aus NA = 6,022 140 76 · 1023 Teilchen besteht

elektrische Stromstärke

Ampere

A

Elektrischer Strom, bei dem 1019/1,602 176 634 Elementarladungen e pro Sekunde fließen.

Lichtstärke

Candela

cd

Lichtstärke innerhalb eines Raumwinkels, die sich ergibt, wenn der festgelegte Zahlenwert 683 für den Lichtstrom von monochromatischem Licht der Frequenz 540 · 1012 Hz in Lumen pro Watt ausgedrückt wird, 1 lm W–1 = 1 cd sr kg–1m–2s3.

ebener Winkel

Radiant

rad

Verhältnis einer Kreisbogenlänge zum Kreisradius r, 1 rad = 2pr/r

Raumwinkel

Steradiant

sr

Verhältnis einer Oberfläche auf einer Kugel zum Quadrat des Kugelradius r2; 1 sr = 4pr2/r2

Basiseinheiten

Zusätzliche Einheiten

Präfixe zur Bezeichnung von Vielfachen der Maßeinheiten Präfix

Abkürzung

Faktor

exapetateragigamegakilohectodecadecicentimillimicronanopicofemtoatto-

E P T G M k h da d c m m n p f a

1018 1015 1012 109 106 103 102 101 10–1 10–2 10–3 10–6 10–9 10–12 10–15 10–18

Naturkonstanten Konstante

Symbol

Avogadro-Konstante* Bohr-Radius Elektron, Ruhemasse

NA a0

Elementarladung* Faraday-Konstante Boltzmann-Konstante* Ideale Gaskonstante Lichtgeschwindigkeit* Molares Volumen eines idealen Gases Neutron, Ruhemasse

Zahlenwert

6,022 140 76 · 1023 mol–1 5,291 77 · 10–11 m 9,109 383 · 10–28 g 5,485 799 · 10–4 u e 1,602 176 634 · 10–19 C F = NA · e 9,648 533 21 · 104 C · mol–1 k 1,380 649 · 10–23 J · K–1 R = k · NA 8,314 46262 J · mol–1 K–1 8,314 46262 kPa · L · mol–1K–1 c 2,997 924 58 · 108 m · s–1 Vm

Planck-Konstante* Proton, Ruhemasse

h

Normal-Fallbeschleunigung

gm

22,4140 L · mol–1 1,674 9273 · 10–24 g 1,008 664 916 u 6,626 070 15 · 10–34 J · s 1,672 6219 · 10–24 g 1,007 276 47 u 9,806 65 m s–2

* exakt festgelegter Wert Genaue Daten zu den SI-Einheiten sind in Broschüren der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig publiziert, www.ptb.de und beim Internationalen Büro für Maß und Gewicht, www.bipm.org Aktuelle Werte für die Naturkonstanten siehe bei physics.nist.gov/cuu/Constants/

Weitere SI-Einheiten Einheiten ohne eigenen Namen

Einheiten mit eigenem Namen

Zu messende Größe

Einheit

Zu messende Größe

Einheit

Fläche Volumen Dichte

m2 m3 kg m–3; gebräuchlicher: g cm–3 m s–1 m s–2 g mol–1

Kraft Energie Leistung Druck elektrische Ladung elektrische Spannung elektrischer Widerstand elektrische Leitfähigkeit elektrische Kapazität magnetischer Fluss Induktivität magnetische Induktion (magnetische Flussdichte) Frequenz Radioaktivität (atomare Ereignisse pro Zeiteinheit) Absorbierte Energiedosis Äquivalentdosis katalytische Aktivität Lichtstrom

Newton Joule Watt Pascal Coulomb Volt Ohm Siemens Farad Weber Henry Tesla

Geschwindigkeit Beschleunigung molare Masse Stoffmengenkonzentration Wärmekapazität Strahlungsexposition

mol L–1 J K–1 Bq kg–1

Symbol = kg m s–2 = N m = kg m2s–2 = J s–1 = kg m2s–3 = N m–2 = kg m–1s–2 =As = W A–1 = J C–1 = VA–1 = Ω–1 = V–1 A = CV–1 =Vs = V A–1 s = V s m–2

Hertz = s–1 Becquerel = s–1 Gray Sievert Katal Lumen

= J kg–1 = J kg–1 = mol s–1 = cd sr

N J W Pa C V Ω S F Wb H T Hz Bq Gy Sv kat lm

Gebräuchliche Nicht-SI-Einheiten und ältere Maßeinheiten

weiter gebräuchliche Einheiten (gesetzlich erlaubt)

Zu messende Größe

Einheit

Symbol

Masse

Atommasseneinheit Dalton Tonne Minute Stunde Tag Jahr (tropisch) Ångström nautische Meile Liter Grad Celsius Bar Torr (mm Quecksilbersäule)* Elektronenvolt Grad

u Da = u t min h d a Å L oder l ºC bar Torr eV º

1,660539 · 10–24 g 931,49 MeV 103 kg 60 s 3600 s 86 400 s 3,15569 · 107 s 10–10 m = 100 pm 1852 m 1 dm3 K – 273,15 105 Pa 133,322 Pa 1,60218 · 10–19 J p/180 rad

Dyn Erg Kalorie Physikalische Atmosphäre Poise Debye Gauß Curie Rem

dyn erg cal atm P D G Ci rem

10–5 N 10–7 J siehe Seite 60 101,325 kPa 10–1 Pa s 3,336 · 10–30 C m 10–4 T 37 GBq 0,01 Sv

Zeit

Länge Volumen Temperatur Druck Energie ebener Winkel nicht mehr zu verwendende Einheiten (nichtgesetzliche Einheiten)

Kraft Energie Druck Viskosität Dipolmoment magnetische Induktion Radioaktivität Äquivalentdosis

* nur in der Heilkunde erlaubt

entsprechendes SI-Maß

Auf einen Blick Grundlagen und Atomtheorie

1

Einleitung

19

2

Einführung in die Atomtheorie

32

Stöchiometrie

3

Stöchiometrie I: Chemische Formeln

41

4

Stöchiometrie II: Chemische Reaktionsgleichungen

50

5

Energieumsatz bei chemischen Reaktionen

59

6

Die Elektronenstruktur der Atome

72

7

Eigenschaften der Atome und die Ionenbindung

100

8

Die kovalente Bindung

117

9

Molekülstruktur, Molekülorbitale

129

Atome und chemische Bindung

10 Gase

153

11 Flüssigkeiten

171

12 Feststoffe

183

13 Strukturaufklärung

199

14 Lösungen

209

15 Reaktionen in wässriger Lösung

232

16 Reaktionskinetik

251

17 Das chemische Gleichgewicht

271

18 Säuren und Basen

282

19 Säure-Base-Gleichgewichte

293

20 Löslichkeitsprodukt und Komplex-Gleichgewichte

315

21 Grundlagen der chemischen Thermodynamik

326

22 Elektrochemie

340

23 Wasserstoff

367

24 Halogene

373

25 Die Edelgase

387

26 Die Elemente der 6. Hauptgruppe (Gruppe 16)

390

27 Die Elemente der 5. Hauptgruppe (Gruppe 15)

406

28 Kohlenstoff, Silicium und Bor

427

29 Metalle

446

30 Komplex-Verbindungen

479

31 Organische Chemie Teil I: Kohlenwasserstoffe

497

32 Organische Chemie Teil II: Funktionelle Gruppen

515

33 Stereochemie, Polymerchemie und supramolekulare Chemie

544

34 Naturstoffe und Biochemie

560

Kernchemie

35 Kernchemie

593

Gefahrstoffe

36 Umgang mit gefährlichen Stoffen

619

Gase, Flüssigkeiten, Feststoffe und Lösungen

Gesetzmäßigkeiten chemischer Reaktionen

Stoffchemie der Elemente

Organische Chemie und Biochemie

Anhang

635

Chemie Das Basiswissen der Chemie Charles E. Mortimer Ulrich Müller

13., vollständig überarbeitete Auflage

408 Abbildungen 551 Formelbilder

Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York

Anschriften Charles E. Mortimer † (Muhlenberg College Allentown, Pennsylvania/USA)

Titel der Originalausgabe: Chemistry Original English Language Edition Published by Wadsworth Publishing, A Division of Wadsworth, Inc., 10 Davis Drive, Belmont, California 94002, U.S.A.

Prof. Dr. Ulrich Müller Fachbereich Chemie Philipps-Universität D-35032 Marburg

Copyright for the original English edition 1987 by Wadsworth Publishing Company, assigned, 1993, to Dr. Charles E. Mortimer, and 2015 to his heir Charles E. Mortimer Jr., 16307 County Road 384, Buena Vista, CO 812119683, U.S.A. All rights for the English language reserved. No part of the original English language edition of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording, or any information storage and retrieval system, without permission, in writing, of the copyright owner, Charles E. Mortimer Jr. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Auflage Auflage Auflage Auflage Auflage Auflage

1973 1976 1980 1983 1987 1996

7. Auflage 2001 8. Auflage 2003 9. Auflage 2007 10. Auflage 2010 11. Auflage 2014 12. Auflage 2015

Impressum Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Deine Meinung ist uns wichtig! Bitte schreib uns unter www.thieme.de/service/feedback.html © 1973, 2020 Georg Thieme Verlag KG Rüdigerstraße 14 70469 Stuttgart Deutschland www.thieme.de Printed in Germany Zeichnungen: epline, Ruth Hammelehle, Kirchheim; Roland Geyer, Weilerswist; Karin Baum, Paphos, Zypern; Fa. willscript, Dr. Wilhelm Kuhn, Tübingen Umschlagsgestaltung: Thieme Gruppe Umschlaggrafik: Martina Berge, Stadtbergen Satz: Druckhaus Götz GmbH, Ludwigsburg gesetzt aus Arbortext APP V9.1 Unicode Druck: aprinta druck GmbH, Wemding DOI 10.1055/b-006-163279 ISBN 978-3-13-242274-2 Auch erhältlich als E-Book: eISBN (PDF) 978-3-13-242275-9

1 2 3 4 5 6

Das Werk, einschließlich aller seiner Teile, auch der über das Internet aufrufbaren Lösungswege zu den Übungsaufgaben, ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.

Vorwort Dieses Lehrbuch wendet sich an Studierende der Chemie im ersten Studienjahr sowie an Studierende mit Chemie als Nebenfach. In den ersten 22 Kapiteln werden die Grundlagen der allgemeinen und der physikalischen Chemie dargelegt. In den folgenden Kapiteln wird das Grundwissen der anorganischen Chemie, der organischen Chemie, Biochemie und Kernchemie vermittelt. Am Schluss folgt ein Kapitel über den Umgang mit Gefahrstoffen und über das Gefahrstoffrecht. In Umfang und Tiefe ist dieses Buch für Studierende mit Chemie als Nebenfach gedacht. Studierende mit Chemie als Hauptfach werden es als Einführung in die verschiedenen Teilgebiete der Chemie und als Repetitorium vor Prüfungen schätzen. Das amerikanische Original zu diesem Buch von Charles E. Mortimer erlebte sechs Auflagen, deren letzte im Jahr 1986 herausgegeben wurde. Seitdem ist das Werk in den USA nicht mehr auf dem Markt. Die erste deutsche Ausgabe erschien 1973 und wurde seitdem gepflegt und in inzwischen 13 Auflagen dem sich weiterentwickelnden Wissensstand angepasst. Der Inhalt des Buches weicht um fast 30 % von der letzten amerikanischen Ausgabe ab. In diese 13. Auflage wurden neben allerlei kleineren Aktualisierungen folgende Neuerungen aufgenommen: Die Neudefinition der Basiseinheiten für das metrische Maßsystem und die nunmehr nicht mehr veränderlichen Werte für sieben Naturkonstanten, die Gewinnung von Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser mit Polymerelektrolytmembran, die Trockenreformierung von Erdgas mit CO2 zu Synthesegas, die Graphen-Synthese, die Wiederaufbereitung von Metallen, die in Zukunft wahrscheinlich wieder an Bedeutung erlangende Fischer-Tropsch-Synthese, die CRISPRCas9-Methode in der Gentechnik und Änderungen im Gefahrstoffrecht. Zur korrekten Erfassung naturwissenschaftlicher Sachverhalte gehört eine sorgfältige und exakte sprachliche Ausdrucksweise. Seit einigen Jahrzehnten ist ein Sprachwandel in der deutschen chemischen Fachsprache zu beobachten. Es gibt eine steigende Tendenz zum Gebrauch von Anglizismen. Bisher im Deutschen gebräuchliche Ausdrücke werden nach und nach durch englische Ausdrücke verdrängt, und sogar grammatische Formen werden aus dem Englischen einge-

deutscht. Unser lange gewachsener, reichhaltiger fachsprachlicher Wortschatz droht zu verkümmern. Das gilt ganz besonders, wenn auch Lehrveranstaltungen von deutschsprachigen Dozenten für deutschsprachige Zuhörer auf Englisch abgehalten werden. Der Wissenschaft wird so ein schlechter Dienst erwiesen, denn schwierige Gedankengänge fasst man immer besser in der Muttersprache – niemand besitzt in einer Fremdsprache den gleichen Wortschatz und die gleiche Ausdrucksfähigkeit wie in der Muttersprache. Als internationale Fachsprache in der Wissenschaft ist Englisch fest etabliert. Deutschsprachige Wissenschaftler und auch Autoren mit anderen Muttersprachen veröffentlichen ihre Forschungsergebnisse überwiegend auf Englisch und auf internationalen Fachkongressen ist Englisch die gemeinsame Sprache. Das wird solange so bleiben, bis es Computerprogramme gibt, die grammatisch und semantisch einwandfrei übersetzen und dolmetschen können. Jeder Naturwissenschaftler muss heutzutage über Englischkenntnisse verfügen. Viele nicht englischsprachige Autoren verfügen nur über mittelmäßige Englischkenntnisse und hadern in der Fremdsprache Englisch mit Grammatik, Syntax und Semantik. Infolgedessen ist auch ein Verfall der englischen Fachsprache zu verzeichnen. Sowohl in deutschen wie in englischen Fachpublikationen findet sich zunehmend eine ungenaue und von Modewörtern durchsetzte Sprache. In der Hoffnung, dem etwas entgegenzuwirken, finden sich hie und da entsprechende Bemerkungen neben dem Text. Als Hilfestellung zum richtigen Gebrauch der englischen Fachsprache finden sich an geeigneten Stellen Gegenüberstellungen von deutschen und englischen Ausdrücken. Seit der Rechtschreibreform von 1996 (und deren teilweise Rücknahme 2006) gibt es im Deutschen keine einheitliche Rechtschreibung mehr. In dem immer noch herrschenden orthographischen Durcheinander versucht der Georg Thieme Verlag für alle Lehrbücher eine einheitliche Orthographie zu verwenden. Sie finden in diesem Buch neue Schreibungen (z. B. Fluss, Potenzial, im Allgemeinen), jedoch keine missverständlichen Getrenntschreibungen; wo die neuen Regeln Varianten erlauben, wird die alte Schreibweise bevorzugt (z. B. mit Hilfe, nicht mithilfe). Marburg, Juli 2019

Ulrich Müller

9

Danksagung

Danksagung Folgenden Kollegen danke ich für Hinweise und Anregungen zu Kapiteln aus ihren Fachgebieten: Prof. Dr. Roland Berger (Theoretische Chemie); Prof. Dr. Sigurd Höger (Organische Chemie); Prof. Dr. Olalla Vázquez (Biologische Chemie). Außerdem danke ich den Kollegen, die mir bei früheren Auflagen Hinweise und Anregungen gegeben haben: Dr. Johannes Beck (Bearbeiter der 11. Auflage); Prof. Dr. Hartmut Follmann (Biochemie); Prof. Dr. Thomas Schrader und Prof. Dr. Paultheo von Zezschwitz (Organische Chemie); Prof. Dr. Gernot Frenking (Theoretische Chemie); Prof. Dr. Andreas Greiner (Polymerchemie); Dr. Carsten Auel (Gefahrstoffrecht). Herrn Dr. Matthias Lein, Dr. Christian Emden, Dr. Frank Biesemeier und Frau Dr. Monica Crippa danke ich für die Bereitstellung von Material für Abbildungen.

10

Außerdem danke ich zahlreichen weiteren Fachkollegen und aufmerksamen Lesern, die allerlei Anregungen gegeben haben und mich auf Fehler aufmerksam gemacht haben. Frau Ruth Hammelehle, Herrn Roland Geyer, Herrn Dr. Willi Kuhn und Frau Karin Baum danke ich für ihre künstlerische Arbeit bei der Anfertigung der Abbildungen. Frau Marianne Mauch, Frau Mascha Friedrich, Frau Laura Diemand und allen anderen Mitarbeitern des Georg Thieme Verlags danke ich für die reibungslose Zusammenarbeit bei der Produktion und Gestaltung des Buches. Marburg, Juli 2019

Ulrich Müller

Hinweise zur Benutzung Zusammenfassung

/

Die Zusammenfassung steht am Anfang von jedem Kapitel und vermittelt in knapper und prägnanter Form eine Übersicht über den nachfolgenden Text. Sie dient einerseits als Einführung in das Thema, kann aber auch zur Festigung des Wissens bei der Wiederholung des gelernten Stoffes genutzt werden.

Die Übersicht über die Kapitelgliederung neben jeder Zusammenfassung erleichtert das rasche Finden eines gesuchten Unterkapitels.

Schlüsselworte (s. Glossar) Die Gestaltung des Buches mit zwei unterschiedlich breiten Spalten gestattet es, Reaktionsgleichungen, Formelschemata, besondere Hinweise und ergänzende Bemerkungen neben dem Text unterzubringen. Darauf wird nicht immer, aber bei passenden Stellen, mit dem Wort „nebenstehend“ hingewiesen. Neben den hier dargestellten Elementen finden sich in der Randspalte Ergänzungen oder Erläuterungen zum Text, die nicht besonders hervorgehoben, aber, wenn dies sinnvoll ist, mit einer fetten Überschrift versehen sind.

Beispiel

Übungsaufgaben

Diese Liste enthält Begriffe, die im Kapitel neu eingeführt werden. Alle Schlüsselworte finden sich noch einmal in alphabetischer Reihenfolge im Glossar (S. 668), jeweils mit einer kurzen Erläuterung. Im Text werden neue Begriffe durch Fettdruck hervorgehoben.

+

In den an der passenden Stelle im Text eingefügten Beispielen werden Rechenverfahren erläutert und ergänzende Erklärungen gegeben.

:

Die Übungsaufgaben am Ende der Kapitel bieten die Möglichkeit, das Gelernte zu überprüfen, und erleichtern so die Vorbereitung auf schriftliche und mündliche Prüfungen. Lösungen zu den Aufgaben sind im Anhang angegeben; der Rechenweg kann im Internet unter www.thieme.de/mortimer nachgesehen werden. Versuchen Sie jedoch, die Aufgaben zu lösen, bevor Sie im Internet nach dem Lösungsweg suchen. Wenn Sie gleich dort nachsehen, bekommen Sie das Gefühl, alles verstanden zu haben, und trotzdem haben Sie nicht gelernt, den Lösungsweg selbständig zu finden.

2

Definition

.

Definitionen wichtiger Begriffe sind durch eine blaue Unterlegung gekennzeichnet.

:


= = 1,25 3 mol 3 mol 4 mol 4 mol Die kleinere Zahl weist H2O als begrenzend aus. Die tatsächlich umgesetzten Stoffmengen sind maximal 1,25-mal so groß wie die Koeffizienten der Reaktionsgleichung. Danach ist die maximal entstehende Wasserstoffmenge n(H2) = 1,25 · 4 mol = 5,00 mol. Eisen ist im Überschuss vorhanden, es werden nur n(Fe) = 1,25 · 3 mol = 3,75 mol verbraucht.

53

4 Stöchiometrie Teil II: Chemische Reaktionsgleichungen

+

Beispiel 4.6

Wie viel Gramm Stickstofftrifluorid (NF3) können theoretisch aus 4,00 g Ammoniak und 14,0 g Fluor erhalten werden? Die Reaktionsgleichung lautet:

4

NH3 + 3 F2 → NF3 + 3 HF M(NH3) = 17,0 g/mol; M(F2) = 38,0 g/mol; M(NF3) = 71,0 g/mol Umrechnung der eingesetzten Massen auf Stoffmengen: n(NH3 ) = n(F2 ) =

m(NH3 ) 4,00 g = = 0,235 mol M(NH3 ) 17,0 g/mol

m(F2 ) 14,0 g = = 0,368 mol M(F2 ) 38,0 g/mol

Bestimmung des begrenzenden Reaktanden: n(NH3 ) 0,235 mol n(F2 ) 0,368 mol = = 0,235 > = = 0,123 1 mol 1 mol 3 mol 3 mol Die Fluor-Menge wirkt somit begrenzend. Die maximal umsetzbaren Stoffmengen sind 0,123-mal die Koeffizienten der Reaktionsgleichung. Es lässt sich somit folgende Höchstmenge an NF3 erhalten: n(NF3) = 0,123 · 1 mol = 0,123 mol m(NF3) = n(NF3) · M(NF3) = 0,123 mol · 71,0 g/mol = 8,72 g

4.3 Ausbeute bei chemischen Reaktionen

Definition

.

Prozentuale Ausbeute = tatsächliche Ausbeute  100% theoretische Ausbeute

Häufig wird bei einer chemischen Reaktion eine geringere Produktmenge erhalten als theoretisch möglich. Dafür gibt es mehrere mögliche Ursachen: es kann Nebenreaktionen geben, die zu unerwünschten Produkten führen; möglicherweise reagieren die Reaktanden nur zum Teil; ein Produkt kann eine Folgereaktion eingehen und wieder verbraucht werden. Die (absolute oder tatsächliche) Ausbeute ist die tatsächlich erhaltene Produktmenge. Die theoretische Ausbeute ist die nach der Reaktionsgleichung und den eingesetzten Stoffmengen maximal erzielbare Ausbeute. Die prozentuale Ausbeute gibt das Verhältnis der tatsächlichen Ausbeute zu theoretischer Ausbeute in Prozent an.

Beispiel 4.7

+

Wie groß ist die prozentuale Ausbeute, wenn die Ausbeute an Stickstofftrifluorid aus Beispiel 4.6 nur 4,80 g NF3 beträgt? mtats. (NF3 ) 4,80 g  100% =  100% = 55,0% mtheor. (NF3 ) 8,72 g

4.4 Konzentration von Lösungen

Definition

.

Stoffmengenkonzentration = c = n V n = gelöste Stoffmenge V = Volumen der Lösung

54

Viele chemische Reaktionen werden in Lösung durchgeführt. Bei den zugehörigen stöchiometrischen Berechnungen spielen die Volumina der Lösungen und deren Konzentrationen eine Rolle. Die Konzentration einer Lösung ist die Menge eines gelösten Stoffes pro Volumen der Lösung. Konzentrationen können in verschiedenen Maßeinheiten angegeben werden, wir kommen im Einzelnen darauf in Abschnitt 14.6 (S. 215) zurück. Von besonderer Bedeutung ist die Angabe als Stoffmengenkonzentration c, früher Molarität genannt. Die Stoffmengenkonzentration bezeichnet die gelöste Stoffmenge pro Volumeneinheit der Lösung; sie wird in der Regel in Mol pro Liter (mol/L) angegeben.

4.4 Konzentration von Lösungen

+

Beispiel 4.8

Wie viel Gramm Natriumhydroxid (NaOH) werden benötigt, um 0,450 L einer Natronlauge mit c(NaOH) = 0,300 mol/L herzustellen? M(NaOH) = 40,0 g/mol

4

n(NaOH) n(NaOH) = = 0,300 mol/L c(NaOH) = V 0,450 L n(NaOH) = 0,300 mol/L · 0,450 L = 0,135 mol m(NaOH) = n(NaOH) · M(NaOH) = 0,135 mol · 40,0 g/mol = 5,40 g

Die Konzentrationsangabe bezieht sich auf einen Liter Lösung und nicht auf einen Liter Lösungsmittel. Zur Herstellung einer Lösung einer Substanz mit c = 2,0 mol/L werden 2,0 mol in einen Messkolben (Abb. 4.2) gegeben, dann wird die Substanz mit etwas Lösungsmittel in Lösung gebracht, und schließlich wird der Messkolben mit weiterem Lösungsmittel bis zur Eichmarke aufgefüllt. In der älteren Literatur wurde eine Lösung mit c = 2,0 mol/L 2-molar genannt, abgekürzt 2m oder 2M. Oft sind verdünnte Lösungen aus konzentrierteren Lösungen herzustellen. Die Stoffmengenkonzentrationen von einigen gebräuchlichen, konzentrierten Reagenzien sind in Tab. 4.1 aufgeführt. Mit ihnen lässt sich berechnen, in welchem Verhältnis Reagenz und Wasser zu vermischen sind, um eine gewünschte Konzentration zu erreichen. Die Stoffmenge n eines gelösten Stoffes in einer Lösung der Konzentration c1 und dem Volumen V1 ist:

Konzentrationsangaben der Art 2-molar oder 2M statt c = 2 mol/L oder 0,376 mM statt c = 0,376 mmol/L kommen auch in der neueren Literatur noch oft vor. Dasselbe gilt für die nicht normenkonforme Bezeichnung Molarität anstelle von Stoffmengenkonzentration. Anstatt Stoffmengenkonzentration darf man kurz Konzentration sagen, wenn durch eine angegebene Maßeinheit eindeutig ist, dass eine Stoffmengenkonzentration gemeint ist.

n = c1 · V1 Wird die Lösung verdünnt, so vergrößert sich ihr Volumen auf den neuen Wert V2, die darin gelöste Stoffmenge n bleibt jedoch unverändert. Die neue Konzentration c2 beträgt: c2 =

Tab. 4.1

n c1  V1 = . V2 V2

Eichmarke

Zusammensetzung von einigen konzentrierten Reagenzien.

Reagenz

Formel

Mr

w/(cg · g–1)

c/(mol · L–1)

Essigsäure

H3C — COOH

60,05

100

17,5

Salzsäure

HCl

36,46

37

12,0

Salpetersäure

HNO3

63,01

70

15,8

Phosphorsäure

H3PO4

98,00

85

14,7

Schwefelsäure

H2SO4

98,07

96

18,0

Ammoniak

NH3

17,03

28

14,8

Abb. 4.2

Messkolben.

55

4 Stöchiometrie Teil II: Chemische Reaktionsgleichungen

+

Beispiel 4.9

Welches Volumen einer Lösung mit c1(HCl) = 12,0 mol/L wird benötigt, um 500 mL einer Lösung mit c2(HCl) = 3,00 mol/L herzustellen?

4

In der Beziehung c1V1 = c2V2 ist V1 gefragt: V1 =

c2  V2 3,00 mol/L  0,500 L = = 0,125 L = 125 mL c1 12,0 mol/L

Um die benötigten Volumina von Lösungen bei chemischen Reaktionen zu berechnen, muss man ebenfalls die jeweils darin enthaltene Stoffmenge berechnen und in Beziehung zur chemischen Reaktionsgleichung setzen.

+

Beispiel 4.10

Welches Volumen einer Lösung mit c(NaOH) = 0,750 mol/L wird benötigt, um es mit 50,0 mL Schwefelsäure mit c(H2SO4) = 0,150 mol/L gemäß folgender Gleichung umzusetzen? H2SO4(aq) + 2 NaOH(aq) → Na2SO4(aq) + 2 H2O Wir berechnen zuerst die Stoffmenge n(H2SO4) in den 50,0 mL: n(H2SO4) = c(H2SO4) · V(H2SO4) = 0,150 mmol/mL · 50,0 mL = 7,50 mmol Nach der Reaktionsgleichung werden für jedes Mol H2SO4 zwei Mol NaOH benötigt: n(NaOH) = 2 · n(H2SO4) = 2 · 7,50 mmol = 15,0 mmol Das zugehörige Volumen der NaOH-Lösung ist: V(NaOH) =

n(NaOH) 15,0 mmol = = 20,0 mL c(NaOH) 0,750 mmol/mL

Wie in diesem Beispiel gezeigt, ist es oft praktisch, mit Stoffmengenkonzentrationen in mmol/mL zu rechnen. 1 mmol/mL = 1 mol/L.

:

Übungsaufgaben (Lösungen s. S. 642) Reaktionsgleichungen, Stoffumsätze 4.1 Gleichen Sie folgende Gleichungen aus: a. Al + HCl → AlCl3 + H2 b. Cu2S + Cu2O → Cu + SO2 c. WC + O2 → WO3 + CO2 d. Al4C3 + H2O → Al(OH)3 + CH4 e. TiCl4 + H2O → TiO2 + HCl f. NH3 + O2 → N2 + H2O g. Ba3N2 + H2O → Ba(OH)2 + NH3 h. B2O3 + C + Cl2 → BCl3 + CO 4.2 Formulieren Sie die Gleichungen für die Verbrennung von: a. Cyclohexan (C6H12) e. Thiophen (C4H4S) f. Pyridin (C5H5N) b. Toluol (C7H8) c. Octan (C8H18) g. Anilin (C6H7N) h. Thiazol (C3H3NS) d. Propan (C3H8)

56

4.3 Beim Erhitzen zersetzt sich Natriumazid, NaN3(s), zu Na(l) und N2(g); man kann so reines Stickstoffgas herstellen. a. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung. b. Wie viel Mol NaN3 werden zur Herstellung von 1,00 mol N2 benötigt? c. Welche Masse N2 entsteht bei der Zersetzung von 2,50 g NaN3? d. Welche Masse Na entsteht, wenn 1,75 g N2 gebildet werden? 4.4 Wie viel Gramm Natriumamid (NaNH2) und Distickstoffoxid (N2O) werden benötigt, um 50,0 g Natriumazid (NaN3) herzustellen bei Annahme eines vollständigen Stoffumsatzes gemäß 2 NaNH2 + N2O → NaN3 + NaOH + NH3?

Übungsaufgaben

4.5 Bei der Umsetzung von P4O10(s) mit PCl5(s) entsteht POCl3(l) als einziges Produkt. a. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung. b. Wie viel Mol POCl3 lassen sich aus 1,00 mol PCl5 erhalten? c. Welche Masse PCl5 wird benötigt, um 12,0 g POCl3 herzustellen? d. Welche Masse P4O10 wird zur Umsetzung mit 7,50 g PCl5 benötigt? 4.6 Wie viel Gramm Iodwasserstoff (HI) entstehen aus 5,00 g PI3 bei der vollständigen Umsetzung gemäß PI3 + 3 H2O → 3 HI + H3PO3? 4.7 Wie viel Gramm des fett gedruckten Produkts können maximal bei der Umsetzung folgender Mengen erhalten werden? + 2 NH3 → NH4NCS + H2S a. CS2 9,00 g 3,00 g + 2 NaOH → OF2 + 2 NaF + H2O b. 2 F2 2,50 g 2,50 g c. 3 SCl2 + 4 NaF → SF4 + S2Cl2 + 4 NaCl 6,00 g 3,50 g → 3 NaBF4 + 2 B2H6 d. 3 NaBH4 + 4 BF3 2,650 g 4,560 g 4.8 Berechnen Sie die prozentuale Ausbeute des fett gedruckten Produkts. Der Reaktand ohne Mengenangabe ist im Überschuss vorhanden. a. 3 LiBH4 + 3 NH4Cl → B3N3H6 + 9 H2 + 3 LiCl 5,00 g 2,16 g b. Ca3P2(s) + 6 H2O(l) → 2 PH3(g) + 3 Ca(OH)2(aq) 6,00 g 1,40 g 4.9 7,69 g eines Gemisches von Calciumcarbid (CaC2) und Calciumoxid (CaO) reagieren mit Wasser gemäß CaC2(s) + 2 H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + C2H2(g) CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(aq) Nehmen Sie vollständigen Stoffumsatz an. Wie viel Prozent des Gemisches bestehen aus CaC2, wenn 2,34 g C2H2 (Ethin) erhalten werden? 4.10 10,00 g eines Gemisches von Calciumcarbonat, CaCO3(s), und Calciumsulfat, CaSO4(s), werden zu einem Überschuss von Salzsäure, HCl(aq), gegeben. Nur das CaCO3 reagiert, und zwar vollständig:

Konzentrationen 4.12 Welche Stoffmengenkonzentration haben folgende Lösungen? a. 4,00 g NaOH in 250 mL Lösung b. 13,0 g NaCl in 1,50 L Lösung c. 10,0 g AgNO3 in 350 mL Lösung d. 94,5 g HNO3 in 250 mL Lösung e. 6,500 g KMnO4 in 2,000 L Lösung

4

4.13 Wie viel Mol Substanz sind in folgenden Lösungen enthalten? a. 1,20 L mit c(Ba(OH)2) = 0,0500 mol/L b. 25,0 mL mit c(H2SO4) = 6,00 mol/L c. 0,250 L mit c(NaCl) = 0,100 mol/L 4.14 Welche Masse ist einzuwiegen, um folgende Lösungen herzustellen? a. 500,0 mL mit c(KMnO4) = 0,02000 mol/L b. 2,000 L mit c(KOH) = 1,500 mol/L c. 25,00 mL mit c(BaCl2) = 0,2000 mol/L 4.15 Wie viel Milliliter der konzentrierten Lösung (vgl. Tab. 4.1, S. 55) sind zu verdünnen, um folgende Lösungen zu erhalten? a. 0,250 L mit c(CH3CO2H) = 3,50 mol/L b. 1,50 L mit c(HNO3) = 0,500 mol/L c. 75,0 mL mit c(H2SO4) = 0,600 mol/L 4.16 Wie viel Milliliter einer Lösung mit c(KOH) = 0,250 mol/L reagieren mit 15,0 mL einer Lösung mit c(H2SO4) = 0,350 mol/L gemäß der Gleichung 2 KOH(aq) + H2SO4(aq) → K2SO4(aq) + 2 H2O(l)? 4.17 Welche Stoffmengenkonzentration hat eine Lösung von Oxalsäure (H2C2O4), wenn 25,0 mL davon mit 37,5 mL Natronlauge mit c(NaOH) = 0,220 mol/L reagieren? Reaktionsgleichung: H2C2O4(aq) + 2 NaOH(aq) → Na2C2O4(aq) + 2 H2O(l) 4.18 Welche Stoffmengenkonzentration hat eine Lösung von Natriumchromat (Na2CrO4), wenn 25,60 mL davon zur vollständigen Umsetzung mit 43,01 mL einer Silbernitrat-Lösung mit c(AgNO3) = 0,1500 mol/L benötigt werden? Reaktionsgleichung: 2 AgNO3(aq) + Na2CrO4(aq) → Ag2CrO4(s) + 2 NaNO3(aq)

CaCO3(s) + 2 HCl(aq) → CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g) Wie viel Prozent CaCO3 enthielt das Gemisch, wenn 1,50 g CO2 entstehen? 4.11 Ein Gemisch von Ethan (C2H6) und Propan (C3H8) wird mit Sauerstoff vollständig verbrannt unter Bildung von 12,50 g CO2 und 7,20 g H2O. Wie viel Prozent Ethan enthält das Gemisch?

4.19 Wenn Phosphorsäure, H3PO4(aq), zu 125 mL einer Lösung von Bariumchlorid, BaCl2(aq), gegeben wird, scheiden sich 3,26 g Ba3(PO4)2(s) aus. Welche Stoffmengenkonzentration hat die BaCl2-Lösung?

57

4 Stöchiometrie Teil II: Chemische Reaktionsgleichungen

4.20 Welches Volumen einer Lösung c(Na2S2O3) = 0,3625 mol/L wird zur Umsetzung mit 1,256 g I2 benötigt? Reaktionsgleichung: 2 Na2S2O3(aq) + I2(s) → 2 NaI(aq) + Na2S4O6(aq)

4

4.21 Wenn Eisen-Pulver zu einer Silbersalz-Lösung gegeben wird, geht das Eisen in Lösung, und Silber scheidet sich aus: Fe(s) + 2 Ag+(aq) → Fe2+(aq) + 2 Ag(s) Welche Masse Fe(s) wird benötigt, um alles Silber aus 2,00 L einer Lösung mit c(Ag+) = 0,650 mol/L auszuscheiden?

4.22 Fester Schwefel löst sich in einer heißen Lösung von Sulfit-Ionen, SO23–, unter Bildung von Thiosulfat, S2 O23–: SO23–(aq) + S(s) → S2 O23–(aq) Welche Masse S(s) löst sich in 150,0 mL einer Sulfit-Lösung mit c(SO23–) = 0,2500 mol/L? 4.23 2,50 g eines Gemisches von Natriumchlorid, NaCl(s), und Natriumnitrat, NaNO3(s), werden in Wasser gelöst. Zur vollständigen Umsetzung nach NaCl(aq) + AgNO3(aq) → AgCl(s) + NaNO3(aq) werden 30,0 mL einer Silbernitrat-Lösung mit c(AgNO3) = 0,600 mol/L benötigt. Wie viel Prozent Massenanteil NaCl enthielt das Gemisch?

58

5 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen

5 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen Zusammenfassung

/

Bei chemischen Prozessen wird Energie aufgenommen oder abgegeben. Die Thermochemie befasst sich mit den Energiebeträgen, die als Wärme umgesetzt werden. Die Wärmekapazität eines Körpers ist die benötigte Wärmemenge, um den Körper um 1 °C zu erwärmen. Der Wärmeumsatz einer chemischen Reaktion wird mit Hilfe eines Kalorimeters bestimmt. Dabei wird aus der Temperaturänderung des Kalorimeters und seines Inhalts sowie aus deren Wärmekapazitäten die umgesetzte Wärmemenge berechnet. In jedem Stoff steckt eine bestimmte innere Energie. Die Differenz der inneren Energien von Produkten und Reaktanden einer chemischen Reaktion ist die Reaktionsenergie ΔU. Wird die Reaktion bei konstantem Druck p durchgeführt (offenes Reaktionsgefäß) und tritt bei der Reaktion eine Volumenänderung ΔV der Stoffe ein, dann wird gegen den Atmosphärendruck die Volumenarbeit pΔV geleistet; dies ist bei der Bildung oder dem Verbrauch eines Gases der Fall. Die Reaktionsenthalpie ist definiert als:

Übersicht 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7

Energiemaße · 60 Temperatur und Wärme · 60 Kalorimetrie · 61 Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie · 62 Der Satz von Hess · 64 Bildungsenthalpien · 65 Bindungsenergien · 68

5

Übungsaufgaben · 70

ΔH = ΔU + pΔV Sie gibt den als Wärme beobachtbaren Anteil der Reaktionsenergie an. Wenn bei der Reaktion Wärme freigesetzt wird, ist die Reaktion exotherm, ΔH ist dann negativ. Bei einer endothermen Reaktion wird Wärme aufgenommen, ΔH ist positiv. Eine thermochemische Gleichung besteht aus einer Reaktionsgleichung und der Angabe des zugehörigen ΔH-Werts. Die ΔH-Werte können durch kalorimetrische Messung bestimmt werden. Nach dem Satz von Hess ist der Wert von ΔH unabhängig davon, ob eine Reaktion in einem oder mehreren Schritten abläuft. Mit Hilfe von Standard-Bildungsenthalpien ΔH0f kann die Reaktionsenthalpie einer Reaktion berechnet werden: X X ΔH0f (Produkte)  ΔH0f (Reaktanden) ΔH0 = Mit mittleren Bindungsenergien kann der ΔH-Wert einer Reaktion abgeschätzt werden; ΔH ergibt sich als Summe aller ΔH-Werte für die Energie, die zum Aufbrechen der Bindungen der Reaktanden benötigt wird, und der ΔH-Werte für die Energie, die bei der Bildung neuer Bindungen in den Produkten frei wird.

Im Verlaufe einer chemischen Reaktion wird von den beteiligten Stoffen Energie freigesetzt oder aufgenommen; zu jeder Stoffumsetzung gehört auch eine Energieumsetzung. Berechnungen mit den zugehörigen Energiebeträgen sind ebenso von Bedeutung wie die Berechnungen der umgesetzten Stoffmassen. Die freigesetzte oder aufgenommene Energie kann in verschiedenen Formen in Erscheinung treten: als Licht, als elektrische Energie, als mechanische Energie und vor allem als Wärme. Die Thermochemie befasst sich mit den Wärmemengen, die bei chemischen Prozessen umgesetzt werden.

Schlüsselworte (s. Glossar)

2

Energie Wärme Thermochemie Temperatur Spezifische Wärme Joule Kalorie Wärmekapazität Kalorimeter Reaktionsenergie Innere Energie Enthalpie Reaktionsenthalpie Volumenarbeit Endotherme Reaktion Exotherme Reaktion Gesetz der konstanten Wärmesummen (Satz von Hess) Bildungsenthalpie Standard-Bildungsenthalpie Dissoziationsenergie Bindungsenergie mittlere Bindungsenergie

59

5 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen

Definition

.

Kraft und ihre Einheit: F=m·a 1N = 1 kg · m/s2

5 Definition

.

Arbeit und ihre Einheit: W=F·s 1 J = 1N · m = 1 kg · m2/s2

Definition

.

Kinetische Energie:

Henry Roscoe. The Life & Experiences of Sir Henry Enfield Roscoe (Macmillan: London and New York). p. 120

Ekin = W = 12 mv 2

James Joule * 1818 Salford bei Manchester † 1889 Sale bei Manchester

1 cal = 4,184 J (thermochemische Kalorie = Wärmekapazität von 1 g Wasser bei 17 °C an Luft unter Atmosphärendruck) 1 cal = 4,1855 J (Wasser bei 15 °C) 1 cal = 4,1819 J (Wasser bei 20 °C) 1 cal = 4,1868 J (internationale Kalorie)

60

5.1 Energiemaße Wenn auf einen Körper mit Masse m eine Kraft F ausgeübt wird, so wird er in Bewegung gesetzt und beschleunigt. Die Beschleunigung a ist die Geschwindigkeitszunahme pro Zeiteinheit. Nach dem Newton-Gesetz sind Kraft und Beschleunigung einander proportional. Die Beschleunigung wird in m/s2 gemessen. Die SI-Einheit der Kraft ist das Newton (abgekürzt N). 1 Newton ist die Kraft, mit der die Masse m = 1 kg mit a = 1 m/s2 beschleunigt wird. Arbeit. Beim Beschleunigen des Körpers wird Arbeit geleistet. Die Arbeit W ist definiert als das Produkt der wirkenden Kraft mal der Weglänge s, über welche diese Kraft wirkt. Im internationalen Einheitensystem ist die Einheit für die Arbeit das Joule (abgekürzt J). 1 Joule ist die Arbeit, die bei der Ausübung einer Kraft F = 1 N über eine Wegstrecke von s = 1 m geleistet wird. Energie. Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu leisten. Energie kann in unterschiedlichen Formen auftreten, zum Beispiel als Bewegungsenergie (kinetische Energie), elektrische Energie, Wärme(-energie) oder chemische Energie. Nachdem ein Körper der Masse m auf die Geschwindigkeit v beschleunigt wurde und dabei die Arbeit W aufgewandt wurde, verfügt der Körper über kinetische Energie; mit der kinetischen Energie kann wieder Arbeit geleistet werden, wenn der Körper gegen eine Kraft wirkt und dabei seine Geschwindigkeit verliert, d. h. verzögert wird (Verzögerung = negative Beschleunigung). Die dabei geleistete Arbeit ist genauso groß wie die Arbeit, die beim anfänglichen Beschleunigen des Körpers geleistet wurde. Die im bewegten Körper steckende kinetische Energie entspricht genau dem Betrag dieser Arbeit. Die kinetische Energie Ekin steht mit der Masse m und der Geschwindigkeit v in Beziehung. Energie kann stets nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden, sie kann aber nie erzeugt oder vernichtet werden. Auf diesen Satz der Erhaltung der Energie (Erster Hauptsatz der Thermodynamik) kommen wir im Kapitel 21 (S. 327) zurück. Auch bei der Umwandlung von mechanischer Energie in Wärmeenergie, zum Beispiel wenn ein bewegter Körper gegen eine Wand prallt und seine kinetische Energie in Wärme umgewandelt wird, wird aus einer bestimmten Energiemenge immer eine definierte Menge an Wärme erhalten; dies wurde von James Joule entdeckt. Das Maß für die Energie entspricht dem Betrag der Arbeit, die damit geleistet werden kann; 1 Joule ist die Einheit für die Energie, unabhängig von der Form, in der sie auftritt.

5.2 Temperatur und Wärme Wärme ist eine Form von Energie, die in jedem Körper in unterschiedlicher Menge enthalten sein kann. Zwischen zwei Körpern, die in Kontakt miteinander sind, fließt Wärme von einem zum anderen, wenn die Temperaturen der Körper verschieden sind. Die Temperatur ist ein Maß dafür, in welcher Richtung der Wärmefluss erfolgt. Als Einheit zur Temperaturmessung verwenden wir neben dem Grad Celsius (°C) das Kelvin (Symbol K); beide unterscheiden sich durch die Wahl des Nullpunktes, während die Einheiten selbst gleich groß sind. Die Temperatur in K ist gleich der Temperatur in °C nach Addition des Wertes 273,15. Die spezifische Wärme einer Substanz ist die Wärmemenge, die benötigt wird, um 1 g der Substanz um 1 °C zu erwärmen. Für lange Zeit diente die spezifische Wärme des Wassers als Maßeinheit für die Wärmeenergie: die Kalorie (cal) war definiert als die Wärmemenge, die zum Erwärmen von 1 g Wasser nötig ist. Es gibt mehrere Umrechnungsfaktoren von Kalorien auf Joule. Obwohl deshalb nicht eindeutig ist, was gemeint ist, werden Energieangaben oft immer noch in Kalorien gemacht.

5.3 Kalorimetrie

5.3 Kalorimetrie Die Wärmekapazität C eines Körpers mit der Masse m ist die Wärmemenge, die benötigt wird, um die Temperatur des Körpers um 1 °C zu erhöhen. Sie ist das Produkt aus der spezifischen Wärme mal der Masse. Um einen Körper von der Temperatur T1 auf die Temperatur T2 zu erwärmen, ist die Wärmemenge Q erforderlich:

5 Q = C · (T2 – T1)

Beispiel 5.1

+

Wasser hat bei 20 °C eine spezifische Wärme von 4,18 J · g–1 K–1. Die Wärmekapazität von 125 g Wasser beträgt: C = 125 g · 4,18 J · g–1 K–1 = 523 J/K Die benötigte Wärmemenge, um 125 g Wasser von 20,0 °C (293,15 K) auf 25,0 °C (298,15 K) zu erwärmen, beträgt:

Spezifische Wärmekapazität C einiger Stoffe Material C/(J · g–1 · K–1) Blei 0,13 Silber 0,24 Kupfer 0,38 Aluminium 0,90 Ethanol 2,43 Wasser 4,18

Q = 523 J · K–1 · (25,0 – 20,0) K = 2,61 · 103 J = 2,61 kJ Ein Kalorimeter dient zum Messen der Wärmemengen, die bei chemischen Reaktionen freigesetzt oder aufgenommen werden. Ein Bombenkalorimeter (Abb. 5.1) wird verwendet, um die bei Verbrennungsprozessen freigesetzte Wärme zu messen. Die Messung wird folgendermaßen durchgeführt: 1. Eine sorgfältig abgewogene Menge der Probe wird in die Bombe eingebracht, die dann mit Sauerstoff unter Druck gefüllt und geschlossen wird. 2. Die Bombe wird in einer abgewogenen Menge Wasser versenkt, das sich in einem gegen Wärmeaustausch isolierten Gefäß befindet. Durch Rühren wird für eine gleichmäßige Temperatur des Wassers im ganzen Gefäß gesorgt. 3. Die Anfangstemperatur T1 wird gemessen. 4. Durch elektrische Zündung wird die Verbrennungsreaktion ausgelöst. 5. Die freigesetzte Wärme sorgt für eine Erhöhung der Temperatur auf den Endwert T2. 6. Sowohl das Wasser als auch das Kalorimeter nehmen Wärme auf. Die Wärmekapazität des Wassers kann aus der Masse des Wassers berechnet werden. Diejenige des Geräts wird experimentell ermittelt, indem die Temperaturerhöhung nach Zufuhr einer bekannten Wärmemenge (z. B. durch elektrische Beheizung) gemessen wird. Die Wärmekapazität ergibt sich als Summe beider Werte:

Zünddraht Rührer

Thermometer isoliertes Gefäß Wasser Bombe Probenbehälter

Abb. 5.1

Ein Bombenkalorimeter.

Cgesamt = CWasser + CGerät 7. Die beim Experiment freigesetzte Wärme Q wird aus der gemessenen Temperaturerhöhung berechnet: Q = Cgesamt · (T2 – T1)

Beispiel 5.2

+

In einem Bombenkalorimeter wird Traubenzucker (C6H12O6) verbrannt: C6H12O6(s) + 6 O2(g) → 6 CO2(g) + 6 H2O(l) Das Kalorimeter habe eine Wärmekapazität von CGerät = 2,21 kJ/K, und es sei mit 1,20 kg Wasser gefüllt. Die Anfangstemperatur sei T1 = 19,00 °C; nach Verbrennung von 3,00 g Traubenzucker steigt die Temperatur auf T2 = 25,50 °C. Welche Wärme wird bei der Verbrennung von 1 mol Traubenzucker frei?

... 61

5 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen

... Berechnung der Wärmekapazität des Kalorimeters: Cgesamt = 1,20 kg · 4,18 kJ · kg–1 K–1 + 2,21 kJ · K–1 = 7,23 kJ · K–1 Berechnung der Wärmemenge: Q = Cgesamt · (T2 – T1) = 7,23 kJ · K–1 · 6,50 K = 47,0 kJ

5

Diese Wärmemenge wird bei der Verbrennung von 3,00 g Traubenzucker abgegeben. Mit M(Traubenzucker) = 180 g · mol–1 gilt: Q = 47,0 kJ ·

180 g · mol 3,00 g

–1

= 2,82 · 103 kJ/mol

5.4 Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie Wenn in einem geschlossenen Gefäß eine Reaktion abläuft, bei der ein Gas entsteht (oder mehr Gas entsteht als verbraucht wird), so wird der Druck innerhalb des Gefäßes ansteigen. Wenn das Gefäß ein Zylinder ist, der mit einem beweglichen Kolben verschlossen ist, dann wird durch den Druckanstieg der Kolben in Bewegung gesetzt, es wird mechanische Arbeit geleistet. Die Kraft, gegen welche die Arbeit geleistet wird, ist durch den von außen gegen den Kolben wirkenden Atmosphärendruck p bedingt (Abb. 5.2). Der Kolben kommt zum Stillstand, wenn durch die Volumenvergrößerung im Inneren des Zylinders der Druck auf den gleichen Wert p wie der Außendruck gesunken ist. Der Querschnitt des Kolbens habe eine Fläche A. Die von außen auf den Kolben wirkende Kraft beträgt dann Abb. 5.2 Ein Gas, das bei einer chemischen Reaktion entsteht, leistet mechanische Arbeit gegen die Außenatmosphäre, erkennbar am Herausdrücken eines Kolbens. Auch wenn der Kolben fehlt (offenes Gefäß), wird die gleiche Arbeit geleistet (Außenluft wird verdrängt).

F=A·p Wenn der Kolben um eine Wegstrecke s nach außen geschoben wird, erhöht sich das Volumen im Zylinder um ΔV = V2 – V1 = A · s

(V1 = Anfangs-, V2 = Endvolumen)

Die geleistete Arbeit beträgt W = F  s = A  p  s = ΔV  p

Definition

.

Reaktionsenergie: ΔU = U2 – U1 ΔU negativ: Energie wird abgegeben ΔU positiv: Energie wird aufgenommen Reaktionsenthalpie: ΔH = ΔU + p · ΔV ΔH negativ: Wärmeenergie wird abgegeben ΔH positiv: Wärmeenergie wird aufgenommen

62

Sie wird Volumenarbeit genannt. Die gleiche Volumenarbeit wird auch geleistet, wenn die Reaktion in einem offenen Gefäß abläuft; das entstehende Gas leistet Arbeit, indem es gegen den Druck der Außenatmosphäre wirkt und die umgebende Luft verdrängt (Abb. 5.2). Bei einer Reaktion, die im geschlossenen Gefäß abläuft, zum Beispiel in einem Bombenkalorimeter, wird keine mechanische Arbeit geleistet. Die gesamte bei der Reaktion freigesetzte Energie kann als Wärmeenergie anfallen. Diese Gesamtenergie nennen wir Reaktionsenergie. Jeder Stoff hat in sich Energie in irgendeiner Form gespeichert, wir nennen sie die innere Energie U. Die Summe der inneren Energien der Reaktanden sei U1, die der Produkte U2. Die Reaktionsenergie ΔU ist deren Differenz. Die meisten chemischen Reaktionen werden in offenen Gefäßen durchgeführt. Wenn dabei Volumenarbeit geleistet wird, kann diese nicht mehr als Wärmeenergie anfallen, d. h. freigesetzte Reaktionsenergie teilt sich auf Volumenarbeit und einen restlichen, als Wärme erhältlichen Energieanteil auf. Diesen restlichen Anteil nennen wir Reaktionsenthalpie (Reaktionswärme, Wärmetönung); sie wird mit dem Symbol ΔH bezeichnet.

5.4 Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie Reaktionen, bei denen Wärme freigesetzt wird, heißen exotherme Reaktionen, für sie hat ΔH ein negatives Vorzeichen. Endotherme Reaktionen benötigen die Zufuhr von Wärme, ΔH hat positives Vorzeichen. Man beachte bei der Definitionsgleichung für die Reaktionsenthalpie die Definition für die Vorzeichen! (Abb. 5.3) U1 und V1 sind die innere Energie bzw. das Volumen vor der Reaktion, U2 und V2 nach der Reaktion. Wenn U1 > U2, so haben die Produkte eine geringere innere Energie; in diesem Fall wird Energie an die Umgebung abgegeben und ΔU = U2 – U1 ist negativ. Wenn V1 < V2, so ist das Volumen nach der Reaktion größer, es wird mechanische Arbeit geleistet, und W = p · ΔV = p · (V2 – V1) ist positiv. Wenn zu einem negativen ΔU-Wert ein positiver W-Wert addiert wird, ist der resultierende ΔH-Wert weniger negativ als ΔU, d. h. die abgegebene Reaktionswärme ist weniger als die Reaktionsenergie.

+

Beispiel 5.3 Bei der Reaktion

5

Abb. 5.3 Wenn wir ein System reagierender Substanzen beobachten, liegt unser Standort außerhalb des Systems. Als Zuschauer empfinden wir die vom System uns zugeführte Wärmeenergie als Gewinn, als etwas Positives. Unser Interesse ist hier aber auf das Geschehen innerhalb des Systems gerichtet. Für das System ist abgegebene Energie ein Verlust. Deshalb gilt die Konvention, dass die Reaktionsenergie ein negatives Vorzeichen erhält, wenn das System Energie abgibt.

H2SO4(l) + CaCO3(s) → CaSO4(s) + H2O(l) + CO2(g) wird das Gas CO2 entwickelt. 1 mol CO2 beansprucht bei 25 °C und einem Atmosphärendruck von p = 101 kPa ein Volumen von 24,5 L/mol. Wegen der Volumenvergrößerung von ΔV = 24,5 L/mol wird folgende Volumenarbeit geleistet: p  ΔV = 101 103 N  m–2  24,5 10–3 m3  mol–1 = 2,5 103 J/mol = 2,5 kJ/mol

Die Maßeinheit für den Druck ist das Pascal: 1 Pa = 1 N/m2 Der normale Atmosphärendruck beträgt 101,3 Kilopascal (1013 Hektopascal). Siehe Abschnitt 10.1, Seite 154

Die Reaktionsenergie beträgt ΔU = –96,1 kJ/mol, das negative Vorzeichen zeigt uns die Abgabe von Energie an. Als Wärmeenergie erhält man nur die Reaktionsenthalpie mit dem kleineren Betrag ΔH = ΔU + pΔV = (–96,1 + 2,5) kJ/mol = –93,6 kJ/mol Genauso wie die Reaktionsenergie ΔU als Differenz der inneren Energien von Produkten und Reaktanden zu verstehen ist, kann die Reaktionsenthalpie ΔH als Differenz von Enthalpien oder Wärmeinhalten H2 und H1 der Produkte und Reaktanden aufgefasst werden:

griechisch: en = darin thalpos = Wärme

ΔH = H2 – H1 Bei einer exothermen Reaktion haben die Produkte einen geringeren Wärmeinhalt als die Reaktanden (Abb. 5.4), bei einer endothermen Reaktion ist es umgekehrt (Abb. 5.5). Die Enthalpien chemischer Substanzen hängen von der Temperatur, dem Druck und dem Aggregatzustand ab. Durch Konvention werden die für chemische Reaktionen angegebenen ΔH-Werte auf Bedingungen bei 25 °C und Norm-Atmosphärendruck (101,3 kPa) bezogen; abweichende Bedingungen müssen spezifiziert werden. Thermochemische Angaben müssen sich auf eine bestimmte Reaktionsgleichung beziehen. Der Wert für ΔH wird neben die Reaktionsgleichung geschrieben und bezieht sich auf die in der Gleichung aufgeführten Stoffmengen in Mol. Die Molzahlen dürfen auch Bruchzahlen sein. Wenn 1 mol H2 mit einem halben mol O2 unter Bildung von Wasser reagiert, wird die Wärmemenge von 286 kJ freigesetzt: H2 (g) + 12 O2 (g) → H2 O(l)

ΔH = –286 kJ/mol

Abb. 5.4 Enthalpie-Diagramm für eine exotherme Reaktion.

Abb. 5.5 Enthalpie-Diagramm für eine endotherme Reaktion.

63

5 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen Der Aggregatzustand aller beteiligten Substanzen muss angegeben werden: (g) für gasförmig, (s) für fest (solidus), (l) für flüssig (liquidus) und (aq) für Lösung in Wasser (aqua). Die Notwendigkeit der Angabe wird durch Vergleich der folgenden Gleichung mit der vorigen Gleichung deutlich: H2 (g) + 12 O2 (g) → H2 O(g)

5

ΔH = –242 kJ/mol

Wenn das Reaktionsprodukt Wasserdampf anstelle von flüssigem Wasser ist, werden 44 kJ pro mol H2O weniger an Wärme frei. Dies entspricht dem Energiebetrag, der notwendig ist, um 1 mol H2O(l) in 1 mol H2O(g) bei 25 °C und Atmosphärendruck zu überführen. Bei Umkehrung der Formulierung einer Reaktionsgleichung wird das Vorzeichen von ΔH umgekehrt: 1 H (g) 2 2

+ 12 I2 (s) → HI(g)

HI(g)


0,5, womit y2 bis y4 einen höheren p-Anteil haben. Die drei Winkel zwischen den Vorzugsrichtungen von y2 bis y4 liegen dann zwischen 90° und 109,47°. y1 gehört zum einsamen Elektronenpaar des NH3-Moleküls. Die korrekten Koeffizienten ai , bi , ci und di sind diejenigen, die insgesamt zur Minimum-Energie für das Molekül führen. Ihre Berechnung ist mathematisch aufwendig, aber mit einem leistungsfähigen Computer möglich. Hybridisierung ist nur dann in Betracht zu ziehen, wenn die zu vermischenden Orbitale einander gut überlappen und wenn ihre Energien ähnlich groß sind. Die 2s- und 2p-Orbitale erfüllen diese Bedingungen gut. Je größer die Hauptquantenzahl, desto schlechter ist die räumliche s-p-Überlappung. Ein 5s-Orbital ist zum Beispiel viel weniger ausgedehnt als ein 5p-Orbital, sie können kaum mehr vermischt werden. 3d-Orbitale liegen energetisch zu hoch über 3s und 3p, weshalb die früher angenommene sp3d2-Hybridisierung für das Schwefel-Atom im oktaedrischen SF6-Molekül nicht mehr als korrekt angesehen wird (vgl. Abschnitt 9.8, S. 146).

3

sp

räumliche Anordnung

Beispiel

2

linear

HgCl2

3

trigonal-planar

BF3

4

tetraedrisch

CH4

dx2 y2 , s, px , py

2

dsp

4

quadratisch-planar

PtCl24–

dz2 , s, px , py , pz

dsp3

5

trigonal-bipyramidal

VCl– 5

dz2 , dx2 y2 , s, px , py , pz

d2sp3

6

oktaedrisch

TiF26–

9.4 Molekülorbitale Dagegen können 3d, 4s- und 4p-Orbitale miteinander vermischt werden. Vor allem die daraus resultierenden Hybridorbitale dsp3 (trigonal-bipyramidal; Abb. 9.7) und d2sp3 (oktaedrisch) spielen bei Übergangsmetallen eine Rolle (vgl. Abschnitt 30.5, S. 487). Zum Schluss sei noch einmal betont: Hybridisierung ist kein physikalischer Vorgang, sondern eine rein mathematische Operation, um die Bindungsverhältnisse in einem Molekül rechnerisch zu erfassen. Die Hybridisierung wird vorweg an einem Atom vorgenommen, obwohl sie erst mit der Knüpfung der Bindungen einen Sinn erhält. In der modernen Bindungstheorie wird im Allgemeinen darauf verzichtet, Hybridisierungen vorweg zu berechnen. Es werden gleich alle Atomorbitale zur Gesamtheit der Molekülorbitale zusammengefügt. Hybridisierungsmodelle sind aber nach wie vor sehr beliebt, da sie der räumlichen Vorstellungswelt der Chemiker entgegenkommen, wonach sich Atome aus geeigneten Richtungen nähern und ihre Orbitale zu Bindungen verschmelzen.

9

9.4 Molekülorbitale Im vorigen Abschnitt haben wir die kovalente Bindung als das Resultat des Überlappens zweier Atomorbitale angesehen, die zu einem gemeinsamen Orbital beider Atome verschmelzen. Das gemeinsame Orbital nennen wir ein Molekülorbital (abgekürzt MO). Mathematisch handelt es sich um eine Wellenfunktion, die sich als Lösung der Schrödinger-Gleichung für ein System ergibt, an dem zwei Atomkerne beteiligt sind. Für Molekülorbitale gelten die gleichen Gesetzmäßigkeiten wie für Atomorbitale; insbesondere gilt das Pauli-Prinzip, d. h. auch ein Molekülorbital kann mit maximal zwei Elektronen von entgegengesetztem Spin besetzt sein. Wie bei einem Atom sind auch bei einem Molekül zahlreiche Orbitale unterschiedlicher Energie zu berücksichtigen, die von den Elektronen des Moleküls nach dem Aufbauprinzip besetzt werden. Entsprechend der Bezeichnung von Atomorbitalen mit den Buchstaben s, p, d, werden Molekülorbitale mit den griechischen Buchstaben s, p, d bezeichnet. Wenn zwei Wellen mit gleicher Wellenlänge l, gleicher Amplitude A und gleicher Phase überlagert werden, verstärken sie sich (Abb. 9.9a). Die Wellenlänge der resultierenden Welle bleibt gleich, die Amplitude wird verdoppelt auf A + A = 2A. Wenn sich die Wellen mit entgegengesetzter Phase überlagern, löschen sie sich gegenseitig aus (Abb. 9.9b) , die resultierende Amplitude ist A + (–A) = 0. Die erste Überlagerung ist additiv, die zweite subtraktiv. Bei der Überlappung von Atomorbitalen überlagern sich deren Wellenfunktionen. Die Molekülorbitale des H2-Moleküls ergeben sich aus der Überlagerung der Atomorbitale von zwei Wasserstoff-Atomen. Die additive Überlagerung der beiden 1s-Orbitale (Addition der Wellenfunktionen) führt zu einer Wellenver-

a

b

l l

A

A

2A

A A

Abb. 9.9 Überlagerung von zwei Wellen. a Wellen in Phase ergibt Verstärkung, b Wellen in Gegenphase löschen sich aus.

137

9 Molekülstruktur, Molekülorbitale

+

– σ*1s antibindend

y1–y2

9

+

+

1s

1s

y1

y2

y1+y2

+ σ1s bindend

Abb. 9.10 Kombination von zwei 1sAtomorbitalen zu einem s- und einem s*-Molekülorbital. Plus und Minus bezeichnen das Vorzeichen der Wellenfunktion im jeweiligen Bereich.

Definition

.

Bindungsordnung = 1 [(Zahl der bindenden e–) 2 – (Zahl der antibindenden e–)] Bindungsordnung im H2 = 12ð2 – 0Þ = 1 Bindungsordnung im He2 = 12ð2 – 2Þ = 0

Abb. 9.11 Energieniveau-Diagramm für die Bildung eines s- und s*-Orbitals aus den 1s-Orbitalen zweier Atome.

138

stärkung, im Bereich zwischen den Atomkernen resultiert eine erhöhte Elektronenladungsdichte und eine Verringerung der kinetischen Energie der Elektronen (vgl. S. 118). Das Molekülorbital bewirkt einen Zusammenhalt der Atome, und wir nennen es ein bindendes Sigma-Orbital und bezeichnen es mit dem Symbol s (Abb. 9.10). Bei der Überlagerung der Atomorbitale zweier Atome muss die Gesamtzahl der Orbitale unverändert bleiben. Die Anzahl der Atomorbitale von beiden Atomen zusammengenommen muss gleich der Anzahl der gebildeten Molekülorbitale sein. Aus den beiden 1s-Orbitalen der zwei Wasserstoff-Atome muss sich außer dem bindenden s-Orbital noch ein zweites Molekülorbital ergeben, und zwar durch subtraktive Überlagerung der Wellenfunktionen. Dabei resultiert im Bereich zwischen den Atomkernen eine geringe Elektronendichte, genau auf halbem Weg zwischen den Atomkernen ist sie Null (Abb. 9.10). Die geringe Ladung zwischen den Kernen wirkt der gegenseitigen Abstoßung der Kerne kaum entgegen. Das Molekülorbital nennen wir ein antibindendes Sigma-Orbital und bezeichnen es mit dem Symbol s*. Die Besetzung eines s*-Orbitals mit Elektronen wirkt einer Bindung entgegen. Man spricht deshalb auch von einem bindungslockernden Molekülorbital. s- und s*-Orbitale sind rotationssymmetrisch bezüglich der Achse durch die Atomkerne. Ein Energiediagramm zu den relativen Energieniveaus der s- und s-Orbitale ist in Abb. 9.11 gezeigt. Das bindende s-Orbital liegt energetisch niedriger als die s-Orbitale, aus denen es entstanden ist, während das s*-Orbital um einen etwas größeren Betrag höher liegt. Wenn zwei Atomorbitale zusammengefügt werden, ist die Besetzung des s-Orbitals mit einer Abgabe von Energie verbunden, während zur Besetzung des s*-Orbitals Energiezufuhr notwendig ist. Jedes Orbital eines Atoms wie auch eines Moleküls kann zwei Elektronen von entgegengesetztem Spin aufnehmen. Die beiden Elektronen, die von den Wasserstoff-Atomen eingebracht wurden, besetzen als Elektronenpaar das s1s-Orbital des Wasserstoff-Moleküls, das Molekülorbital mit der niedrigsten Energie. Das s*1s-Orbital bleibt unbesetzt (Abb. 9.12). Die Bindungsordnung ist die Hälfte der Differenz aus der Zahl der bindenden Elektronen minus der Zahl der antibindenden Elektronen. Die Bindungsordnung entspricht der Zahl der Bindungsstriche in den Valenzstrichformeln (Zahl der Bindungen). Für das H2-Molekül ergibt sich eine Bindungsordnung von 1 (Einfachbindung). Bei der Kombination von zwei Helium-Atomen muss die Gesamtzahl von vier Elektronen auf die beiden Molekülorbitale verteilt werden; sowohl das s1s- wie auch das s1s*-Orbital muss besetzt werden. Die bindungslockernde Wirkung der antibindenden Elektronen hebt die Wirkung der bindenden Elektronen auf. Die Bindungsordnung beträgt null. Ein HeliumMolekül He2 existiert nicht. + Unter geeigneten Bedingungen kann sowohl ein H+ 2 - wie auch ein He2 -Ion existieren. Das Wasserstoff-Molekülkation besteht aus zwei Protonen und einem einzelnen Elektron im s1s-Orbital; seine Bindungsordnung ist 1 ð1 – 0Þ = 12. Das Helium-Molekülkation besteht aus zwei Helium-Atomkernen 2 und drei Elektronen; ein Elektronenpaar nimmt das s1s-Orbital ein, ein einzelnes Elektron das s*1s-Orbital und die Bindungsordnung beträgt 12ð2 – 1Þ = 12 (Abb. 9.12). Durch Überlagerung von zwei 2s-Orbitalen wird ein s- und ein s*-Orbital erhalten, analog wie bei den 1s-Orbitalen. Molekülorbitale, die sich von p-Atomorbitalen ableiten, sind etwas komplizierter. Die drei 2p-Orbitale eines Atoms sind entlang der x-, y- und z-Koordinate ausgerichtet. Zwei Atome, die sich entlang der x-Achse einander nähern, treffen mit ihren px-Orbitalen „Kopfan-Kopf“ aufeinander und ergeben ein bindendes s2p- und ein antibindendes s*2p-Molekülorbital (Abb. 9.13a). Diese Molekülorbitale sind rotationssymmetrisch um die internukleare Verbindungslinie und werden ebenfalls als Sigma-Orbitale bezeichnet.

9.4 Molekülorbitale Die pz-Orbitale der beiden Atome kommen parallel ausgerichtet aufeinander zu und ergeben ein bindendes Pi-Molekülorbital (Symbol p) und ein antibindendes Pi-Molekülorbital (Symbol p*). p-Orbitale sind nicht rotationssymmetrisch um die Verbindungslinie zwischen den Atomkernen. Sie weisen eine Knotenebene auf, die durch die Atomkerne verläuft. Die Ladungsdichte des pOrbitals befindet sich in zwei Bereichen oberhalb und unterhalb der Knotenebene (Abb. 9.13b). Trotz dieser Verteilung der Elektronenladung zwischen den Atomkernen bewirkt das p-Orbital einen Zusammenhalt der Atome. Beim p*Orbital ist nur eine geringe Ladungsdichte zwischen den Atomkernen vorhanden (Abb. 9.13b). Elektronen eines p*-Orbitals bewirken keine Bindung, sondern eine Abstoßung zwischen den Atomen. Die py-Orbitale, die in Abb. 9.13 nicht abgebildet sind, nähern einander ebenfalls längsseitig und ergeben ein weiteres p- und p*-Orbital. Deren Knotenebene steht senkrecht zur Knotenebene des p2pz-Orbitals. Die beiden p2p-Orbitale sind entartet, d. h. energiegleich, ebenso sind die beiden p*2p-Orbitale entartet. Aus den insgesamt sechs 2p-Orbitalen der beiden Atome werden zusammen sechs Molekülorbitale erhalten – ein s2p, ein s*2p, zwei p2p und zwei p*2p. Zusammen mit den beiden Molekülorbitalen aus den 2s-Atomorbitalen sind das im Ganzen acht Molekülorbitale aus den Atomorbitalen der Hauptquantenzahl n = 2 der beiden Atome. Die sukzessive Besetzung der Molekülorbitale nach dem Aufbauprinzip sei am Beispiel der zweiatomigen Moleküle N2, O2 und F2 geschildert. Die Energie eines Molekülorbitals hängt von den Energien der beteiligten Atomorbitale und von Art und Ausmaß ihrer Überlappung ab. Da 2s-Orbitale energieärmer sind

Abb. 9.12 Die Besetzung der Molekülorbitale bei H2+, H2, He2+ und He2.

9

a –



+

+

s*p



+

px

+



px

+





sp b

+

+

+



+

– p*p





pz

pz

+

– pp

Abb. 9.13 Kombination von p-Atomorbitalen zu Molekülorbitalen. Die Lage der Knotenebenen ist rot markiert.

139

9 Molekülstruktur, Molekülorbitale

9

Abb. 9.14 Entstehung der Abfolge der Energieniveaus für zweiatomige Moleküle aus den Atomorbitalen.

s*2p

s*2p

s*2p

p*2p

p*2p

p*2p

p2p

p2p

p2p

s2p

s2p

s2p

als 2p-Orbitale, sind auch die von den 2s-Orbitalen abgeleiteten Molekülorbitale energieärmer als die aus den 2p-Orbitalen abgeleiteten Molekülorbitale (Abb. 9.14). Die Überlappung der 2px-Orbitale, welche das s2p-Orbital ergeben, ist größer als die der 2py- und 2pz-Orbitale, aus denen sich die p2p-Orbitale ergeben. Das s2p-Orbital liegt deshalb energetisch niedriger als die beiden entarteten p2p-Orbitale. Die Energie der antibindenden Molekülorbitale liegt jeweils etwa so weit (oder ein bisschen mehr) über der Energie der zugehörigen Atomorbitale, wie die der bindenden Orbitale darunter liegt. Ein Stickstoff-Atom hat fünf Valenzelektronen, ein N2-Molekül zehn. Beginnend beim Molekülorbital mit der niedrigsten Energie, dem s2s-Orbital, besetzen diese zehn Elektronen die Molekülorbitale des N2-Moleküls. Wie in Abb. 9.15 erkennbar, werden dazu alle Orbitale außer p*2p und s*2p beansprucht. Die bindende Wirkung des Elektronenpaars im s2s-Orbital wird durch die antibindende Wirkung des Elektronenpaars im s*2s-Orbital aufgehoben. Die Elektronenpaare in den Orbitalen s2p und p2p wirken bindend. Insgesamt ist die Bindungsordnung 12 ð8 – 2Þ = 3. Bei O2 sind zwei zusätzliche Elektronen unterzubringen. Sie besetzen gemäß der Hund-Regel die beiden entarteten Orbitale p*2p mit je einem Elektron (Abb. 9.15). Das O2-Molekül hat somit zwei ungepaarte Elektronen. Hieraus erwartet man für O2 paramagnetisches Verhalten, das auch experimentell bestätigt wird. Die Bindungsordnung beträgt 12 ð8 – 4Þ ¼ 2. Die Lewis-Formel gibt zwar die Bindungsordnung richtig wieder, zeigt aber keine ungepaarten Elektronen. Treffender und im Einklang mit dem Paramagnetismus .. wäre die Formel , das ist aber eine völlig unübliche Formulierung. Im F2-Molekül werden alle Orbitale außer s*2p doppelt besetzt; die Bindungsordnung beträgt 1. In einem Ne2-Molekül müsste auch das s*2p-Orbital besetzt werden und die Bindungsordnung wäre null; Ne2 ist nicht existenzfähig. Besonders bei Verbindungen von Elementen der zweiten Periode kann die Mischung von s- und p-Wellenfunktionen noch einen zusätzlichen Energiegewinn bringen. Dies gilt auch für das N2-Molekül (sp-Hybridisierung), weshalb das Diagramm für N2 in Abb. 9.15 noch ein wenig zu modifizieren wäre: s2p rutscht dadurch etwas hinauf, p2p etwas herunter, und ihre Abfolge wird vertauscht. In Abb. 9.15 wurde auf die Wiedergabe dieser Feinheit verzichtet, zumal sie im Ergebnis keine wesentliche Änderung bringt. Tab. 9.3 gibt eine Zusammenstellung der betrachteten homonuklearen (aus gleichen Atomen bestehenden) Moleküle. Die Bindungsordnung spiegelt sich in der Bindungsenergie und der Bindungslänge wider. Je stärker eine Bindung, desto kürzer ist sie. Molekülorbital-Diagramme können auch für zweiatomige Ionen aufgestellt + werden. Die Diagramme für die Kationen N+ 2 und O2 folgen aus den Diagrammen der Moleküle N2 bzw. O2 durch Wegnahme eines Elektrons aus dem höchs2– ten besetzten Orbital. Diagramme für die Anionen O– 2 (Hyperoxid) und O2 (Peroxid) ergeben sich durch Zusatz von einem bzw. zwei Elektronen.

Tab. 9.3

s*2s

s*2s

s*2s

s2s

s2s

s2s

N2

O2

F2

Abb. 9.15 Energieniveau-Diagramm der Molekülorbitale für N2, O2 und F2. Die Pfeile symbolisieren Elektronen und deren Spin. Bindende Orbitale sind blau, antibindende gelb markiert (vereinfacht, siehe Text).

140

Eigenschaften einiger zweiatomiger Moleküle der Elemente der 2. Periode.

Mole- Anzahl der Elektronen in den kül Molekülorbitalen

Bindungsords2p p2p p*2p s*2p nung

Bindungslänge pm

Bindungsenergie kJ · mol–1

Anzahl ungepaarte Elektronen

3

110

941

0

s2s

s*2s

N2

2

2

2

4

O2

2

2

2

4

2

2

121

494

2

2

2

2

4

4

1

142

155

0

2

2

2

4

4

0





0

F2 Ne2 a

a

Existiert nicht

2

9.5 Molekülorbitale in mehratomigen Molekülen Die gleiche Art von Molekülorbitalen beschreiben die Bindungen in Molekülen wie CO und NO. CO ist isoelektronisch mit N2 (zehn Valenzelektronen), das Energieniveau-Diagramm für beide ist ähnlich. Demnach beträgt die Bindungsordnung für CO drei. Dissoziationsenergie und Bindungslänge beider Moleküle sind annähernd gleich. Das Molekül des Stickstoffmonoxids, NO, verfügt über eine ungerade Zahl von Valenzelektronen, nämlich 11. Ein Energieniveau-Diagramm für die Molekülorbitale des Stickstoffmonoxids ist in Abb. 9.16 gezeigt. Mit acht bindenden und drei antibindenden Elektronen ergibt sich eine Bindungsordnung von 1 ð8 – 3Þ = 212. Eine dazu passende Lewis-Formel ist nicht formulierbar. Wegen 2 des einen ungepaarten Elektrons im Molekül ist NO paramagnetisch.

s*2p p*2p

p2p

s2p

9.5 Molekülorbitale in mehratomigen Molekülen Die Bindungsverhältnisse in mehratomigen Molekülen lassen sich mit Hilfe von Molekülorbitalen beschreiben. Die Zahl der Molekülorbitale ist dabei immer genauso groß wie die Zahl der Atomorbitale der beteiligten Atome. Die Molekülorbitale umfassen das Gesamtmolekül. In vielen Fällen ist es jedoch erlaubt und zweckmäßiger, Molekülorbitale so zu behandeln, als seien sie zwischen je zwei Atomen lokalisiert. Beim Ethan können wir von sp3-Hybridorbitalen bei jedem der C-Atome ausgehen, die s-Bindungen mit den drei H-Atomen und dem anderen C-Atom bilden. Die Bindungswinkel entsprechen dem Tetraederwinkel von 109,47°. Da eine s-Bindung rotationssymmetrisch zur Verbindungslinie zwischen den Atomkernen ist, können die beiden CH3-Gruppen gegenseitig verdreht werden (Abb. 9.17). Moleküle mit Mehrfachbindungen haben ein Molekülgerüst, das von s-Bindungen (Einfachbindungen) zusammengehalten wird. Das s-Bindungsgerüst des Ethens ist planar mit Bindungswinkeln nahe bei 120° (im Einklang mit den Voraussagen der VSEPR-Theorie). Diese Struktur ist mit sp2-Hybridorbitalen an jedem C-Atom vereinbar. Das bei der Hybridisierung nicht verwendete p-Orbital jedes C-Atoms steht senkrecht zur Molekülebene (Abb. 9.18a). Die beiden p-Orbitale überlappen und bilden ein p-Orbital. Die Ladungsdichte des p-Orbitals befindet sich ober- und unterhalb der Molekülebene. Eine gegenseitige Verdrehung der beiden CH2-Gruppen um die C — C-Achse ist nicht möglich ohne die p-Bindung aufzubrechen. Das Gerüst der s-Bindungen im Ethin ist linear (wie von der VSEPR-Theorie vorausgesagt). Für jedes C-Atom können wir sp-Hybridorbitale zur Bildung der s-Bindungen annehmen. Die beiden an der Hybridisierung nicht beteiligten p-Orbitale an jedem C-Atom überlappen unter Bildung von zwei p-Bindungen (Abb. 9.18b).

Abb. 9.17

Drehung um die C — C-Bindung im Ethan-Molekül (H3C — CH3).

9 s*2s

s2s NO

Abb. 9.16 Energieniveau-Diagramm der Molekülorbitale für O+ 2 und NO.

H

H C C

H H

H H

Ethan H

H C C

H H Ethen (Ethylen)

H C C H Ethin (Acetylen)

Abb. 9.18 Ausbildung von Mehrfachbindungen. a Struktur des Ethen-Moleküls. b Ausbildung der p-Bindungen im EthinMolekül. Die s-Bindungen sind durch Striche symbolisiert.

141

9 Molekülstruktur, Molekülorbitale

9.6 Delokalisierte Bindungen Beim Ethen und Ethin sind die Mehrfachbindungen zwischen den beiden CAtomen lokalisiert. In manchen Molekülen und Ionen muss man eine Mehrzentrenbindung, auch delokalisierte Bindung genannt, annehmen. Dies gilt in den Fällen, die nach dem Valenzbindungsmodell durch mesomere Grenzformeln zu formulieren sind. Ein Beispiel für eine delokalisierte p-Bindung finden wir beim Nitrit-Ion 2 (NO– 2 , Abb. 9.19). Für das N-Atom nehmen wir sp -Hybridorbitale an, mit welchen zwei s-Bindungen zu den O-Atomen gebildet werden. Das dritte sp2Orbital wird mit dem einsamen Elektronenpaar besetzt. Das zur Hybridisierung nicht mit herangezogene p-Orbital ist senkrecht zur Molekülebene ausgerichtet und überlappt mit parallel dazu ausgerichteten p-Orbitalen der O-Atome. Wenn wir uns eine Überlappung mit dem p-Orbital von jeweils nur einem der O-Atome vorstellen, so entspricht das dem Bild einer Grenzformel. Das pOrbital des N-Atoms kann jedoch mit den p-Orbitalen beider O-Atome überlappen. Wir erhalten so ein p-Bindungssystem, das sich über alle drei Atome erstreckt. Wenn sich die Orbitale mehrerer in einer Reihe angeordneter Atome überlagern, so verhalten sich die entstehenden Molekülorbitale ähnlich wie stehende Wellen auf einer Saite. Aus drei Atomorbitalen entstehen drei Molekülorbitale. Beim ersten Molekülorbital überlagern sich die Wellenfunktionen aller Atome in Phase, und es ergibt sich eine bindende Wechselwirkung (p1 in Abb. 9.19; da ein p-Orbital aus zwei Hälften mit entgegengesetztem Vorzeichen besteht, haben auch die Molekülorbitale oberhalb und unterhalb der Molekülebene entgegengesetzte Vorzeichen). Die Wellenfunktion von p2 hat eine Knotenfläche senkrecht zur Molekülebene und durch das mittlere Atom, und das Resultat ist nichtbindend, also weder bindend noch lockernd. Beim dritten Molekülorbital (p3*) sind die Beiträge benachbarter Atome in Gegenphase; zwischen je zwei Atomen gibt es eine Knotenfläche und das Orbital ist antibindend.

9

Abb. 9.19 Das delokalisierte p-Bindungssystem im Nitrit-Ion. a Mesomere Grenzformeln. b Die drei p-Orbitale und ihre Beziehung zu den Grenzformeln. c Die drei Molekülorbitale mit den Vorzeichen der Wellenfunktionen (dunkelblau +, hellblau –). d Drei stehende Wellen, die zeigen, mit welchen Vorzeichen der Wellenfunktionen die Atomorbitale in die Molekülorbitale eingehen. e Energieniveau-Diagramm für die drei Molekülorbitale.

142

9.6 Delokalisierte Bindungen

Abb. 9.20 Das delokalisierte p-Bindungssystem im Butadien-Molekül. Obere Reihe: Die vier p-Orbitale der C-Atome mit den Vorzeichen der Wellenfunktionen, wie sie durch Addition in die Molekülorbitale eingehen. Untere Reihe: Stehende Wellen, aus denen diese Vorzeichen ersichtlich sind. Die Größe der p-Orbitale in der oberen Reihe symbolisiert die unterschiedlich großen Amplituden (Beiträge), mit denen die Atomorbitale an dem jeweiligen Molekülorbital beteiligt sind. Rechts: Energieniveau-Diagramm.

9 Bindend sind immer solche Wechselwirkungen, bei denen sich die Wellenfunktionen der Atome mit gleichen Vorzeichen überlappen; antibindend sind sie, wenn die Vorzeichen entgegengesetzt sind. Da im Nitrit-Ion zwei Elektronenpaare in den drei p-Orbitalen untergebracht werden müssen, werden p1 und p2 besetzt. p2 hat keinen Einfluss auf die Bindungsstärke. Es ergibt sich eine bindende Wechselwirkung über drei Atome, im Mittel also eine halbe p-Bindung pro Atompaar. Das Elektronenpaar in p2 entspricht in den mesomeren Grenzformeln dem einsamen Elektronenpaar, das einmal rechts, einmal links steht. Wenn die p-Orbitale in einer Reihe von vier Atomen miteinander in Wechselwirkung treten, ist die Situation ähnlich. Es ergeben sich die vier p-Molekülorbitale, die in Abb. 9.20 für das Butadien-Molekül gezeigt sind. Für die C-Atome wird sp2-Hybridisierung angenommen, und alle Atome liegen in einer Ebene. Von den p-Orbitalen ist p1 über alle Atome bindend. p2 ist bindend zwischen den Atomen 1 und 2 und zwischen den Atomen 3 und 4, aber antibindend zwischen 2 und 3. Nur p1 und p2 werden besetzt, so dass sich zwischen den Atomen 2 und 3 eine bindende und eine antibindende Wirkung besteht (die bindende ist etwas größer). Zwischen den Atompaaren 1, 2 sowie 3, 4 ergeben sich bindende Wechselwirkungen, die sich auf eine Bindungsordnung von je 1 summieren (4 bindende Elektronen auf zwei Bindungen). In diesem Falle werden die Bindungsverhältnisse durch die Valenzstrichformel richtig wiedergegeben. Bei den Orbitalen p3* und p4* überwiegen die antibindenden Komponenten, sie bleiben jedoch unbesetzt. Das energetisch höchste besetzte Molekülorbital wird als HOMO bezeichnet (highest occupied molecular orbital; p2 in Abb. 9.20). Das tiefstliegende unbesetzte Molekülorbital ist das LUMO (lowest unoccupied molecular orbital; p3* in Abb. 9.20). Zusammen sind sie die Grenzorbitale, die bei chemischen Reaktionen von besonderer Bedeutung sind (vgl. Abschnitt 31.6, S. 510), und die für die Farbe der Verbindungen verantwortlich sind (Abschnitt 34.5, S. 572). Die delokalisierten p-Bindungen in einer zu einem planaren Ring geschlossen Kette ergeben sich in gleicher Art. Dabei müssen die stehenden Wellen in sich geschlossen sein. Als Besonderheit treten entartete (d. h. energiegleiche) Molekülorbitale auf. Dies sei am Beispiel des Benzols, C6H6, erläutert. Das Ringgerüst besteht aus s-Bindungen mit sp2-Hybridorbitalen. Aus den sechs senkrecht dazu ausgerichteten p-Orbitalen der C-Atome ergeben sich sechs p-Molekülorbitale. Sie unterscheiden sich in der Zahl und Orientierung der Knotenflächen, die senkrecht zur Molekülebene vorhanden sind. Die in Abb. 9.21 mit p1 bezeichnete Wellenfunktion hat keine Knotenflächen senkrecht zur Molekülebene; alle sechs p-Orbitale überlappen sich mit gleichen Vorzeichen ihrer Wellenfunktionen. Das Molekülorbital ist bindend über den ganzen Ring.

Die Überlappung von Atomorbitalen mit gleichem Vorzeichen der Wellenfunktionen ergibt bindende, mit entgegengesetztem Vorzeichen antibindende Wechselwirkungen.

H H

C H

C

H C

C

H

H Butadien

HOMO = höchstes besetztes Molekülorbital LUMO = niedrigstes unbesetztes Molekülorbital Deutsch Grenzorbital

Englisch frontier orbital

H H

H

C C

C

C

H C C

H

H

H

H

H

C C

C

C

C C

H

H

H Benzol (Benzen)

143

9 Molekülstruktur, Molekülorbitale

9

Aufnahme von 1938

Abb. 9.21 Die Überlagerung der sechs p-Orbitale zu den sechs p-Wellenfunktionen Im Benzol-Molekül. Die Größe der p-Orbitale symbolisiert deren Beiträge zum jeweiligen p-Orbital. Positive Vorzeichen dunkel-, negative hellblau.

Erich Hückel * 1896 Berlin † 1980 Marburg

p2 und p3 haben je eine Knotenfläche senkrecht zur Molekülebene; die Vorzeichen der Wellenfunktionen sind auf den beiden Seiten einer Knotenfläche entgegengesetzt. Das ergibt sowohl bindende wie auch antibindende Wechselwirkungen, wobei die bindenden überwiegen. Bei p3 verläuft die Knotenfläche durch zwei der Atome, womit diese gar nicht zum Molekülorbital beitragen. Obwohl sie verschieden aussehen, sind p2 und p3 miteinander entartet. Durch Überlagerung von p2 und p3 lassen sich weitere Wellenfunktionen berechnen, mit anders orientierten Knotenflächen (z. B. Knotenfläche durch zwei andere gegenüberliegende Atome als bei p3 in Abb. 9.21). Solche Wellenfunktionen sind linear abhängig von p2 und p3 und erfassen keine neuen Zustände. Zusammengenommen wirken p2 und p3 gleichmäßig bindend über den ganzen Ring. Alle C — C-Bindungen sind exakt gleich lang. Die Wellenfunktionen p4* und p5* sind ebenfalls entartet. Sie haben je zwei Knotenflächen senkrecht zur Molekülebene. Bei ihnen überwiegen die antibindenden Beiträge. Bei p6* sind nur noch antibindende Wechselwirkungen zwischen benachbarten Atomen vorhanden, es ist insgesamt stark antibindend. p*, 4 p5* und p6* bleiben unbesetzt. Bei planaren Ringmolekülen anderer Größen ergeben sich gleichartige Verhältnisse. Die energetische Abfolge der Molekülorbitale lässt sich einfach in der Art abschätzen, die in Abb. 9.22 gezeigt ist. Das Molekül wird mit einer Ecke nach unten weisend gezeichnet. Die energetische Abfolge der p-Orbitale entspricht der Höhe der Eckpunkte. Man erkennt: Im Dreier- und Viererring ist nur ein p-Orbital bindend, im Fünfer- und Sechserring sind es drei. Im Einklang damit sind die Moleküle immer dann besonders stabil, wenn die Zahl der pElektronen 4n + 2 ist (n = ganze Zahl). Das gilt ganz besonders für Benzol (6 pElektronen). Solchermaßen stabile Bindungsverhältnisse werden aromatisch genannt (das hat nichts mit dem Geruch oder Aroma dieser Moleküle zu tun). Die 4n + 2-Regel wird nach ihrem Entdecker auch Hückel-Regel genannt.

E

antibindend bindend

Abb. 9.22 Frost-Musulin-Diagramme zur Abschätzung der relativen Anordnung der Energieniveaus der delokalisierten p-Orbitale in ringförmigen, planaren Molekülen.

144

9.6 Delokalisierte Bindungen

9

Abb. 9.23 Delokalisierte p-Orbitale in einer Kette aus einer großen Zahl N von Atomen. Obere Bildhälfte: Äquidistante Atome in der Kette. Untere Bildhälfte: Abwechselnd kurze und lange Abstände. Links: Ausschnitt aus der Kette mit den p-Orbitalen der Atome; Vorzeichen ihrer Wellenfunktion plus dunkelblau, minus hellblau. Es sind je vier der N Wellenfunktionen eingezeichnet, von unten nach oben mit 0, N/2 – 1, N/2 und N –1 Knoten. Mitte: Orbitalenergie in Abhängigkeit der Zahl der Schwingungsknoten. Rechts: Skizzen der Energieniveaus in den Bändern.

H C

C H

H C

C H

H C

C H

H C

C H

H C

C H

H C

Polyacetylen

Foto: Clemens Loew

Wenn in einer langen Kette die p-Orbitale aus einer großen Zahl N von Atomen in Wechselwirkung treten, gilt für die delokalisierten p-Orbitale im Prinzip dasselbe wie im Butadien. Es gibt dann N Wellenfunktionen (Abb. 9.23 obere Hälfte), deren Energie mit der Zahl der Schwingungsknoten zunimmt. Die N Energieniveaus liegen sehr dicht beieinander, und der Energiebereich, in dem die Niveaus liegen, wird ein (Energie-)Band genannt. Polyacetylen, (CH)n, ist ein Beispiel, auf das dieses Modell anwendbar ist. Wenn, wie im Polyacetylen, die Hälfte der Niveaus besetzt ist, kommt noch eine Besonderheit hinzu. Es ergibt sich dann ein zusätzlicher Energiegewinn, wenn die Abstände zwischen benachbarten Atomen abwechselnd kürzer und länger sind. Als Konsequenz spaltet sich das Band in zwei Bänder auf, in ein tiefer liegendes, vollständig besetztes Valenzband und ein höher liegendes, unbesetztes Band (Leitfähigkeitsband); zwischen beiden verbleibt eine verbotene Energiezone (Bandlücke). Dadurch werden im Valenzband bindende Wechselwirkungen zwischen benachbarten Atomen stärker (gleiches Vorzeichen der Wellenfunktion der benachbarten Atome) und antibindende schwächer (Abb. 9.23, untere Bildhälfte). Im Leitfähigkeitsband werden dagegen die antibindenden Wechselwirkungen stärker; das hat aber keinen Einfluss, solange das Band unbesetzt ist. Diese Erscheinung wird Peierls-Verzerrung genannt. Die abwechselnd kurzen und langen Bindungen passen zur Valenzstrichformel mit abwechselnden Einfach- und Doppelbindungen (konjugierte Doppelbindungen). Die theoretischen Zusammenhänge in Bindungssystemen dieser Art wurden von Roald Hoffmann eingehend untersucht. Die Bandlücke ist dafür verantwortlich, dass das Material elektrisch halbleitend ist. Dies, und die Herkunft der Bezeichnung Leitfähigkeitsband wird in Abschnitt 9.9 (S. 148) erläutert. Durch partielle Oxidation von Polyacetylen

Roald Hoffmann * 1937 Złczów/Ostpolen

145

9 Molekülstruktur, Molekülorbitale werden Elektronen aus dem vollbesetzten Leitfähigkeitsband entfernt. Damit ist die Anregungsenergie für ein Elektron aus einem der oberen Niveaus im Leitfähigkeitsband in ein nur knapp darüber liegendes, jetzt freies Niveau sehr gering. Zur Anregung genügt die thermische Energie. Durch den leichten Platzwechsel zwischen den Orbitalen werden die Elektronen sehr beweglich. Das Material ist nun ein guter elektrischer Leiter (s. auch S. 553).

9.7 Stark polare kovalente Bindungen Im Einklang mit der Oktettregel schreiben wir die Valenzstrichformel für Phosphorsäure (H3PO4) mit vier Einfachbindungen am Phosphor-Atom. Dabei ergibt sich eine positive Formalladung am P-Atom und eine negative an einem OAtom. Wie in Abschnitt 8.4 (S. 123) ausgeführt, sagen Formalladungen zunächst nichts über die tatsächliche Verteilung der elektrischen Ladung im Molekül aus. Wenn jedoch die Formalladungen zu den Elektronegativitäten passen, negative Formalladungen also jeweils beim elektronegativeren Partner-Atom stehen, dann geben sie die Ladungsverteilung ungefähr richtig wieder. Im H3PO4-Molekül haben wir demnach eine kovalente Bindung, der eine elektrostatische Anziehung zwischen P- und O-Atom überlagert ist. Infolgedessen wird diese Bindung gestärkt und sie ist mit 152 pm kürzer als die übrigen P — OBindungen (157 pm). Bis zum Ende des 20. Jahrhunderts wurde angenommen, dass die Bindungsverstärkung durch eine p-Bindung zustande kommt, entsprechend der nebenstehenden Formel ohne Formalladungen. Um die dazu notwendige Überschreitung des Elektronen-Oktetts am P-Atom zu erklären, wurde die Mitwirkung von unbesetzten 3d-Orbitalen des P-Atoms angenommen. Nach den heute möglichen genaueren Berechnungen der Wellenfunktionen sind die 3d-Orbitale jedoch energetisch zu hochliegend und tragen nicht nennenswert zur Bindung bei. Die Schreibweise mit einer P — —O-Doppelbindung ist nach wie vor üblich (wir verwenden sie z. B. in Kapitel 34), und sie ist auch nicht völlig falsch. Tatsächlich liegen zwei Bindungen vor, nämlich eine kovalente und eine überlagerte lokale Ionenbindung. Da die Formulierung mit den Formalladungen der Wahrheit näher kommt, ist sie vorzuziehen. Regel Nr. 3 zur Formulierung von mesomeren Grenzformeln auf Seite 126 ist demnach zu ergänzen: die Oktettregel hat Vorrang vor der Regel der möglichst kleinen Zahl von Formalladungen. Ähnlich ist die Situation bei Schwefelsäure (H2SO4), Perchlorsäure (HCIO4) und vielen anderen Verbindungen von Hauptgruppenelementen. Im Schwefelsäure-Molekül sind die S — O-Bindungen zu den OH-Gruppen 154 pm lang, die beiden polaren Bindungen sind nur 142 pm lang. In diesem Fall entspricht die tatsächliche Verteilung der Ladungen fast genau den Formalladungen. Im Perchlorsäure-Molekül sind die Bindungslängen noch verschiedener, bedingt durch die noch höhere Ladung am Cl-Atom: 1 × 164 pm und 3 × 141 pm. Jeweils vier gleich lange Bindungen findet man im Phosphat-Ion (PO34– , 153 pm), Sul– fat-Ion (SO24– , 147 pm) und Perchlorat-Ion (ClO4 , 143 pm).

9

9.8 Hypervalente Atome F

146

Xe

F

In den Valenzstrichformeln für Moleküle wie PF5 oder SF6 müssen mehr als vier kovalente Bindungsstriche an das P- bzw. S-Atom gezeichnet werden. Ähnlich ist es beim XeF2, bei dem sich zusammen mit den einsamen Elektronenpaaren fünf Valenzelektronenpaare am Xenon-Atom ergeben. Atome mit dieser Art von Oktett-Aufweitung werden hypervalent genannt. Bis Ende des 20. Jahrhunderts wurde hier die Beteiligung von d-Orbitalen des Zentralatoms angenommen, z. B. sp3d2-Hybridisierung für das Schwefel-Atom im SF6. Neuerdings wird eine Beschreibung mit Drei-Zentren-Vier-Elektronen-Bindungen bevorzugt (elektronenreiche Mehrzentrenbindungen). Dies sei am Beispiel des XeF2 erläutert. Die Situation hat Ähnlichkeit zu dem delokalisierten p-

9.8 Hypervalente Atome Bindungssystem im Nitrit-Ion (Abb. 9.19, S. 142). Jedes der drei Atome trägt mit einem p-Orbital zu den Bindungen bei, wobei drei Molekülorbitale entstehen (Abb. 9.24). Anders als im Nitrit-Ion weisen die p-Orbitale aufeinander zu. Das Resultat sind jedoch wieder drei Molekülorbitale, ein bindendes, ein nichtbindendes und ein antibindendes. In diesen sind vier Elektronen unterzubringen (ein Paar aus dem besetzten p-Orbital des Xe-Atoms und je ein Elektron von jedem der Fluor-Atome). Das bindende und das nichtbindende Orbital wird mit je einem Elektronenpaar besetzt. Da die Besetzung des nichtbindenden Orbitals weder bindungsstärkend noch -lockernd ist, trägt es nicht zur Bindungsordnung bei. Wir erhalten ein bindendes Elektronenpaar für zwei Bindungen zwischen drei Atomen und somit im Mittel eine Bindungsordnung von 12 pro Xe — FGruppe. Die Wellenfunktion des nichtbindenden Orbitals hat eine Knotenfläche durch das Xe-Atom, und die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektronenpaars konzentriert sich auf die Fluor-Atome. Die dadurch bedingte negative Ladung der Fluor-Atome und die entsprechende positive Ladung des Xenon-Atoms ergeben eine zusätzliche Anziehung der Atome. Das 5s-Orbital des Xenon-Atoms ist an der Bindung nicht nennenswert beteiligt. Ähnlich werden die Verhältnisse im SF6 beschrieben. Es werden drei zueinander senkrechte Dreizentren-Vier-Elektronen-Bindungen wie im XeF2 angenommen. Zusätzlich ist am Schwefel-Atom die Mitwirkung des 3s-Orbitals zu berücksichtigen. Es tritt mit den sechs p-Orbitalen der Fluor-Atome in Wechselwirkung, die auf das S-Atom zuweisen. Die Wellenfunktion, die sich ergibt, wenn das Vorzeichen der Wellenfunktion des s-Orbitals und die auf das S-Atom zuweisenden Teile der Wellenfunktionen der F-Atome übereinstimmen, ist bindend (Abb. 9.25). Insgesamt erhalten wir vier Elektronenpaare in bindenden Orbitalen und zwei in nichtbindenden. Die S — F-Bindungen sollten nach diesem Modell eine mittlere Bindungsordnung von 0,67 haben. Ein zusätzlicher Zusammenhalt ergibt sich wie bei XeF2 durch negative Ladungen der FluorAtome und eine hohe positive Ladung am Schwefel-Atom. Hypervalente Wasserstoff-Atome kommen in Wasserstoff-Brücken vor, bei denen ein Wasserstoff-Atom an zwei (oder mehr) andere Atome gebunden ist (Abschnitt 11.2, S. 174). In einem Ion wie FHF– (Hydrogendifluorid) gibt es wiederum drei Molekülorbitale, die mit zwei Elektronenpaaren besetzt sind (Abb. 9.26). Wasserstoff-Brücken sind in der Regel unsymmetrisch, d. h. das HAtom befindet sich nicht in der Mitte. Wäre das H-Atom in Abb. 9.26 genau in der Mitte, dann wäre das mittlere Molekülorbital nichtbindend; bindende Wirkung zum linken F-Atom und antibindende nach rechts würden sich aufheben (die Knotenfläche verliefe dann genau durch das H-Atom). Ist das H-Atom etwas nach links gerückt (wie gezeichnet), dann ist der bindende Beitrag zum linken F-Atom etwas stärker als der antibindende zum rechten F-Atom, und insgesamt wird das Molekülorbital schwach bindend. Für das untere und das obere Molekülorbital ist es unerheblich, ob sich das H-Atom symmetrisch zwischen den F-Atomen befindet oder nicht; eine Verrückung des H-Atoms nach links bewirkt eine Zunahme an bindender (bzw. antibindender) Wirkung zum linken F-Atom, die durch Abnahme zum rechten F-Atom kompensiert wird. Unsymmetrische Wasserstoff-Brücken werden in Formeln häufig in der Art F — H. . .|F wiedergegeben. Im zeitlichen Mittel ist die Brücke symmetrisch, da das H-Atom schnell zwischen beiden Positionen hin- und herspringt:

Abb. 9.24 Die Überlappung von drei aufeinander ausgerichteten p-Orbitalen im XeF2-Molekül. Knotenflächen zwischen den Atomen sind rot markiert.

9

Abb. 9.25 Aus dem 3s-Orbital des S-Atoms und je einem p-Orbital der F-Atome ergibt sich ein bindendes 7-Zentren-2-Elektronen-Orbital im SF6-Molekül.

[F — H. . .|F]– ⇄ [F|. . .H — F]– Ähnliche Dreizentrenbindungen treten in Boranen auf (BHB-Bindungen der Borwasserstoffe, Abschnitt 28.11, S. 443). Dort stehen jedoch nur zwei Elektronen zur Verfügung, so dass nur das bindende Molekülorbital besetzt wird. Damit entfällt auch die Ursache für die asymmetrische Anordnung, das HAtom befindet sich auf halbem Weg zwischen zwei Bor-Atomen.

Abb. 9.26 Die drei Molekülorbitale im [FHF]–-Ion. Das H-Atom ist etwas näher am linken F-Atom. Knotenflächen zwischen den Atomen sind rot markiert.

147

9 Molekülstruktur, Molekülorbitale

9.9 Die Bindung in Metallen

9

Abb. 9.27 Entstehung eines Bandes durch die Wechselwirkung der 2s-Orbitale von Lithium-Atomen.

148

Metall-Atome haben relativ niedrige Ionisierungsenergien und Elektronegativitäten; sie geben ihre Außenelektronen relativ leicht ab. Im Kristall eines Metalls sind positive Ionen zusammengepackt, während die von den Atomen abgegebenen Elektronen ein Elektronengas bilden und sich frei durch den ganzen Kristall bewegen können. Das negativ geladene Elektronengas hält die positiven Ionen zusammen. Die Bändertheorie beschreibt diese Art von Bindung mit Hilfe von Molekülorbitalen, die sich durch den ganzen Kristall ausdehnen. Der Grundgedanke sei am Beispiel des Lithiums erläutert. Im Li2-Molekül überlappen sich die 2sOrbitale der beiden Atome und zwei Molekülorbitale entstehen, ein bindendes s2s- und ein antibindendes s*2s-Orbital. Im Grundzustand des Li2-Moleküls ist nur das s2s-Orbital mit zwei Elektronen besetzt; das antibindende Orbital bleibt unbesetzt. Die 2s-Orbitale von zwei getrennten Lithium-Atomen haben die gleiche Energie, sie sind entartet. Beim Zusammenfügen der zwei Atome wird die Entartung aufgehoben, ein Orbital niedrigerer und eines höherer Energie entsteht; das Energieniveau „wird aufgespalten“. Beim Zusammenfügen von drei Lithium-Atomen entstehen drei Molekülorbitale, ein energieärmeres (bindend), eines mit unveränderter Energie (nichtbindend) und eines mit höherer Energie (antibindend). Würde man diesem Li3-Molekül ein Elektron wegnehmen, dann würden die verbleibenden zwei Valenzelektronen das bindende Orbital besetzen; die Bindung im Li+ 3 -Ion wäre eine Dreizentren-Zweielektronen-Bindung. In einem Li4-Molekül kommt es zur Aufspaltung auf vier Energieniveaus. Je mehr Atome zusammengefügt werden, desto mehr getrennte, aber immer dichter beieinanderliegende Energieniveaus entstehen (Abb. 9.27). Die Gesamtzahl der Molekülorbitale bleibt immer genauso groß wie die Zahl der Atomorbitale, die zu ihrer Entstehung beitragen. Die Molekülorbitale sind delokalisiert, d. h. sie gehören dem Gesamtverband aller Atome gemeinsam an. Selbst in einem kleinen Lithium-Kristall befindet sich eine riesige Anzahl von Atomen, und dementsprechend groß ist die Zahl der delokalisierten Molekülorbitale. Sie sind nicht entartet, d. h. jedes Molekülorbital hat sein eigenes Energieniveau. Wegen der riesigen Anzahl der Energieniveaus liegen diese extrem dicht beieinander. Die Gesamtheit dieser Molekülorbitale wird ein Energieband oder kurz ein Band genannt. Die Energieniveaus im unteren Teil des Bandes gehören zu Orbitalen mit bindendem Charakter; die im oberen Teil wirken antibindend, wenn sie mit Elektronen besetzt sind. Am Ende von Abschnitt 9.6 (S. 145) wird am Beispiel des Polyacetylens erläutert, wie sich Atomorbitale zu delokalisierten Molekülorbitalen überlagern und wie ein Band in einer eindimensional ausgedehnten Atomkette zustande kommt. In einem Metall gilt im Prinzip dasselbe, nun jedoch auf drei Dimensionen ausgedehnt, und unter Beteiligung aller Valenzorbitale der Atome. Das Diagramm, in dem die Energie der Molekülorbitale in Abhängigkeit der Zahl der Schwingungsknoten aufgetragen ist (Abb. 9.23 Mitte), wird auf einen Kasten in einem dreidimensionalen Koordinatensystem ausgedehnt. Statt einer Koordinatenrichtung, in der die Zahl der Knoten von null bis N–1 läuft, sind es jetzt drei solcher Richtungen. Zu jedem Punkt in dem Kasten gehört eine Orbitalenergie. Der von dem Kasten umschlossene Bereich wird Brillouin-Zone genannt. Das 2s-Elektron in einem Lithium-Atom ist ein Valenzelektron, und das 2sBand des Lithiums (Abb. 9.27) heißt deshalb das Valenzband. Da jedes LithiumAtom ein Valenzelektron in das Band einbringt, ist die Zahl der Elektronen im 2s-Band des Lithiums genauso groß wie die Zahl der Molekülorbitale in diesem Band. Auch für die Molekülorbitale in einem Band gilt, wie für jedes Orbital, das Pauli-Prinzip; jedes Orbital kann mit zwei Elektronen von entgegengesetztem Spin besetzt werden. Die Zahl der Elektronen, die im 2s-Band des Lithiums

9.9 Die Bindung in Metallen untergebracht werden kann, ist demnach doppelt so groß wie die Zahl der vorhandenen Elektronen; das Valenzband ist nur zur Hälfte besetzt. Die Besetzung der bindenden Molekülorbitale in der unteren Hälfte des Bandes ohne Besetzung der antibindenden Orbitale in der oberen Hälfte sorgt für den Zusammenhalt der Lithium-Atome. Die Energieunterschiede zwischen den Energieniveaus in einem Band sind so gering, dass den Elektronen selbst bei tiefsten Temperaturen genug Energie zur Verfügung steht, um von einem Niveau auf ein anderes zu springen, sofern das zugehörige Orbital nicht schon mit zwei Elektronen besetzt ist. Da ein Molekülorbital den wahrscheinlichen Aufenthaltsort eines Elektrons beschreibt, bedeutet das mühelose Springen von einem Orbital auf ein anderes, dass die Elektronen im Kristall beweglich sind und somit den elektrischen Strom leiten können. Im Falle des Lithiums ist noch das Band zu berücksichtigen, das sich von den 2p-Orbitalen ableitet. Ein einzelnes Lithium-Atom verfügt über drei unbesetzte 2p-Orbitale, deren Energieniveau nahe beim 2s-Niveau liegt. Im metallischen Lithium überschneidet sich das 2p-Band mit dem 2s-Band (Abb. 9.28). Elektronen aus dem 2s-Band können sich deshalb auch durch das unbesetzte 2p-Band bewegen. Wenn sich die Bänder nicht überschneiden würden, könnte Beryllium keinen elektrischen Strom leiten. Die Elektronenkonfiguration des Berylliums ist 1s22s2 und infolgedessen ist das 2s-Band (das Valenzband) des Berylliums voll besetzt. Weil sich das 2s-Band mit dem unbesetzten 2p-Band überschneidet, können Elektronen in das letztere überwechseln und den elektrischen Strom leiten. Das 2p-Band wird deshalb auch Leitungsband genannt; ein Leitungsband ist ein unbesetztes Band. In Abb. 9.28 ist ein weiteres Band gezeigt, das durch die Wechselwirkung der 1s-Orbitale des Lithiums zustande kommt. Da das 1s-Orbital im Lithium-Atom mit zwei Elektronen voll besetzt ist, ist auch das 1s-Band voll besetzt. Seine Elektronen tragen nicht zur Bindung im Kristall bei. Die Zahl der besetzten bindenden Molekülorbitale dieses Bandes (untere Hälfte der Energieniveaus) ist gleich groß wie die Zahl der besetzten antibindenden Molekülorbitale (obere Hälfte der Energieniveaus). Außerdem befinden sich die Elektronen nahe an den Li-Atomkernen und sind Bestandteil der positiven Ionen im Kristall; aus diesem Grund ist auch die Wechselwirkung zwischen den 1sOrbitalen verschiedener Atome geringer (geringere Aufspaltung der Energieniveaus) und das Band ist schmaler. Das 1s-Band überschneidet sich mit keinem anderen Band. Es ist vom 2s-Band durch eine verbotene Energiezone (auch Energie-„gap“ genannt) getrennt. Kein Elektron in einem Lithium-Kristall kann eine Energie im Bereich der verbotenen Zone haben. Eine hohe Beweglichkeit der Elektronen ist immer dann gegeben, wenn ein Band nur teilweise besetzt ist oder wenn sich ein vollbesetztes Band mit einem leeren Band überschneidet. Der Übergang eines Elektrons von einem Energieniveau auf ein anderes innerhalb eines Bandes erfordert nur eine sehr geringe Anregungsenergie, die durch die thermische Energie immer verfügbar ist. Bei Einstrahlung von Licht werden Elektronen um einen Betrag angeregt, welcher der Energie des Lichtquants entspricht; jeder beliebige Energiebetrag kommt dafür in Betracht, solange er Anregungen innerhalb des Bandes bewirkt. Wenn ein angeregtes Elektron auf ein niedrigeres Energieniveau zurückfällt, wird Licht abgestrahlt. Elektronenübergänge dieser Art sind für den metallischen Glanz verantwortlich. Die frei beweglichen Elektronen erklären nicht nur die hohe elektrische Leitfähigkeit, sondern auch die hohe Wärmeleitfähigkeit von Metallen. Die Elektronen absorbieren Wärme in Form von kinetischer Energie und leiten sie schnell in alle Teile des Metalls.

9 Abb. 9.28 Überschneidung des 2s- und des 2p-Bandes im metallischen Lithium.

149

9 Molekülstruktur, Molekülorbitale

Abb. 9.29 Bänderdiagramme für drei verschiedene Typen von Festkörpern.

9

Tab. 9.4

Einige supraleitende Materialien. TC/K

150

Hg

4,1

Pb

7,2

Nb

9,3

PbMo6S8

15

Nb3Sn

18

K3C60

19

Nb3Ge

23

K0,4Ba0,6Fe2As2

38

MgB2

39

Cs3C60

40

YBa2Cu3O7–x, x ≈ 0,2

93

Bi1,8Pb0,3Ca2Sr2Cu3O10

110

HgCa2Ba2Cu3O8+x

133

H2S unter Hochdruck

203 bei 150 GPa

Energiebänder-Diagramme für elektrische Leiter, Isolatoren und Halbleiter sind in Abb. 9.29 gezeigt. ● Im Diagramm für einen Leiter ist das Valenzband nur teilweise besetzt oder es überschneidet sich mit einem Leitungsband. Diese Bänder sind von einem noch höher liegenden Leitungsband (aus Orbitalen der dritten Schale im Lithium) durch eine verbotene Zone getrennt. ● Im Falle des Isolators ist das Valenzband voll besetzt und durch eine verbotene Zone weit von einem Leitungsband getrennt. Elektronen können sich nur bewegen, wenn ihnen genug Energie zugeführt wird, um die breite verbotene Zone zu überspringen und so in das Leitungsband gelangen. Wegen der hohen erforderlichen Energie finden solche Elektronenanregungen kaum statt. Die elektrische Leitfähigkeit ist sehr gering. ● Ein Halbleiter hat eine geringe elektrische Leitfähigkeit, die jedoch höher als bei einem Isolator ist. Mit steigender Temperatur nimmt die Leitfähigkeit deutlich zu. Bei einem Halbleiter ist das Valenzband voll besetzt. Die verbotene Zone ist schmal genug, um die Anregung von Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband durch thermische Energie zu ermöglichen (Abb. 9.29). Nach der Anregung verbleiben unbesetzte Orbitale im Valenzband, die es anderen Elektronen des Valenzbandes ermöglichen, sich zu bewegen. Die elektrische Leitung findet sowohl im Valenzband als auch im Leitungsband statt. Die elektrische Leitfähigkeit von Metallen ist nicht von der thermischen Anregung der Elektronen abhängig. Während die Leitfähigkeit eines Halbleiters mit steigender Temperatur zunimmt, nimmt die eines Metalls ab. Die stärkere thermische Schwingung der Metall-Ionen im Kristall behindert die Beweglichkeit der Elektronen. Unter den beweglichen Elektronen in einem Metall sind immer ungepaarte Elektronen vorhanden. Bei einem Supraleiter sind dagegen alle delokalisierten Elektronen unterhalb einer Sprungtemperatur TC gepaart (Cooper-Paare), und das Material wird perfekt diamagnetisch. Vor allem verschwindet unterhalb der Sprungtemperatur jeder elektrische Widerstand. Ein elektrischer Strom fließt in einem Supraleiter völlig verlustfrei. Besonders starke Magneten, wie sie zum Beispiel in der NMR-Spektroskopie eingesetzt werden (s. Abschnitt 13.2, S. 204), haben Spulen aus supraleitendem Material (z. B. Nb3Sn), in denen der Strom einmalig induziert wird und dann über Jahrzehnte fließt. Dazu ist es notwendig, die Spule ununterbrochen unterhalb der Sprungtemperatur zu halten, weshalb sie sich in einem Bad aus flüssigem Helium bei 4 K befindet. Sogenannte „Hochtemperatur“-Supraleiter sind diejenigen, deren Sprungtemperatur über 77 K (Siedepunkt von Stickstoff) liegt. Die Kühlung mit flüssigem Stickstoff ist wesentlich weniger aufwendig als mit Helium. Hochtemperatursupraleiter sind in der Regel spröde, kupferhaltige Oxide mit den typischen Verarbeitungsproblemen von keramischem Material. Sie können nicht zu Drähten ausgezogen werden. Für elektrische Leiter werden stattdessen Metallbänder aus einer Nickel-Molybdän-Legierung verwendet, die auf chemischem Weg mit LnBa2Cu3O7–x dünn beschichtet wurden (Ln = Y, Gd oder ein anderes Lanthanoid). Es gibt erste kommerzielle Anwendungen, zum Beispiel für große Transformatoren und Elektromotoren und für elektrische Übertragungsleitungen.

9.10 Halbleiter

9.10 Halbleiter Reines Silicium und Germanium sind Halbleiter. Beide kristallisieren im Strukturtyp des Diamanten, in dem jedes Atom an vier andere gebunden ist (Abschnitt 28.2, S. 430). Bei Zimmertemperatur haben sowohl Silicium als auch Germanium nur eine geringe elektrische Leitfähigkeit, da alle Valenzelektronen an den Bindungen des Kristalls beteiligt sind. Die Gesamtheit dieser Bindungen stellt das vollbesetzte Valenzband dar. Bei höheren Temperaturen werden einzelne Elektronen aus den Bindungen herausgerissen und in ein Leitungsband angeregt, wodurch die Leitfähigkeit zunimmt. Der gezielte Einbau von Spuren bestimmter Verunreinigungen in einen Silicium- oder Germanium-Kristall steigert dessen Leitfähigkeit. Wenn zum Beispiel ein Bor-Atom pro 106 Silicium-Atome in reines Silicium eingebaut wird, steigt die Leitfähigkeit um den Faktor 200 000 von 4 · 10–6 S · cm–1 auf 0,8 S · cm–1 bei Raumtemperatur. Ein Silicium-Atom hat vier Valenzelektronen, ein Bor-Atom hat nur drei. Wenn ein Bor-Atom im Kristall den Platz eines SiliciumAtoms einnimmt, so fehlt ein Elektron; eines der Bindungsorbitale kann nur mit einem Elektron besetzt werden, ein „Elektronenloch“ entsteht. Das Loch kann mit einem Elektron einer benachbarten Bindung besetzt werden, wobei aber in dieser Bindung ein Loch entsteht. Auf diese Weise können sich Elektronen durch den Kristall bewegen; die Löcher bewegen sich in der entgegengesetzten Richtung. Die Löcher sind nichts anderes als unbesetzte und somit für die elektrische Leitung zur Verfügung stehende Energieniveaus im Bereich des Valenzbandes. Ein Halbleiter, bei dem Löcher die Elektronenbewegung ermöglichen, wird p-Halbleiter genannt; das p steht für positiv. Die Bezeichnung ist etwas irreführend, da der Kristall nur aus neutralen Atomen aufgebaut ist und elektrisch völlig neutral ist. Ein Elektronenmangel herrscht nur bezüglich der vollständigen Besetzung aller Bindungsorbitale, es ist nie ein Überschuss an positiver Ladung vorhanden. Die gleiche Wirkung wie mit Bor-Atomen kann auch mit anderen Elementen der 3. Hauptgruppe (Al, Ga oder In) erreicht werden. Die beschriebene, gezielte Verunreinigung von Silicium oder Germanium nennt man Dotierung. Durch Dotierung von Silicium oder Germanium mit Spuren von Elementen der 5. Hauptgruppe (P, As, Sb oder Bi) entsteht ein n-Halbleiter; das n steht für negativ. In diesem Falle hat jedes Dotierungsatom fünf Valenzelektronen – eines mehr als für die Bindungen im Kristall benötigt wird. Das überschüssige Elektron muss vom Leitungsband aufgenommen werden und ist im Kristall frei beweglich. Ein n-Halbleiter ist nicht wirklich negativ; die Substanz selbst ist neutral.

9

Deutsch Halbleiter Dotierung

Englisch semiconductor doping

:

Übungsaufgaben (Lösungen s. S. 645) 9.1 Welche der folgenden Verbindungen kann nicht gebildet werden und warum? NCl3 NCl5

PCl3 PCl5

ONF3 OF6

9.2 A möge ein Zentralatom sein, X ein Atom, das über ein Elektronenpaar an A gebunden ist, und E ein einsames Elektronenpaar an A. Welche Molekülgestalt ist nach der VSEPRTheorie für folgende Moleküle zu erwarten? Welche Bindungswinkel sind zu erwarten? AX2 AX3 AX2E AX4

AX3E AX2E2 AX5 AX4E

AX3E2 AX2E3 AX6

AX5E AX4E2

151

9 Molekülstruktur, Molekülorbitale

9.3 Sagen Sie mit Hilfe der VSEPR-Theorie die Gestalt folgender Moleküle und lonen voraus. Alle Bindungen sind Einfachbindungen. IF– 4 AsF– 4 IBr– 2

AsF5 TeF–5 SnH4 CdBr2

AsCl+ 4 – SbCl 6 + XeF5

AsH3 SCl2 SeF+ 3 XeF+ 3

9.11 Zeichnen Sie die Energieniveau-Diagramme der Molekülorbitale für:

9.4 Formulieren Sie die Valenzstrichformeln und machen Sie mit Hilfe der VSEPR-Theorie Aussagen über die Molekülstrukturen von

9

H2 CO SO2 HCN XeO3

H2 PO– 2

N–

ClOCl OClO– ClO– 3

OSCl2 O2 SCl2 OPCl3

H3 O+ FNNF XeF4

3

XeO46– O2 ClF– 4

OClF– 4 Cl2 PF3

O2 IF– 2 OSF4

9.6 Welcher Bindungswinkel, F — C — F oder Cl — C — Cl, sollte im OCF2- bzw. OCCl2-Molekül größer sein? 9.7 Ordnen Sie nach abnehmenden Bindungswinkeln: Cl2 O

CCl4

NCl3

9.8 Welche Bindungswinkel und welche Hybridisierung sind für die Zentralatome folgender Moleküle bzw. lonen anzunehmen? BeF2

BeF– 3

BeF24–

AsF5

152

H2 S 92,3

H+ 2

HHe

He2

He+ 2

Geben Sie die Bindungsordnung an.

9.13 Die Bindungslänge im N2-Molekül beträgt 109 pm, im + N+ 2 112 pm, im O2 121 pm und im O2 112 pm. Zeichnen Sie die Molekülorbital-Energieniveau-Diagramme und erklären Sie den Gang der Bindungslängen. 9.14 Skizzieren Sie die stehenden Wellen für die p-Bindungssysteme und zeichnen Sie die Molekülorbital-Diagramme für: a. Das Allyl-lon, C3 H– 5 b. Hexatrien, C6H8, ein kettenförmiges Molekül c. Das Cyclopentadienyl-lon, C5 H– 5 , mit ringförmiger Struktur (nur MO-Diagramm) 9.15 Erläutern Sie die Bindungsverhältnisse im PF5-Molekül. Nehmen Sie sp2-Hybridisierung für das P-Atom an. 9.16 Wie erklärt die Bänder-Theorie den Glanz, die elektrische Leitung und die Wärmeleitung von Metallen?

IF+ 6

9.9 Wie ist mit dem Modell der Hybrid-Orbitale der Gang der folgenden Bindungswinkel zu verstehen? Wie kann es sein, dass die Winkel weder 109,47° noch 90° betragen? H2 O 104,5

H2

9.12 Im Calciumcarbid (CaC2) kommt das C22– -lon vor (Acetylid-lon). Zeichnen Sie das Molekülorbital-Energieniveau-Diagramm für das C22– -lon. Welche ist die Bindungsordnung?

9.5 Für welche der folgenden Verbindungen gilt die Oktettregel nicht? OXeF4 (HO)5 IO

9.10 Wenn bei einer chemischen Reaktion ein Atom einen Bindungspartner verliert und aus einer tetraedrischen eine trigonal-planare Struktur hervorgeht, sprechen Chemiker zuweilen davon, dass das Atom „umhybridisiert“ werde (von sp3 nach sp2). Warum trifft diese Bezeichnung den Sachverhalt nicht?

H2 Se 91,0

H2 Te 89,5

9.17 Warum nimmt beim Erhitzen die elektrische Leitfähigkeit eines Metalls ab, die eines Halbleiters zu? 9.18 Ist eine metallische Bindung eine Mehrzentrenbindung? 9.19 Galliumarsenid (GaAs) ist ein Halbleiter. Wie kann man erreichen, dass Galliumarsenid als p- oder als n-Leiter wirkt, ohne dass man mit fremden Elementen dotiert?

10 Gase

10 Gase Zusammenfassung

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Druck (p), Volumen (V) und Temperatur (T) sind Zustandsgrößen. Der Druck wird in Pascal (1 Pa = 1 N/m2) oder in Bar gemessen (1 bar = 105 Pa), er wurde früher oft in Torr angegeben. Der mittlere Atmosphärendruck auf Höhe des Meeresspiegels wird Normdruck genannt; er beträgt 101,3 kPa (= 1,013 bar = 760 Torr). Temperaturangaben werden in Kelvin gemacht; das entspricht der Angabe in °C nach Addition von 273,15. Unter Normbedingungen versteht man eine Temperatur von 273,15 K bei einem Druck von 101,3 kPa. Nach dem Avogadro-Gesetz enthalten gleiche Volumina beliebiger Gase bei gleicher Temperatur und gleichem Druck die gleiche Anzahl von Molekülen. Bei Normbedingungen beträgt das Volumen eines Mols eines beliebigen Gases 22,414 L. Bei Reaktionen, an denen Gase beteiligt sind, entsprechen die relativen Volumina der Gase den Koeffizienten in der chemischen Reaktionsgleichung. Die Zustandsgleichung eines idealen Gases pV = nRT stellt die Stoffmenge n und die Zustandsgrößen p, V und T eines Gases miteinander in Beziehung; R ist die ideale Gaskonstante (R = 8,314 kPa · L · mol–1 · K–1). Sonderfälle sind das Avogadro-Gesetz (p = const.; T = const.; V proportional n), das Boyle-Mariotte-Gesetz (n = const.; T = const.; pV = const.) und die Gay-Lussac-Gesetze (n = const.; V = const.; p proportional T; und n = const.; p = const.; V proportional T). Mit Hilfe der Zustandsgleichung werden stöchiometrische Berechnungen durchgeführt, wenn Gasvolumina beteiligt sind. Durch Messung von p, V und T kann die Stoffmenge n eines Gases ermittelt werden; bei bekannter Masse m kann dann die Molmasse M = m/n bestimmt werden. Die kinetische Gastheorie erklärt die Eigenschaften von Gasen mit einem Modell, nach dem Gase aus Teilchen bestehen, die weit voneinander entfernt und die in ständiger Bewegung sind. Die mittlere kinetische Energie der Teilchen ist proportional zur Temperatur. Die Teilchen erleiden häufige Kollisionen und haben unterschiedliche Geschwindigkeiten, die statistisch einer Maxwell-Boltzmann-Geschwindigkeitsverteilung entsprechen. Die Geschwindigkeit der Effusion r (Ausströmung) zweier Gase ist umgekehrt proportional zur Wurzel aus dem Verhältnis pffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffi ihrer Molmassen, rA /rB = MðBÞ =MðAÞ ðGraham-GesetzÞ. Das Verhalten realer Gase weicht von dem eines idealen Gases ab. Im Gegensatz zu den Annahmen der kinetischen Gastheorie besitzen die Gasmoleküle ein eigenes Volumen, und es sind Anziehungskräfte zwischen ihnen wirksam. Diese Faktoren werden bei der van-der-Waals-Gleichung berücksichtigt. Die Abweichungen vom idealen Verhalten machen sich vor allem bei hohen Drücken und niedrigen Temperaturen bemerkbar. Bei ausreichend hohem Druck und/oder niedriger Temperatur werden Gase flüssig, sofern die Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur liegt. Bei der Expansion eines Gases kühlt es sich ab (JouleThomson-Effekt).

Gase bestehen aus räumlich weit voneinander getrennten Molekülen oder Atomen in schneller Bewegung. Zwei (oder mehrere) beliebige Gase können in jedem Verhältnis völlig homogen vermischt werden. Nichtmischbarkeit, die bei unterschiedlichen Flüssigkeiten vorkommen kann, wird bei Gasen nicht beobachtet. Da zwischen den Molekülen eines Gases relativ große Zwischenräume bestehen, können die Moleküle eines zweiten Gases leicht dazwischen geschoben werden. Mit diesem Modell ist auch zu verstehen, warum Gase leicht komprimierbar sind; durch Kompression werden die Moleküle enger zusammengebracht. Ein Gas füllt den Behälter, in dem es sich befindet, stets vollständig und gleichmäßig aus.

Übersicht Druck · 154 Das Avogadro-Gesetz · 155 Das ideale Gasgesetz · 156 Stöchiometrie und Gasvolumina · 158 10.5 Die kinetische Gastheorie · 160 10.6 Das Dalton-Gesetz der Partialdrücke · 161 10.7 Molekülgeschwindigkeiten in Gasen · 163 10.8 Das GrahamEffusionsgesetz · 164 10.9 Reale Gase · 165 10.10 Verflüssigung von Gasen · 167 10.1 10.2 10.3 10.4

10

Übungsaufgaben · 168

Schlüsselworte (s. Glossar) Druck Atmosphärendruck

2

Barometer Manometer Pascal Bar Avogadro-Gesetz Normbedingungen Molvolumen Zustandsgrößen Temperatur Absolute Temperaturskala Kelvin Ideales Gasgesetz Ideale Gaskonstante Boyle-Mariotte-Gesetz Gay-Lussac-Gesetze Kinetische Gastheorie Partialdruck Dalton-Gesetz der Partialdrücke Stoffmengenanteil

153

10 Gase

10.1 Druck

Mittlere freie Weglänge Maxwell-BoltzmannGeschwindigkeitsverteilung Effusion Graham-Effusions-Gesetz Kompressibilitäts-Faktor Van-der-Waals-Gleichung Kritischer Druck Kritische Temperatur Joule-Thomson-Effekt Linde-Verfahren

10

.

Definition Einheit des Drucks: 1 Pa =

1N 1 m2

1 bar = 105 Pa

1 atm = = = = =

101,325 kPa 0,101 325 MPa 1,013 25 bar 1013,25 mbar 760 Torr

Druck ist definiert als Kraft pro Fläche. Die SI-Einheit für den Druck ist das Pascal (Symbol Pa); als weitere Maßeinheit ist das Bar (Symbol bar) gesetzlich zugelassen. In der Chemie ist der Atmosphärendruck eine wichtige Bezugsgröße. Der Atmosphärendruck wird mit Hilfe eines Barometers gemessen, einem Instrument, das Evangelista Torricelli im 17. Jahrhundert entworfen hat. Ein an einem Ende verschlossenes Rohr von etwa 85 cm Länge wird mit Quecksilber gefüllt und in ein offenes, mit Quecksilber gefülltes Gefäß gestellt (Abb. 10.1). Das Quecksilber im Rohr sinkt auf ein bestimmtes Maß weit ab. Der Atmosphärendruck, der außen auf der Quecksilber-Oberfläche lastet, hält eine Säule bestimmter Höhe im Rohr fest. Der Zwischenraum zwischen dem Quecksilber und dem Rohrende ist ein fast perfektes Vakuum. Da Quecksilber bei Raumtemperatur nur sehr wenig flüchtig ist, befindet sich nur eine vernachlässigbare Menge Quecksilber-Dampf im Zwischenraum. Der Druck innerhalb des Rohres auf der Höhe des Bezugsniveaus stammt allein vom Gewicht der Quecksilber-Säule; dieser Druck ist gleich dem außen herrschenden Atmosphärendruck. Die Höhe der Quecksilbersäule ist ein direktes Maß für den Atmosphärendruck. Der Atmosphärendruck ist von der Höhenlage des Standorts und, in geringerem Maße, vom Wetter abhängig. Der mittlere Druck auf der Höhe des Meeresspiegels bei 0 °C hält eine Quecksilbersäule von 760 mm Höhe. Dieser Druck wird Normdruck genannt. Er wurde früher als Einheit zur Druckmessung verwendet; die Einheit hieß eine physikalische Atmosphäre oder Standard-Atmosphäre (abgekürzt atm). Diese Einheit ist gesetzlich nicht mehr zugelassen. Das Druckäquivalent von 1 mm Quecksilbersäule wurde 1 Torr genannt; auch diese Einheit zur Druckmessung soll nicht mehr verwendet werden, sie wurde aber in der Vergangenheit viel gebraucht und ist in der Heilkunde weiterhin üblich. Viele Messgrößen beziehen sich auf den Normdruck. Er beträgt 101,325 Kilopascal (0,101325 Megapascal). Der Druck in einem Behälter wird mit Hilfe eines Manometers gemessen. Das in Abb. 10.2 gezeigte Manometer besteht aus einem U-Rohr, das Quecksilber enthält. Der eine Schenkel des U-Rohres ist mit einem Behälter verbunden, so dass das Gas im Behälter Druck auf das Quecksilber in diesem Schenkel ausübt. Der andere Schenkel ist wie bei einem Barometer verschlossen und luftleer. Der Höhenunterschied der Quecksilber-Säulen in beiden Schenkeln, gemessen in mm, ist ein direktes Maß für den Druck im Behälter in Torr.

Vakuum Vakuum

Gas

Atmosphärendruck

Druck der Quecksilbersäule Quecksilber

Bezugsniveau

Abb. 10.1

Gasdruck

d = Höhenunterschied der Quecksilberspiegel

Barometer. Abb. 10.2

154

Ein Manometer.

10.2 Das Avogadro-Gesetz

10.2 Das Avogadro-Gesetz 1808 berichtete Joseph Gay-Lussac über Versuche, die er mit reagierenden Gasen durchgeführt hatte. Die Volumina von Gasen, die bei chemischen Reaktionen verbraucht werden oder entstehen, stehen in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander, sofern alle Volumina bei gleichem Druck und gleicher Temperatur gemessen werden. Eine der von Gay-Lussac untersuchten Reaktionen war die von WasserstoffGas mit Chlor-Gas, bei der Chlorwasserstoff-Gas entsteht. Wenn die Volumina aller beteiligten Gase bei gleichem Druck und gleicher Temperatur gemessen werden, ergibt sich: 1 Volumeneinheit Wasserstoff + 1 Volumeneinheit Chlor → 2 Volumeneinheiten Chlorwasserstoff

10

Die Volumenverhältnisse entsprechen den Koeffizienten in der Gleichung 1 H2(g) + 1 Cl2(g) → 2 HCl(g)

2 CO(g) + O2(g) → 2 CO2(g) ist das Verhältnis der Gasvolumina:

Gesellschaft Deutscher Chemiker

Die Erklärung für das Gay-Lussac-Gesetz über die Volumenverhältnisse wurde 1811 von Amedeo Avogadro gegeben. Nach dem Avogadro-Gesetz enthalten gleiche Volumina beliebiger Gase bei gleicher Temperatur und gleichem Druck die gleiche Anzahl von Molekülen. Nach den Messungen von Gay-Lussac reagieren H2(g) und Cl2(g) im Volumenverhältnis eins zu eins. Nach der Reaktionsgleichung wird eine gleich große Zahl von H2- und Cl2-Molekülen benötigt. Die Zahl der entstehenden HCl-Moleküle ist doppelt so groß wie die Zahl der verbrauchten H2-Moleküle, und im Einklang damit ist das Volumen des erhaltenen Chlorwasserstoff-Gases doppelt so groß wie das Volumen des verbrauchten Wasserstoffs. Das Gesamtvolumen der reagierenden Gase muss nicht mit dem Volumen der entstehenden Gase übereinstimmen. Bei der Reaktion

Joseph Gay-Lussac * 1778 St. Léonard/Limousin † 1850 Paris

2 Volumeneinheiten CO(g) + 1 Volumeneinheit O2(g) → 2 Volumeneinheiten CO2(g) Die Beziehung zwischen Koeffizienten der chemischen Gleichung und den Stoffvolumina gilt nur für Gase. Flüssigkeiten und Feststoffe verhalten sich anders. Wenn gleiche Volumina zweier Gase bei gleicher Temperatur und gleichem Druck gleich viele Moleküle enthalten, dann gilt umgekehrt auch: Eine gleich große Zahl von Molekülen zweier Gase beansprucht bei gleichen Druck-Temperatur-Bedingungen das gleiche Volumen. Dies gilt unabhängig von der Art der Moleküle. Ein Mol eines Gases besteht aus 6,022 140 76 · 1023 Molekülen (Avogadro-Konstante). Ein Mol eines beliebigen Gases nimmt unter gleichen Druck-Temperatur-Bedingungen das gleiche Volumen wie ein beliebiges anderes Gas ein. Unter Normbedingungen versteht man eine Temperatur von 0 °C und einen Druck von 101,325 kPa (1 atm); unter diesen Bedingungen nimmt ein Mol eines Gases ein Volumen von 22,414 Liter ein. Es ist das Molvolumen unter Normbedingungen und wird mit Vm bezeichnet; die zugehörige Maßeinheit ist L/mol. Für die meisten Gase ist die Abweichung vom Idealwert des Molvolumens kleiner als 1 %. Aus der Molmasse und dem Molvolumen kann die Dichte eines Gases berechnet werden.

Definition

.

Normbedingungen für ein Gas T = 273,15 K (0 °C) p = 101,325 kPa

Molvolumen eines Gases unter Normbedingungen Vm = 22,414 L/mol

155

10 Gase

+

Beispiel 10.1

Gesellschaft Deutscher Chemiker

Welche Dichte hat gasförmiges Fluor bei Normbedingungen?

Vm

= 22,4 L/mol

r(F2 ) =

M(F2 ) 38,0 g/mol = = 1,70 g/L Vm 22,4 L/mol

10.3 Das ideale Gasgesetz Druck, Volumen und Temperatur sind Zustandsgrößen. Für Gase gibt es eine einfache Beziehung zwischen diesen Zustandsgrößen und der Stoffmenge:

Amedeo Avogadro * 1776 Turin, † 1856 Turin

10

M(F2) = 38,0 g/mol

p·V=n·R·T 8,3145 J/(mol · K) 8,3145 Pa · m3/(mol · K) 8,3145 kPa · L/(mol · K) 8314,5 g · m2/(s2 · mol · K) 8314,5 Pa · L/(mol · K) 0,082058 atm · L/(mol · K)

Gesellschaft Deutscher Chemiker

R= = = = = =

Robert Boyle * 1627 Lismore/Irland † 1691 London

Boyle-Mariotte-Gesetz p · V = const. oder p1V1 = p2V2 wenn n, T = const.

156

(10.1)

Dabei ist p der Druck, V das Volumen, n die Stoffmenge und T die Temperatur, die in Kelvin anzugeben ist. R ist die ideale Gaskonstante. Die ideale Gaskonstante ist das Produkt aus Boltzmann-Konstante und Avogadro-Konstante, R = k · NA, die beide festgelegte Zahlenwerte im SI-Einheitensystem haben (siehe vorderer Buchdeckel innen). Damit hat auch R einen festen Zahlenwert. Die nebenstehenden Zahlen sind auf fünf signifikante Stellen gerundet. Die meisten Gase erfüllen unter gewöhnlichen Bedingungen recht gut diese Gleichung. Unter extremen Bedingungen (tiefe Temperaturen und hohe Drücke; vgl. Abschnitt 10.9, S. 165) kommt es allerdings zu Abweichungen. Ein hypothetisches Gas, das unter allen Bedingungen die Gleichung exakt erfüllt, ist ein ideales Gas. Die Gleichung wird deshalb die Zustandsgleichung eines idealen Gases oder kurz ideales Gasgesetz genannt. Historisch wurde die Zustandsgleichung aus mehreren Einzelgesetzen abgeleitet, die als Spezialfälle des idealen Gasgesetzes angesehen werden können. Ein Spezialgesetz ist das Avogadro-Gesetz. Wird Druck und Temperatur konstant gehalten, so sind gemäß Gleichung (10.1) Volumen V und Stoffmenge n zueinander proportional. Für die Normbedingungen p = 101,325 kPa und T = 273,15 K ergibt sich mit n = 1 mol ein Volumen von Vm = 22,414 L. Der Zusammenhang zwischen Volumen und Druck eines Gases wurde 1662 von Robert Boyle und unabhängig davon 1676 von Edmé Mariotte untersucht. Sie fanden, dass das Volumen eines Gases umgekehrt proportional zum Druck ist. Bei Verdoppelung des Drucks geht das Volumen auf die Hälfte zurück. Wird die gleiche Gasprobe bei gleicher Temperatur einmal unter den Druck-Volumen-Bedingungen p1, V1, zum anderen unter p2, V2 gehalten, so gilt p1V1 = p2V2 Das Boyle-Mariotte-Gesetz folgt aus dem idealen Gasgesetz, wenn die Stoffmenge n und die Temperatur T konstant gehalten werden. Graphisch ist es in Abb. 10.3 dargestellt.

Beispiel 10.2

+

Eine Gasprobe nimmt bei einem Druck von 75 kPa ein Volumen von 360 mL ein. Welches Volumen nimmt die Gasprobe bei der gleichen Temperatur unter einem Druck von 100 kPa ein? p1V1 = p2V2 V2 =

p1 V1 75 kPa  360 mL = = 270 mL p2 100 kPa

10.3 Das ideale Gasgesetz Die Beziehung zwischen dem Volumen und der Temperatur eines Gases wurde 1787 von Jacques Charles, diejenige zwischen dem Druck und der Temperatur 1703 von Guillaume Amontons untersucht. Die Arbeiten wurden 1802 von Joseph Gay-Lussac wesentlich erweitert. Wenn ein Gas bei konstantem Druck erwärmt wird, dehnt es sich aus. Eine Temperaturerhöhung um 1 °C bewirkt eine Ausdehnung um 1/273 des Volumens, das bei 0 °C eingenommen wird. Eine Gasprobe, die bei 0 °C ein Volumen von 273 mL einnimmt, dehnt sich um 1/273 dieses Volumens, d. h. um 1 mL pro °C aus; bei 1 °C nimmt es 274 mL, bei 10 °C 283 mL ein. Wird die Temperatur in Kelvin gemessen, so ist das Volumen direkt proportional zur Temperatur (Abb. 10.4). Völlig gleichartig ist auch die Abhängigkeit des Druckes, wenn eine Gasprobe bei konstantem Volumen erwärmt wird. Für jedes °C Temperaturerhöhung steigt der Druck um 1/273 des Druckes, der bei 0 °C herrscht. Beide Gay-Lussac-Gesetze folgen aus Gleichung (10.1), wenn die Stoffmenge und der Druck bzw. die Stoffmenge und das Volumen konstant gehalten werden. Temperaturangaben in Kelvin beziehen sich auf die absolute Temperaturskala, die 1848 von William Thomson, dem späteren Lord Kelvin vorgeschlagen wurde. Eine absolute Mess-Skala bezieht sich auf einen Nullpunkt, der die völlige Abwesenheit der zu messenden Eigenschaft beinhaltet. Auf Skalen dieser Art sind negative Werte unmöglich. Eine Längenangabe in cm ist eine absolute Messung, denn 0 cm bedeutet die Abwesenheit von Länge. Die Kelvin-Skala ist eine absolute Skala; 0 K stellt den absoluten Nullpunkt für die Temperatur dar, negative Temperaturen sind genauso unmöglich wie negative Längen oder negative Volumina. Nach den Gay-Lussac-Gesetzen müsste ein Gas bei T = 0 K ein Volumen von Null haben (Abb. 10.4). Tatsächlich lässt sich das nicht realisieren, weil sich ein Gas beim Abkühlen verflüssigt und schließlich fest wird. Keine Substanz existiert als Gas bei Temperaturen nahe am absoluten Nullpunkt. Die Gerade in Abb. 10.4 kann jedoch auf ein Volumen von Null extrapoliert werden. Die zugehörige Temperatur beträgt –273,15 °C. Dementsprechend erfolgt die Umrechnung von Temperaturangaben von Grad Celsius auf Kelvin durch Addition des Wertes von 273,15.

Gay-Lussac-Gesetze V=k·T oder wenn n, p = const. V1T2 = V2T1 p = k' · T oder p1T2 = p2T1

10

wenn n, V = const.

k, k' = Proportionalitätskonstanten T in Kelvin

Absoluter Temperatur-Nullpunkt 0 K = 273,15 °C Umrechnung von Grad Celsius auf Kelvin T/K = T/°C + 273,15

+

Beispiel 10.3

Eine Gasprobe hat ein Volumen von 79,5 mL bei 45 °C. Welches Volumen hat die Probe bei 0 °C und konstant gehaltenem Druck? Die Temperaturwerte werden auf Kelvin umgerechnet: T1 = 45 °C + 273 K = 318 K T2 = 0 °C + 273 K = 273 K V1 V2 = T1 T2 V1 79,5 mL  T2 =  273 K = 68,2 mL T1 318 K

+

Beispiel 10.4

Ein Behälter mit einem Volumen von 10 L wird bei 0 °C mit Gas auf einen Druck von 200 kPa gefüllt. Bei welcher Temperatur steigt der Druck auf 250 kPa?

Volumen

V2 =

Abb. 10.3 Druck-Volumen-Abhängigkeit eines idealen Gases (Boyle-Mariotte).

Anfangsbedingungen: p1 = 200 kPa, T1 = 273 K Endbedingungen: p2 = 250 kPa,

T2

p1 p2 = T1 T2 p2 250 kPa T2 =  T1 =  273 K = 341 K oder 341 K – 273 K = 68  C p1 200 kPa

–273 –200 0 73

–100 173

0 273

100 373

200 /°C 473 / K

Temperatur

Abb. 10.4 Temperatur-Volumen-Abhängigkeit eines idealen Gases (Gay-Lussac).

157

Gesellschaft Deutscher Chemiker

10 Gase

William Thomson, Lord Kelvin * 1824 Belfast/Irland † 1907 Netherhall/Schottland

10

Bei der praktischen Anwendung des idealen Gasgesetzes wird die Angabe der Stoffmenge n häufig nicht benötigt, sondern es gilt, für eine Gasprobe von den Anfangsbedingungen p1, V1, T1 auf andere Bedingungen p2, V2, T2 umzurechnen. Da bei einer Gasprobe die Stoffmenge nicht verändert wird (n = konstant), folgt aus Gleichung (10.1): p1  V1 p2  V2 = T1 T2

+

Beispiel 10.5

Das Volumen einer Gasprobe beträgt 462 mL bei 35 °C und 115 kPa. Welches ist das Volumen bei Normbedingungen? Anfangsbedingungen: p1 = 115 kPa, V1 = 462 mL, T1 = 308 K Endbedingungen: V2 =

p2 = 101 kPa, V2 ,

T2 = 273 K

p  V1 T2 115 kPa  462 mL  273 K  = = 466 mL T 1 p2 308 K  101 kPa

+

Beispiel 10.6

Welcher Druck herrscht in einem Gefäß von 10,0 L Inhalt, wenn sich 0,250 mol N2(g) bei 100 °C darin befinden? p=

–1

n  R  T 0,250 mol  8,31 kPa  L  mol K–1  373 K = = 77,5 kPa V 10,0 L

Beispiel 10.7

+

Welche Stoffmenge CO ist in einer Probe von 500 mL bei 50 °C und 1,50 bar enthalten? Man beachte die Einheiten, die den Einheiten entsprechen müssen, in denen R angegeben wird; 1,50 bar = 150 kPa. n=

pV 150 kPa  0,500 L = 0,0279 mol = R  T 8,31 kPa  L  mol–1  K–1  323 K

10.4 Stöchiometrie und Gasvolumina Während die Stoffmengen von festen und flüssigen Substanzen, die an einer chemischen Reaktion beteiligt sind, leicht durch Wägung ermittelt werden können, sind bei Gasen die Volumina bequemer zu messen. Zur Lösung entsprechender stöchiometrischer Probleme dient das Avogadro-Gesetz und das ideale Gasgesetz. Wie bei allen stöchiometrischen Berechnungen kommt es auf die Beachtung der Stoffmengen in Mol an.

Beispiel 10.8

+

Cyclopropan ist ein Gas, das als Anästhetikum Verwendung findet. Es hat eine Dichte von 1,50 g/L bei 50 °C und 720 Torr. Seine empirische Formel ist CH2. Welche ist seine Molekularformel?

...

158

10.4 Stöchiometrie und Gasvolumina

... 720 Torr =

720 Torr  101,3 kPa = 96,0 kPa 760 Torr

Im Volumen V = 1,00 L ist eine Masse m = 1,50 g enthalten. n = m/M pV= M=

m RT M –1

m  R  T 1,50 g  8,31 kPa  L  mol K–1  323 K = = 42,0 g  mol–1 pV 96,0 kPa  1,00 L

Eine Formeleinheit CH2 entspricht einer Molmasse von 14,0 g/mol. Division der experimentell ermittelten Molmasse M durch 14,0 g/mol ergibt 42,0/14,0 = 3, d. h. die Molmasse ist dreifach größer als es die empirische Formel anzeigt. Die Molekularformel ist C3H6.

+

Beispiel 10.9

Um bei einem Unfall den Prallsack („Airbag“) in einem Automobil aufzublasen, wird Natriumazid, NaN3(s), durch elektrische Zündung innerhalb von 30 Millisekunden zersetzt: 2 NaN3(s) → 2 Na(l) + 3 N2(g)

M(NaN3) = 65,0 g/mol m(NaN3 ) 120 g = = 1,85 mol M(NaN3 ) 65 g  mol–1

Aus der Reaktionsgleichung folgt, dass aus 2 mol NaN3 3 mol N2 entstehen: n(N2 ) = 32 n(NaN3 ) V(N2 ) =

Anmerkung zu Beispiel 10.9: Um das bei der Zersetzung des NaN3 entstehende Natrium zu binden, werden KNO3 und SiO2 zugesetzt: 10 Na + 2 KNO3 → 5 Na2 O + K2 O + N2 2 Na2 O + SiO2 → Na4 SiO4

Welches Volumen hat der gefüllte Prallsack nachdem 120 g Natriumazid zersetzt wurden und der entstandene Stickstoff bei 25 °C einen Druck von 125 kPa hat?

n(NaN3 ) =

10

= 32  1,85 mol = 2,77 mol

n(N2 )  R  T 2,77 mol  8,31 kPa  L  mol–1 K–1  298 K = = 54,9 L p 125 kPa

Pro Mol zersetztes NaN3 entsteht so zusätzlich noch 15 Mol Stickstoff, das in Beispiel 10.9 nicht berücksichtigt ist. Außerdem wird durch den Zusatz von SiO2 aus der endothermen Zersetzungsreaktion eine exotherme Gesamtreaktion. Wegen der sehr hohen Toxizität von Natriumazid ist sein Einsatz in Automobilen kritisch zu beurteilen. Die Giftigkeit ist vergleichbar mit der von Kaliumcyanid. Bei der Verschrottung muss es sachgerecht entsorgt werden.

+

Beispiel 10.10

Wie viel Liter CO(g), bei Normbedingungen gemessen, werden benötigt, um 1,00 kg Fe2O3(s) zu Eisen zu reduzieren? Fe2O3(s) + 3 CO(g) → 2 Fe(s) + 3 CO2(g) M(Fe2O3) = 159,6 g/mol n(Fe2 O3 ) =

m(Fe2 O3 ) 1000 g = = 6,27 mol M(Fe2 O3 ) 159,6 g/mol

Nach der Reaktionsgleichung benötigen wir 3 mol CO für ein mol Fe2O3: n(CO) = 3 · n(Fe2O3) = 3 · 6,27 mol = 18,8 mol V(CO) = Vm · n(CO) = 22,4 L · mol–1 · 18,8 mol = 421 L

159

10 Gase

10.5 Die kinetische Gastheorie Mit Hilfe der kinetischen Gastheorie können die bei Gasen herrschenden Gesetzmäßigkeiten erklärt werden. 1738 erklärte Daniel Bernoulli das Boyle-Mariotte-Gesetz durch die Annahme, dass der Druck eines Gases von den Kollisionen der Gasmoleküle gegen die Gefäßwände herrührt. Diese Theorie wurde im 19. Jahrhundert durch zahlreiche Wissenschaftler erweitert, insbesondere von August Krönig, Rudolf Clausius, James Clark Maxwell und Ludwig Boltzmann. Die kinetische Gastheorie basiert auf folgenden Postulaten: ● Gase bestehen aus Teilchen (Molekülen oder Atomen), die im Raum verteilt sind. Das Volumen der einzelnen Teilchen ist vernachlässigbar klein im Vergleich zum Gesamtvolumen, welches das Gas ausfüllt. ● Die Teilchen im Gas befinden sich in ständiger, schneller und geradliniger Bewegung. Sie stoßen miteinander und mit der Gefäßwand zusammen. Bei den Stößen kann Energie von einem Teilchen auf ein anderes übertragen werden, aber insgesamt geht keine kinetische Energie verloren. ● Die mittlere kinetische Energie hängt von der Temperatur ab; sie nimmt mit der Temperatur zu. Bei gegebener Temperatur ist die mittlere kinetische Energie für alle Gase die gleiche. ● Anziehungskräfte zwischen den Teilchen sind vernachlässigbar.

10

Die Gasgesetze können mit der kinetischen Theorie erklärt werden. Nach der Theorie kommt der Druck durch die ständigen Kollisionen der Teilchen mit der Gefäßwand zustande. Wenn die Zahl der Teilchen pro Volumeneinheit vergrößert wird, verursacht die vergrößerte Zahl von Kollisionen einen erhöhten Druck. Eine Verkleinerung des Volumens vermehrt die Zahl der Teilchen pro Volumeneinheit. Verkleinerung des Volumens bewirkt also eine Druckerhöhung, im Einklang mit dem Boyle-Mariotte-Gesetz. Mit zunehmender Temperatur nimmt die mittlere kinetische Energie und damit die mittlere Geschwindigkeit der Teilchen zu. Die Stöße gegen die Gefäßwand werden heftiger und häufiger. Als Konsequenz steigt der Druck mit der Temperatur, im Einklang mit dem Gay-Lussac-Gesetz.

10.5.1 Herleitung des idealen Gasgesetzes mit der kinetischen Gastheorie

a cm y x

z

a cm a cm

Abb. 10.5 Zur Herleitung des idealen Gasgesetzes.

160

Eine Gasmenge bestehe aus einer großen Zahl N von Teilchen der Masse m und sei in einen Würfel der Kantenlänge a eingeschlossen (Abb. 10.5). Das Gasvolumen beträgt V = a3. Obwohl sich die Teilchen in allen beliebigen Richtungen bewegen, bewegt sich rechnerisch im Mittel ein Drittel der Teilchen (13N) in Richtung x, ein Drittel in Richtung y und ein Drittel in Richtung z. Die Geschwindigkeit eines einzelnen Teilchens kann nämlich in eine x-, y- und zKomponente zerlegt werden und bei Anwesenheit einer großen Zahl von Teilchen sind die Mittelwerte dieser Komponenten gleich; diese Aussage ist äquivalent zur Aussage, dass sich je ein Drittel der Teilchen in Richtung x, y und z bewegt. Die Aufschläge der Teilchen gegen die Gefäßwände verursachen den Druck des Gases. Die Kraft F jedes Aufschlages ergibt sich aus der Impulsänderung pro Zeiteinheit. Impuls ist Masse mal Geschwindigkeit. Vor einem Aufschlag ist der Impuls eines Teilchens m · v (v = Geschwindigkeit); nach dem Aufschlag ist das Teilchen zurückgeworfen worden und sein Impuls beträgt –m · v (der Vorzeichenwechsel berücksichtigt die Änderung der Bewegungsrichtung). Die Impulsänderung beträgt 2mv . Ein Teilchen, das in Richtung x fliegt, wird ständig zwischen den Gefäßwänden hin- und hergeworfen. Von einem Aufschlag zum nächsten Aufschlag gegen

10.6 Das Dalton-Gesetz der Partialdrücke dieselbe Wand legt das Teilchen die Wegstrecke 2a zurück (einmal zur gegenüberliegenden Wand und wieder zurück). Dafür benötigt es die Zeit 2a/v . Daraus ergeben sich v /2a Stöße des Teilchens gegen die Gefäßwand pro Zeiteinheit. Die Impulsänderung, die ein Teilchen pro Zeiteinheit an einer Wand erfährt, ergibt sich daraus zu 2 mv 

v mv 2 = a 2a

Die Impulsänderung pro Zeiteinheit, d. h. die Kraft F, die alle Teilchen gegen diese Wand ausüben ist F=

N mv 2  3 a

10

Dabei steht v 2 für den Mittelwert der Geschwindigkeitsquadrate aller Teilchen. Druck ist Kraft pro Fläche; der auf die Gefäßwand (Fläche a2) ausgeübte Druck beträgt p=

F N mv 2 =  3 2 a 3 a

Daraus folgt mit V = a3, Ekin = mv 2/2 (kinetische Energie) und N = nNA (n = Stoffmenge in Mol, NA = Avogadro-Konstante): p  V = 13  N  m  v2 p  V = n  23 NA Ekin

(10.2)

Durch Vergleich mit der experimentell abgeleiteten Gleichung (10.1) (S. 156) ergibt sich die Beziehung 2 3

 NA Ekin = R  T

ideales Gasgesetz: p · V = n · R ·T

(10.1)

(10.3)

Die Temperatur, die zuvor eine nicht genau definierte Größe war, konnte über Gleichung (10.3) definiert werden: Sie ist eine Größe, die der mittleren kinetischen Energie der Teilchen eines Gases proportional ist.

10.6 Das Dalton-Gesetz der Partialdrücke In Gemischen von Gasen, die nicht miteinander chemisch reagieren, setzt sich der Gesamtdruck p aus den Partialdrücken der einzelnen Komponenten A, B, C, . . . zusammen: p = p(A) + p(B) + p(C) . . . Der Partialdruck einer Komponente entspricht dem Druck, den diese Komponente ausüben würde, wenn sie als einziges Gas in gleicher Menge im gleichen Volumen anwesend wäre. Nehmen wir 1 L des Gases A bei 20 kPa Druck und 1 L des Gases B bei 40 kPa Druck und vermischen sie. Wenn das Endvolumen des Gemisches 1 L ist, hat es einen Druck von 60 kPa. Nach der kinetischen Gastheorie haben die Moleküle von Gas A die gleiche mittlere kinetische Energie wie die von Gas B, da beide die gleiche Temperatur haben. Außerdem geht die kinetische Theorie davon aus, dass sich die Moleküle gegenseitig nicht anziehen und nicht miteinander reagieren. Das Vermischen von zwei oder mehr Gasen ändert nichts an der mittleren kinetischen Energie von irgendeinem der Gase. Jedes Gas übt den gleichen Druck aus, den es auch ausüben würde, wenn es alleine im Gefäß wäre.

161

10 Gase In einem Gemisch aus n(A) mol eines Gases A und n(B) mol eines Gases B sind n(A) + n(B) mol enthalten. Das Verhältnis von n(A) zu dieser gesamten Stoffmenge ist der Stoffmengenanteil von A (auch Molenbruch genannt): x(A) =

n(A) n(A) + n(B)

Der Partialdruck des Gases A ergibt sich aus seinem Stoffmengenanteil x(A): p(A) =

n(A)  p = x(A)  p n(A) + n(B)

Die Summe der Stoffmengenanteile beträgt 1: x(A) + x(B) = 1

10

+

Beispiel 10.11

Ein Gemisch von 40,0 g Sauerstoff und 40,0 g Helium hat einen Druck von 90,0 kPa. Welcher ist der Sauerstoff-Partialdruck? M(O2 ) = 32,0 g/mol

n(O2 ) =

40,0 g = 1,25 mol 32,0 g/mol

M(He) = 4,00 g/mol

n(He) =

40,0 g = 10,0 mol 4,00 g/mol

x(O2 ) =

n(O2 ) 1,25 mol = = 0,111 n(O2 ) + n(He) 1,25 + 10,0 mol

p(O2 ) = p  x(O2 ) = 90,0  0,111 kPa = 9,99 kPa

Gasdruck und Wasserdampfdruck Gaszufuhr Atmosphärendruck

Gase, die in Wasser schlecht löslich sind, werden häufig über Wasser aufgefangen (Abb. 10.6). Das Gas wird in ein nach unten offenes Gefäß eingeleitet, das zuvor mit Wasser gefüllt wurde; das Gas verdrängt das Wasser und das aufgefangene Gas vermischt sich mit Wasserdampf. Wenn, wie in Abb. 10.6 das Gas so lang in das Gefäß eingeleitet wurde, bis der Wasserspiegel innen und außen gleich hoch steht, ist der Gesamtdruck im Gefäß gleich dem Atmosphä-

Tab. 10.1 Temperatur/°C

Abb. 10.6 Versuchsanordnung zum Auffangen eines Gases über Wasser.

162

Dampfdruck von Wasser. Druck/

Temperatur/°C

Druck/ kPa

Torr

Temperatur/°C

Druck/

kPa

Torr

0

0,61

4,6

24

2,98

22,4

60

kPa 19,9

Torr 149,4

2

0,71

5,3

26

3,36

25,2

65

25,0

187,5

4

0,81

6,1

28

3,78

28,3

70

31,2

233,7

6

0,94

7,0

30

4,24

31,8

75

38,5

289,1

8

1,07

8,0

32

4,75

35,7

80

47,3

355,1

10

1,23

9,2

34

5,32

39,9

85

57,8

433,6

12

1,40

10,5

36

5,94

44,6

90

70,1

525,8

14

1,60

12,0

38

6,63

49,7

95

84,5

633,9

16

1,82

13,6

40

7,38

55,3

100

101,3

760,0

18

2,06

15,5

45

9,58

71,9

105

120,8

906,1

20

2,34

17,5

50

12,3

92,5

110

143,3

1075

22

2,64

19,8

55

15,7

118,0

120

198,5

1489

10.7 Molekülgeschwindigkeiten in Gasen rendruck. Der Partialdruck des trockenen Gases ergibt sich dann aus dem Atmosphärendruck abzüglich des Partialdrucks des Wasserdampfs. Der Dampfdruck über dem Wasser hängt von der Temperatur ab (Tab. 10.1).

+

Beispiel 10.12

370 mL Sauerstoff wurden über Wasser bei 24 °C und einem Druck von 1005 mbar aufgefangen. Welches Volumen würde der trockene Sauerstoff unter Normbedingungen einnehmen? 1005 mbar sind 100,5 kPa. Der Dampfdruck von Wasser bei 24 °C beträgt 2,98 kPa. Der Partialdruck des Sauerstoffs im Volumen V1 = 370 mL beträgt p1 = 100,5 – 2,98 = 97,52 kPa bei der Temperatur T1 = (273 + 24) K = 297 K. V2 =

p1  V1 T2 97,52 kPa  370 mL 273 K  =  = 327 mL T1 p2 297 K 101,3 kPa

10

10.7 Molekülgeschwindigkeiten in Gasen Im Abschnitt 10.5 haben wir die Gleichung (10.3) abgeleitet (S. 161): R  T = 23 NA  Ekin = 23 NA 

m  v2 1 = 3 M  v2 2

wobei NA · m = M die molare Masse des Gases ist. Auflösung nach v ergibt: v=

rffiffiffiffiffiffiffiffiffi 3 RT M

(10.4)

Beispiel 10.13

+

Welche ist die Wurzel aus dem mittleren Geschwindigkeitsquadrat für H2-Moleküle bei 0 °C und bei 100 °C?

AKG Berlin

In dieser Gleichung ist v die Wurzel aus dem mittleren Geschwindigkeitsquadrat; das ist die Geschwindigkeit eines Moleküls, dessen kinetische Energie dem Mittelwert der kinetischen Energien aller Moleküle im Gas entspricht. Der Wert ist nicht identisch mit dem Mittelwert der Geschwindigkeiten aller Moleküle (der Mittelwert aller v 2 ist nicht gleich dem Quadrat des Mittelwerts aller v ). Wir sprechen deshalb bei dem Wert v in Gleichung (10.4) nicht von der mittleren Geschwindigkeit.

James Clerk Maxwell * 1831 Edinburgh † 1879 Cambridge

Bei 0 °C:

rffiffiffiffiffiffiffiffiffi sffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffi 3 RT 3  8,314 103 g m2 /(s2 mol K)  273 K v= = = 1,84 103 m/s M 2,016 g/mol

Die Wurzel aus dem mittleren Geschwindigkeitsquadrat für WasserstoffMoleküle ist hoch; 6616 km/h bei 0 °C und 7734 km/h bei 100 °C (Beispiel 10.13). Die Diffusion, d. h. die Vermischung zweier Gase, erfolgt allerdings nicht mit diesen Geschwindigkeiten. Zwar bewegen sich die einzelnen Moleküle im Gas so schnell, aber durch zahlreiche Kollisionen mit anderen Molekülen sind sie einer ständigen Richtungsänderung ausgesetzt. Bei Normdruck und 0 °C erfährt ein Wasserstoff-Molekül im Mittel etwa 1,4 · 1010 Stöße pro Sekun-

Deutsches Museum, München

Bei 100 °C: sffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffi 3  8,314 103 g m2 /(s2 mol K)  373 K v= = 2,15 103 m/s 2,016 g/mol

Ludwig Boltzmann * 1844 Wien † 1906 Duino bei Triest

163

Anteil der Moleküle

10 Gase

10

höhere Temperatur niedrigere Temperatur Molekülgeschwindigkeit

Abb. 10.7 Verteilung der Molekülgeschwindigkeiten in einem Gas.

de. Die mittlere freie Weglänge zwischen zwei Stößen beträgt nur 0,13 mm (0,13 · 10–3 mm). Bei den zahlreichen Stößen sind die Moleküle ständigen Änderungen ihrer Richtung und ihrer Geschwindigkeit unterworfen. In jedem Augenblick haben einzelne Moleküle sehr unterschiedliche Geschwindigkeiten. Bei der großen Zahl der Moleküle in einer Gasprobe sind aber die Molekülgeschwindigkeiten statistisch in definierter Weise verteilt. Die statistische Verteilung der Geschwindigkeiten in einem Gas wird die Maxwell-Boltzmann-Geschwindigkeitsverteilung genannt. Für ein gegebenes Gas bei einer gegebenen Temperatur folgt sie einer definierten Funktion; ein Beispiel für zwei Temperaturen ist in Abb. 10.7 gegeben. Der Anteil der Moleküle, die eine bestimmte momentane Geschwindigkeit haben, ist gegen die Geschwindigkeit aufgetragen. Jede Kurve hat ein Maximum, die zugehörige Geschwindigkeit ist diejenige, die am häufigsten vorkommt. Die Anzahl der Moleküle mit sehr kleinen oder mit sehr großen Geschwindigkeiten ist relativ gering. Bei einer Erhöhung der Temperatur wird die Kurve flacher und dehnt sich in den Bereich höherer Geschwindigkeiten aus, die Anzahl der Moleküle mit hohen Geschwindigkeiten nimmt zu. Durch die Zufuhr von Wärme werden die Moleküle im Mittel schneller. Die Verteilung der kinetischen Energie ist ähnlich (Abb. 10.8); während die Kurve für die Verteilung der Geschwindigkeiten von der Masse der Moleküle abhängt, ist die Kurve für die kinetischen Energien davon unabhängig, sie hängt nur von der Temperatur ab. Ähnliche Verteilungskurven können auch für Flüssigkeiten und für die Schwingungen von Atomen in Feststoffen gezeichnet werden.

10.8 Das Graham-Effusionsgesetz Anteil der Moleküle

Nehmen wir zwei Gase A und B, die sich in gleichartigen, getrennten Behältern unter den gleichen Druck- und Temperaturbedingungen befinden. Nach der kinetischen Gastheorie haben die Moleküle beider Gase die gleiche mittlere kinetische Energie: 1 m 2 A

v A und v B steht jeweils für die Geschwindigkeit eines Moleküls von A bzw. B, das die mittlere kinetische Energie hat. Durch Umstellung erhalten wir

kinetische Energie

kinetischen v 2A mB = v 2B mA

Gesellschaft Deutscher Chemiker

Abb. 10.8 Verteilung der Energien in einem Gas.

Thomas Graham * 1805 Glasgow † 1869 London

164

 v 2A = 12 mB  v 2B

oder

vA = vB

rffiffiffiffiffiffiffi sffiffiffiffiffiffiffiffiffiffi mB M(B) = mA M(A)

Wenn jeder Behälter eine gleichartige, sehr kleine Öffnung hat, wird Gas durch diese Öffnungen ausströmen; dieser Vorgang wird Effusion genannt. Die Effusionsgeschwindigkeit r, das ist ausströmende Gasmenge pro Zeiteinheit, entspricht der Zahl der Moleküle, die pro Zeiteinheit die Öffnung treffen. Sie hängt direkt von der Geschwindigkeit der Moleküle ab. Schnelle Moleküle erfahren eine schnelle Effusion. Das Verhältnis der Effusionsgeschwindigkeiten beider Gase, rA/rB, entspricht dem Verhältnis der Wurzeln der mittleren Geschwindigkeitsquadrate v A/v B und ist proportional zu der Wurzel aus dem umgekehrten Verhältnis der Molekülmassen: rA v A = = rB v B

sffiffiffiffiffiffiffiffiffiffi M(B) M(A)

Diese Gleichung ist eine Formulierung für das Graham-Effusionsgesetz, das 1828 – 1833 von Thomas Graham experimentell abgeleitet wurde.

10.9 Reale Gase

+

Beispiel 10.14

Welche Molmasse hat ein Gas X, das 0,876 mal so schnell wie N2(g) effundiert? sffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffi sffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffi r(X) M(N2 ) 28 g/mol = 0,876 = = r(N2 ) M(X) M(X) 28 0,8762

g/mol = 36,5 g/mol

Die Beziehung kann auch mit den Gasdichten formuliert werden, da die Dichte r eines Gases seiner Molmasse M proportional ist. Das leichtere Gas, dessen Moleküle in schnellerer Bewegung sind, wird schneller ausströmen als das schwerere. Wasserstoff effundiert viermal schneller als Sauerstoff. Das Prinzip hat praktische Bedeutung zur Trennung von Isotopen. Im natürli238 chen Uran sind die Isotope 235 92 U und 92 U zu 0,72 % bzw. 99,28 % enthalten. Nur 235 das Isotop 92 U ist spaltbar und als Brennstoff in Kernreaktoren (oder in Atombomben) verwendbar. Die Trennung wird mit Hilfe von Uranhexafluorid durchgeführt, das bei 56 °C siedet. Das Uranhexafluorid besteht aus einem Gemisch von 235UF6 und 238UF6. Dieses Gemisch lässt man als Gas durch eine poröse Trennwand effundieren. Das leichtere 235UF6 strömt 1,004 mal schneller hindurch als 238UF6, wodurch eine geringe Anreicherung des 235UF6 eintritt. Der Effusionsprozess muss tausendfach wiederholt werden, um eine nennenswerte Trennung zu erreichen. Weitere Eigenschaften von Gasen, die unmittelbar mit den Molekülgeschwindigkeiten zusammenhängen, sind die Wärmeleitfähigkeit und die Schallgeschwindigkeit. Beide sind umso größer, je geringer die molare Masse des Gases ist.

10.9 Reale Gase Das ideale Gasgesetz erfasst das Verhalten eines idealen Gases – ein Gas, das die Voraussetzungen der kinetischen Gastheorie erfüllt. Unter gewöhnlichen Druck- und Temperatur-Bedingungen erfüllen reale Gase das ideale Gasgesetz recht gut, bei niedrigen Temperaturen und/oder hohen Drücken jedoch nicht. Betrachten wir ein Mol eines idealen Gases; es gilt pV/RT = 1 mol. In Abb. 10.9 ist das tatsächliche Verhältnis pV/RT, der Kompressibilitätsfaktor, gegen den Druck bei konstanter Temperatur für verschiedene Gase aufgetragen. Die Kurven realer Gase weichen deutlich von der Geraden pV/RT = 1 mol des idealen Gases ab. Für die Abweichung gibt es zwei Gründe: ● Intermolekulare Anziehungskräfte. Eine der Voraussetzungen der kinetischen Gastheorie ist das Fehlen von Anziehungskräften zwischen den Molekülen. Solche Anziehungskräfte müssen jedoch existieren, anderenfalls wäre es nicht möglich, Gase zu verflüssigen; intermolekulare Anziehungskräfte halten die Moleküle in einer Flüssigkeit beieinander. Bei gegebenem Druck bewirken intermolekulare Anziehungskräfte eine Verkleinerung des Volumens gegenüber dem Volumen bei idealem Verhalten. Dadurch tendiert das Verhältnis pV/RT zu Werten, die kleiner als 1 sind. Je höher der Druck ist, desto mehr rücken die Moleküle aneinander und desto stärker macht sich die intermolekulare Anziehung bemerkbar. ● Molekularvolumen. Die kinetische Gastheorie geht von punktförmigen Molekülen aus, die keinen eigenen Raumbedarf haben. Dementsprechend ist nach dem idealen Gasgesetz das Gasvolumen Null, wenn beim absoluten Temperatur-Nullpunkt die molekulare Bewegung zum Stillstand gekommen ist. Die Moleküle realer Gase haben ein eigenes Volumen. Bei Druckerhöhung werden die Abstände zwischen den Molekülen verringert, aber die Moleküle

rA = rB

sffiffiffiffiffiffi rB rA

Verhältnis der Effusionsgeschwindigkeiten von H2 und O2 sffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffi rffiffiffiffiffiffi r(H2 ) M(O2 ) 32 = = =4 r(O2 ) M(H2 ) 2

Gas Wärmeleit20 °C, 101 kPa fähigkeit Wasserstoff Helium Luft Argon Krypton Xenon

10

Schallgeschw.

0,186 Wm–1K–1 1308 m/s 0,147 Wm–1K–1 1006 m/s 0,026 Wm–1K–1 343 m/s 0,018 Wm–1K–1 319 m/s 0,009 Wm–1K–1 221 m/s 0,006 Wm–1K–1 178 m/s

Krypton leitet die Wärme 2,8 mal schlechter als Luft und wird deshalb zwischen die Scheiben in hochwertigen Wärmesisolierfenstern eingefüllt. Xenon wäre noch besser, ist aber zu teuer.

2,0 pV/RT

M(X) =

1,8 1,6 1,4 1,2

H 2 (0

°C) °C) (0 00 4 H C CH 4 (2

°C)

ideales Gas

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0

CO 2

(4 0

20

°C)

40

60 80 Druck / MPa

Abb. 10.9 Auftragung von pV/RT gegen p für jeweils 1 Mol verschiedener Gase bei den angegebenen Temperaturen.

165

10 Gase

Deutsches Museum, München

selbst können nicht komprimiert werden. Das tatsächliche Gasvolumen ist größer als für ein ideales Gas. Hierdurch tendiert das Verhältnis pV/RT zu Werten, die größer als 1 sind. Auch in diesem Fall nehmen die Abweichungen vom idealen Verhalten mit steigendem Druck zu.

10

Johannes Diderik van der Waals * 1837 Leiden † 1923 Amsterdam

Die beiden Effekte wirken gegenläufig. Welcher davon dominiert, hängt von den experimentellen Bedingungen ab. Dort, wo in Abb. 10.9 die Kurvenzüge unter dem Wert pV/RT = 1 liegen, überwiegt der Einfluss der intermolekularen Anziehung. Wo sie darüber liegen, macht sich das Molekularvolumen stärker bemerkbar. Die Kurve für CO2 reicht am weitesten unter die Gerade pV/RT = 1. Somit ist auf größere intermolekulare Anziehungskräfte beim CO2 als bei den anderen Gasen zu schließen. Die Kurve für Wasserstoff liegt vollständig über der Geraden, die Anziehungskräfte zwischen H2-Molekülen sind so gering, dass sie bei 0 °C kaum feststellbar sind. Die Kurve von Methan (CH4) liegt bei 0 °C teilweise unter der Geraden pV/RT = 1 als Folge der intermolekularen Anziehung. Bei 200 °C liegt die Kurve für dasselbe Gas vollständig über der Geraden. Bei hohen Temperaturen haben die Gasmoleküle hohe kinetische Energien und große Geschwindigkeiten, so dass sich die intermolekulare Anziehung nicht auswirken kann. Die Kurven von Abb. 10.9 zeigen die zunehmende Erfüllung des idealen Gasgesetzes mit abnehmendem Druck und steigender Temperatur. Die Zustandsgleichung für Gase wurde 1873 von Johannes van der Waals modifiziert, um die genannten Effekte zu berücksichtigen. Die Van-derWaals-Gleichung lautet p+

Tab. 10.2

Van-der-Waals-Konstanten. a kPa · L2 · mol–2

166

b L · mol–1

H2

24,7

0,0266

He

3,5

0,0237

N2

141

0,0391

O2

138

0,0318

Cl2

658

0,0562

NH3

422

0,0371

CO

151

0,0399

CO2

364

0,0427

n2 a V2

!  (V  nb) = nRT

(10.5)

Die numerischen Werte für die Konstanten a und b werden experimentell bestimmt. Typische Werte sind in Tab. 10.2 angegeben. Das Glied n2a/V2 wird dem Druck p addiert, um die zwischenmolekularen Anziehungskräfte zu berücksichtigen. Die den Druck verursachenden Kollisionen der Gasmoleküle gegen die Gefäßwand werden geschwächt, weil die Anziehungskräfte die Moleküle zurückhalten. Der gemessene Druck p ist deshalb kleiner als er es ohne die Existenz der Anziehungskräfte wäre. Durch Addition von n2a/V2 zum gemessenen Druck erhält man den Ausdruck (p + n2a/V2), der dem Druck des idealen Gases entspricht. n/V ist der Ausdruck einer Konzentration (mol/L). Eines von x Molekülen, die in einem gegebenen Volumen enthalten sind, kann mit x –1 anderen Molekülen in Wechselwirkung treten. Dies gilt für jedes der x Moleküle, so dass insgesamt 1 xðx –1Þ Wechselwirkungen möglich sind; durch den Faktor 12 wird jede Wech2 selwirkung nur einmal gezählt, da jeweils zwei Moleküle beteiligt sind. Bei einem großen Wert für x ist x –1 fast gleich x und 12x2 ist eine gute Näherung für die Zahl der Wechselwirkungen. Deren Zahl ist deshalb proportional zum Quadrat der Konzentration. Die van der Waals-Konstante a ist (einschließlich des Faktors 12) die Proportionalitätskonstante im Korrekturterm n2a/V2. Die Konstante b, multipliziert mit n, wird vom Gesamtvolumen V des Gases abgezogen, um den Volumenanteil der nicht kompressiblen Moleküle zu berücksichtigen. Einem Gasmolekül steht nicht das ganze Gefäßvolumen zur Verfügung, weil andere Moleküle anwesend sind.

10.10 Verflüssigung von Gasen

10.10 Verflüssigung von Gasen Wegen der intermolekularen Anziehungskräfte verhalten sich Moleküle so ähnlich, als hätten sie eine klebrige Oberfläche. Wegen der hohen Geschwindigkeiten der Moleküle und wegen der großen Zahl von Stößen können die Moleküle in einem Gas jedoch nicht aneinander haften bleiben. Bei Absenkung der Temperatur nehmen die Molekülgeschwindigkeiten ab und die Stöße werden weniger heftig; die Moleküle können aneinander haften bleiben. Ähnlich wirkt eine Erhöhung des Drucks; die Moleküle sind weniger weit voneinander entfernt und die Anziehungskräfte werden deshalb wirksamer. Bei Druckerhöhung und/oder Temperaturerniedrigung weicht das Gas immer mehr vom idealen Verhalten ab und wird schließlich flüssig. Je höher die Temperatur, desto höher ist der benötigte Druck, um ein Gas zu verflüssigen (Tab. 10.3). Für jedes Gas gibt es eine Temperatur, oberhalb der es sich nicht mehr verflüssigen lässt, gleichgültig wie hoch der angewandte Druck ist. Die zugehörige Temperatur heißt kritische Temperatur. Der kritische Druck ist der Mindestdruck, der zur Verflüssigung des Gases bei seiner kritischen Temperatur benötigt wird. Die kritischen Konstanten für einige Gase sind in Tab. 10.4 aufgeführt. Ein komprimiertes Gas befindet sich in einem Druckbehälter im flüssigen Zustand („Flüssiggas“), wenn die Temperatur unter seiner kritischen Temperatur liegt und wenn der Druck im Behälter mindestens dem Verflüssigungsdruck entspricht. Dieser ist gleich dem Dampfdruck der Flüssigkeit bei der fraglichen Temperatur. Zum Beispiel ist Kohlendioxid in einem Feuerlöscher bei 20 °C flüssig, und der Druck im Behälter beträgt 5,72 MPa (57,2 bar) unabhängig vom Füllgrad (vgl. Tab. 10.3). Beim Öffnen des Behälters beginnt das flüssige Kohlendioxid zu sieden; der Druck hält sich bei 5,72 MPa bis die ganze Flüssigkeit verdampft ist. Bei der Verdampfung kühlt sich das Kohlendioxid so weit ab, dass ein Teil davon gefriert und als Schnee aus dem Feuerlöscher entweicht. Gase mit kritischen Temperaturen unterhalb von Raumtemperatur sind im Druckgasbehälter gasförmig. Die Behälter werden unter Druck befüllt, üblicherweise mit 20 oder 30 MPa (200 oder 300 bar). Anders als bei Flüssiggasen nimmt der Druck im Behälter bei Entnahme ab. Die kritische Temperatur zeigt die Stärke der intermolekularen Anziehungskräfte eines Stoffes an. Bei geringen Anziehungskräften liegt die kritische Temperatur tief; bei Temperaturen darüber ist die Molekularbewegung zu heftig, um die Moleküle im flüssigen Zustand aneinander haften zu lassen. Die Substanzen in Tab. 10.4 sind nach steigender kritischer Temperatur geordnet; die intermolekularen Anziehungskräfte, die sich auch in der Konstanten a in Tab. 10.2 widerspiegeln, nehmen in der gleichen Reihenfolge zu. Beim Helium sind die Anziehungskräfte besonders schwach, es kann nur unterhalb von 5,3 K als Flüssigkeit vorkommen. Die starken Anziehungskräfte zwischen WasserMolekülen lassen den flüssigen Zustand beim Wasser bis 647,2 K zu. Aus den kritischen Konstanten können die Konstanten der van der Waals-Gleichung abgeleitet werden. Wie aus Tab. 10.4 zu ersehen, können etliche Gase nur verflüssigt werden, wenn sie auf Temperaturen unterhalb von Raumtemperatur (~295 K) abgekühlt werden. Um Gase abzukühlen, wird der Joule-Thomson-Effekt genutzt. Wird der Druck in einem komprimierten Gas verringert, expandiert es und kühlt sich dabei ab. Bei der Expansion wird Arbeit gegen die intermolekularen Anziehungskräfte geleistet. Die Energie zu dieser Arbeitsleistung wird der kinetischen Energie der Moleküle entnommen, weshalb sich das Gas abkühlt. Der Effekt wurde 1852 – 1862 von James Joule und William Thomson (Lord Kelvin) untersucht. Bei der Luftverflüssigung nach dem Linde-Verfahren (Abb. 10.10) wird Luft zunächst komprimiert, wobei sie sich erwärmt. Nach dem Abkühlen der komprimierten Luft mit Kühlwasser lässt man sie auf Normaldruck expandieren, wobei sie sich weiter abkühlt. Diese Kaltluft dient nun zum Vorkühlen der komprimierten Luft, die dann nach der Expansion noch kälter wird, bis sie schließlich flüssig wird.

Tab. 10.3 Benötigter Druck, um Kohlendioxid je nach Temperatur zu verflüssigen (Dampfdruck von flüssigem CO2). Temperatur /°C

Druck /MPa

–50

0,68

–30

1,43

–10

2,64

10

4,50

20

5,72

30

7,21

31

7,38 (krit. Druck)

10 Tab. 10.4 zen. Substanz

Kritische Daten einiger Substankritische Temperatur /K

kritischer Druck /MPa

He

5,3

0,229

H2

33,3

1,30

N2

126,1

3,39

CO

134,0

3,55

O2

154,4

5,04

CH4

190,2

4,62

CO2

304,2

7,38

NH3

405,6

11,30

H 2O

647,2

22,05

Kompressor

Luftzufuhr komprimierte Luft

Kühler Kühlwasser

Kühler kalte gasförmige Luft

Drosselventil

flüssige Luft

Abb. 10.10

Luftverflüssigung nach Linde.

167

10 Gase

:

Übungsaufgaben (Lösungen s. S. 647)

10.7 Eine Gasprobe nimmt bei Normbedingungen 650 mL ein. Welches Volumen nimmt sie bei 100 °C und 500 kPa ein?

Gasgesetze 10.1 Eine Gasprobe hat ein Volumen von 650 mL bei 160 kPa. Die Temperatur wird konstant gehalten. a. Welches Volumen hat die Probe bei 200 kPa? b. Welcher ist der Druck, wenn das Volumen 1000 mL beträgt? c. Welcher ist der Druck bei einem Volumen von 500 mL? 10.2 Eine Gasprobe hat bei 50 °C ein Volumen von 2,50 L. Der Druck wird konstant gehalten. a. Welches Volumen hat das Gas bei –10 °C? b. Welches Volumen hat es bei 180 °C? c. Bei welcher Temperatur nimmt das Gas ein Volumen von 1,25 L ein? d. Bei welcher Temperatur sind es 2750 mL?

10

10.3 Ein Behälter enthält ein Gas mit 1,50 bar bei 20 °C. a. Welcher Druck herrscht bei 60 °C? b. Welcher Druck herrscht bei 400 °C? c. Bei welcher Temperatur beträgt der Druck 30,0 bar? d. Bei welcher Temperatur sind es 100 kPa? 10.4 Ein Gasthermometer enthält 250 mL Gas bei 0 °C und 101 kPa. Um wie viel mL nimmt das Volumen pro Grad Celsius Temperaturerhöhung zu, wenn der Druck der gleiche bleibt? 10.5 Ein McLeod-Manometer dient zum Messen sehr niedriger Drücke. Eine 250-mL-Probe aus dem Niederdrucksystem wird im McLeod-Manometer auf ein Volumen von 52,5 mL und einen Druck von 3,55 kPa komprimiert. Welcher Druck herrscht im System? 10.6 Ergänzen Sie die fehlenden Zahlen in folgender Tabelle von Zustandsgrößen eines idealen Gases.

168

p

V

n

T

2,00 bar

...

1,50 mol

100 °C

60,0 kPa

1,00 L

...

100 K

445 kPa

50,0 mL

10,5 mmol

...

...

1,25 L

2,60 mol

75 °C

500 mbar

...

0,600 mol

120 °C

3

0,150 MPa

3,52 m

...

60 °C

263 Pa

...

34,0 mmol

1,00 kK

10.8 Proben eines idealen Gases sind durch die folgenden Zustandsgrößen charakterisiert. Welches Volumen nehmen die Proben bei Normbedingungen ein? p a. 57,5 kPa b. 2,44 kbar c. 0,921 bar

V

T

2,50 L 170 mL 420 mL

25 °C 350 K –78 °C

10.9 Proben eines idealen Gases liegen unter den folgenden Anfangsbedingungen p1, V1, T1 vor. Berechnen Sie die fehlenden Zustandsgrößen p2, V2 oder T2, nachdem die Proben auf diese Endbedingungen gebracht wurden. p1

V1

T1

a. 75,0 kPa 750 mL 75 °C b. 125 kPa 1,00 L 25 °C c. 950 mbar 2,40 L 340 K

p2

V2

T2

100 kPa ... 1,08 bar

1,00 L 4,00 L ...

... 200 °C 40 °C

10.10 Welches Volumen nehmen 5,00 g N2O(g) bei 50 °C und 12,0 bar ein? 10.11 Welches Volumen nehmen 16,0 g O2(g) bei 10 °C und 50 kPa ein? 10.12 Welche ist die Masse von 250 mL Cl2(g) bei 25 °C und 350 mbar? 10.13 Welche Dichte hat CH4(g) bei 25 °C und 150 kPa? 10.14 Welche Dichte hat SO2(g) bei 100 °C und 75 kPa? 10.15 Bei welchem Druck hat Ar(g) eine Dichte von 1,00 g/L wenn die Temperatur –10 °C ist? 10.16 Ein Gas hat eine Dichte von 0,645 g/L bei 65 °C und 89,8 kPa. Welche molare Masse hat das Gas? 10.17 Ein Gas hat eine Dichte von 1,60 g/L bei 37 °C und 1,37 bar. Welche molare Masse hat das Gas?

Übungsaufgaben

Avogadro-Gesetz 10.18 Cyanwasserstoff, HCN(g), ein sehr giftiges Gas, wird bei hohen Temperaturen an einem Katalysator nach folgender Reaktion hergestellt: 2 CH4 (g) + 3 O2 (g) + 2 NH3 (g) → 2 HCN(g) + 6 H2 O(g) Wie viel Liter CH4(g), O2(g) und NH3(g) werden benötigt und wie viel Liter H2O(g) werden erzeugt, wenn 15,0 L HCN(g) hergestellt werden? Nehmen Sie an, dass alle Volumina unter den gleichen Druck-Temperatur-Bedingungen gemessen werden. 10.19 Ammoniak, NH3(g), reagiert an einem Pt-Katalysator mit O2(g) zu NO(g) und H2O(g). Formulieren Sie die Reaktionsgleichung. Welches Volumen NO(g) kann aus 16,0 L NH3(g) und 16,0 L O2(g) erhalten werden? Alle Volumina werden bei gleichem Druck und gleicher Temperatur gemessen. 10.20 In einem Gemisch aus 0,900 L NH3(g) und 1,200 L Cl2(g) findet folgende Reaktion statt: 2 NH3 (g) + 3 Cl2 (g) → N2 (g) + 6 HCl(g) Geben Sie die Volumenanteile aller am Ende der Reaktion vorhandenen Substanzen an. 10.21 Bei der Reaktion von NH3(g) mit F2(g) an einem CuKatalysator entsteht NF3(g) und NH4F(s). Formulieren Sie die Reaktionsgleichung. Wie viel mL NH3(g) und F2(g) werden benötigt, um 50 mL NF3(g) bei einer Ausbeute von 65,0 % zu erhalten? Alle Volumina werden bei den gleichen Bedingungen gemessen. 10.22 Berechnen Sie mit Hilfe des Avogadro-Gesetzes die Dichte von N2O(g) und von SF6(g) bei Normbedingungen. 10.23 a. Berechnen Sie mit Hilfe des Avogadro-Gesetzes die Molmasse eines Gases, das bei Normbedingungen eine Dichte von 5,710 g/L hat. b. Tun Sie das gleiche für ein Gas der Dichte 0,901 g/L. 10.24 Der Arbeitsplatzgrenzwert für SO2(g) in Luft ist 2,5 mg/m3. a. Wie viel Mol SO2 sind das pro m3? b. Welchen Partialdruck hat das SO2 bei dieser Konzentration bei 20 °C? Stöchiometrie und Gasvolumina 10.25 Calciumhydrid, CaH2(s), reagiert mit Wasser zu H2(g) und Ca(OH)2(aq). a. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung. b. Wie viel Gramm CaH2(s) werden benötigt, um 3,00 L H2(g) bei Normbedingungen zu erhalten?

10.26 Calciummetall, Ca(s), reagiert mit Wasser zu H2(g) und Ca(OH)2(aq). a. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung. b. Wie viel Gramm Ca(s) werden benötigt, um 3,00 L H2(g) bei Normbedingungen zu erhalten? Vergleichen Sie das Ergebnis mit dem von Aufgabe 10.25. 10.27 Aluminiumcarbid, Al4C3(s), reagiert mit Wasser zu CH4(g) und Al(OH)3(s). a. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung. b. Welches Volumen CH4 erhält man bei 35 °C und 78,5 kPa aus 250 mg Al4C3(s)? 10.28 Bei der in Aufgabe 10.21 angegebenen Reaktion werden 350 mL NH3(g) und 250 mL F2(g) unter Normbedingungen eingesetzt. Welche ist die theoretische Ausbeute an NF3 in Gramm?

10

10.29 Bei der Verbrennung von 120 mL einer gasförmigen Verbindung, die nur aus Wasserstoff und Kohlenstoff besteht, werden 900 mL O2(g) benötigt und 600 mL CO2(g) und 483 mg H2O(l) erhalten. Alle Messungen werden bei Normbedingungen durchgeführt. a. Berechnen Sie die Stoffmenge jeder beteiligten Verbindung. b. Ermitteln Sie daraus die Koeffizienten für die Reaktionsgleichung. c. Ermitteln Sie die Formel der Verbindung und formulieren Sie die Reaktionsgleichung. 10.30 Magnesium und Aluminium reagieren mit Säuren: Mg(s) + 2 H+ (aq) → H2 (g) + Mg2+ (aq) 2 Al(s) + 6 H+ (aq) → 3 H2 (g) + 2 Al3+ (aq) Aus 12,50 g einer Mg/Al-Legierung werden 14,34 L H2(g) bei Normbedingungen erhalten. Wie viel Prozent Al enthält die Legierung? Partialdrücke 10.31 Ein Gemisch von 0,560 g O2(g) und 0,560 g N2(g) hat einen Druck von 60,0 kPa. Welchen Partialdruck hat jedes Gas? 10.32 In einem Gasgemisch hat CH4(g) einen Partialdruck von 22,5 kPa und C2H6(g) einen von 16,5 kPa. a. Welcher ist der Stoffmengenanteil jedes Gases? b. Wenn das Gemisch bei 35 °C 9,73 L einnimmt, wie viel Mol sind im Ganzen in dem Gemisch? c. Wie viel Gramm sind von jedem Gas vorhanden? 10.33 Eine Probe von 500 mL Gas wird über Wasser bei 30 °C und einem Barometerdruck von 102,3 kPa aufgefangen. Welches Volumen würde das trockene Gas bei 100 °C und 101,3 kPa einnehmen?

169

10 Gase

10.34 Eine Probe von 650 mL Gas wird über Wasser bei 70 °C und einem Barometerdruck von 996 mbar aufgefangen. Nachdem das Gas getrocknet und in einen 750-mL-Behälter überführt wurde, hat es 27 °C. Welcher Druck herrscht in dem Behälter? Kinetische Gastheorie, Graham-Gesetz 10.35 Berechnen Sie die Wurzel aus dem mittleren Geschwindigkeitsquadrat von: a. N2-Molekülen bei 100 K b. N2-Molekülen bei 500 K c. CO2-Molekülen bei 650 K 10.36 Bei welcher Temperatur ist die Wurzel aus dem mittleren Geschwindigkeitsquadrat von N2O-Molekülen gleich derjenigen von N2-Molekülen bei 300 K?

10

10.37 Vergleichen Sie die Effusionsgeschwindigkeit von N2O(g) mit der von N2(g). 10.38 Ein Gas X effundiert 0,629 mal so schnell wie O2 bei den gleichen Bedingungen. Welche Molmasse hat X? 10.39 Ein Gas Z effundiert 1,05 mal schneller als SO2(g) unter gleichen Bedingungen. Welche Molmasse hat Z? 10.40 Bei 25 °C und 50,0 kPa hat N2(g) eine Dichte von 0,565 g/L. Die Effusionsgeschwindigkeit von N2(g) durch einen Apparat ist 9,50 mL/s. a. Welche Dichte hat ein Gas, das mit 6,28 mL/s bei den gleichen Bedingungen effundiert? b. Welche Molmasse hat das Gas? 10.41 Berechnen Sie die Dichte eines Gases bei Normbedingungen, wenn ein gegebenes Volumen des Gases durch einen Apparat in 5,00 min effundiert und das gleiche Volumen Sauerstoff (O2) bei gleichen Bedingungen in 6,30 min durch den Apparat strömt.

Reale Gase 10.42 Berechnen Sie den Druck, den 1,000 mol O2(g) in einem Volumen von 1,000 L bei 0 °C ausübt: a. nach dem idealen Gasgesetz. b. nach der van der Waals-Gleichung. c. Führen Sie die gleiche Berechnung für 1,000 mol O2(g) in 10,000 L bei 0 °C durch. d. Führen Sie die gleiche Berechnung für 1,000 mol O2(g) in 1,000 L bei 127 °C durch. e. Vergleichen Sie die Ergebnisse. Zusatzaufgaben 10.43 Ein 10-L-Zylinder ist mit Helium bei 150 bar gefüllt. Wie viele Luftballons mit einem Inhalt von 1,50 L können damit aufgeblasen werden? Der Druck in den Luftballons beträgt 1,00 bar und in dem Zylinder bleibt ein Restdruck von 1,00 bar. 10.44 Welche Last (einschließlich seines eigenen Gewichts) kann ein Ballon von 12 m3 Inhalt tragen, der mit Helium gefüllt ist? Das Helium und die umgebende Luft haben einen Druck von 95,0 kPa bei 15 °C. Mittlere Molmasse von Luft: 28,9 g/mol. 10.45 Die vollständige Verbrennung von Octan verläuft nach 2 C8 H18 (g) + 25 O2 (g) → 16 CO2 (g) + 18 H2 O(g) Welches Gasvolumen entsteht bei der Verbrennung von 0,650 g C8H18 bei 450 °C und 12,5 bar? 10.46 Bei der Verbrennung von 0,430 g einer Verbindung, die nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff besteht, entstehen 672 mL CO2(g) (Normbedingungen) und 0,630 g H2O. Die 0,430 g der gasförmigen Probe nehmen 156 mL bei 50 °C und 861 mbar ein. Welche ist die Molekülformel der Verbindung? 10.47 Ein Mol N2O4(g) wurde in einen Behälter gebracht, in dem es teilweise dissoziiert: N2 O4 (g) → 2 NO2 (g) Das entstehende Gemisch (N2O4 und NO2) nimmt 45,17 L bei 101,3 kPa und 65 °C ein. a. Ermitteln Sie mit der Zustandsgleichung für ideale Gase die gesamte Stoffmenge im Behälter b. Wie viel mol N2O4 und NO2 sind vorhanden? c. Welche sind die Stoffmengenanteile im Gemisch? d. Welche sind die Partialdrücke von NO2(g) und N2O4(g)?

170

11 Flüssigkeiten

11 Flüssigkeiten Zusammenfassung

/

In kondensierten Phasen (Flüssigkeiten oder Feststoffe) werden Moleküle durch intermolekulare Anziehungskräfte zusammengehalten. Dipol-Dipol-Anziehungen bestehen zwischen Molekülen, die ein permanentes Dipolmoment haben. London-Kräfte, die stets vorhanden sind, beruhen auf der Anziehung zwischen momentanen Dipolen, die durch die Bewegung der Elektronen zustande kommen. Eine besonders starke intermolekulare Anziehung tritt bei Wasserstoff-Brücken auf, bei denen ein H-Atom mit hoher d+-Partialladung (weil es an ein elektronegatives Atom gebunden ist) von einem einsamen Elektronenpaar eines kleinen, elektronegativen Atoms (vor allem N, O oder F) angezogen wird. In einer Flüssigkeit haften die Moleküle aneinander, sind aber in so heftiger Bewegung, dass keine regelmäßige Anordnung der Moleküle zustande kommen kann. In einem Feststoff hat jedes Molekül eine fixierte Position im Raum; die Bewegung der Moleküle beschränkt sich auf Schwingungen um diese Positionen. Die zuzuführende Energie, um ein Mol einer Flüssigkeit bei gegebener Temperatur zu verdampfen, ist die molare Verdampfungsenthalpie. Der Dampfdruck einer Flüssigkeit ist der Druck des Dampfes, der mit der Flüssigkeit bei gegebener Temperatur im Gleichgewicht steht. Der Siedepunkt ist die Temperatur, bei der der Dampfdruck dem äußeren Atmosphärendruck entspricht. Der normale Gefrierpunkt ist die Temperatur, bei der ein Feststoff und eine Flüssigkeit unter einem Gesamtdruck von 101,3 kPa miteinander im Gleichgewicht stehen. Bei der Umwandlung von einem Mol einer Flüssigkeit in einen kristallinen Feststoff wird die molare Kristallisationsenthalpie freigesetzt. Festkörper haben im Allgemeinen einen kleineren Dampfdruck als Flüssigkeiten. Ein Phasendiagramm ist eine graphische Darstellung der Existenzbereiche der verschiedenen Phasen in Abhängigkeit von Druck und Temperatur. Ihm ist zu entnehmen, unter welchen Bedingungen es zu Phasenumwandlungen kommt.

Je geringer der Abstand zwischen zwei Molekülen ist, desto stärker wirken die intermolekularen Anziehungskräfte zwischen ihnen. Beim Abkühlen eines Gases nimmt die kinetische Energie der Moleküle ab und die Moleküle können aneinander haften bleiben; das Gas kondensiert zu einer Flüssigkeit, wenn die Temperatur tief genug ist. Auch in der Flüssigkeit sind alle Moleküle noch in ständiger Bewegung, weil sie aber wie klebrige Kugeln aneinanderhängen, ist die Bewegungsfreiheit eingeschränkt. Bei weiterer Abkühlung nimmt die kinetische Energie der Moleküle weiter ab und die Flüssigkeit erstarrt schließlich zu einem Feststoff. Im Feststoff nehmen die Moleküle feste Positionen im Raum ein, ihre Bewegung beschränkt sich auf Schwingungen um diese fixierten Positionen. In einem Gas ist die kinetische Energie der Moleküle hoch, und die intermolekularen Anziehungskräfte sind von untergeordneter Bedeutung. Bei der kinetischen Gastheorie werden sie vernachlässigt. In einem Feststoff dominiert dagegen der Einfluss der Anziehungskräfte, die kinetische Energie der Teilchen kann sie nicht überwinden. Der Aufbau kristalliner Feststoffe ist gut charakterisiert. Der Zwischenzustand, der flüssige Zustand, ist theoretisch weniger gut erfassbar.

Übersicht 11.1

Intermolekulare Anziehungskräfte · 172 11.2 Wasserstoff-Brücken · 174 11.3 Der flüssige Zustand · 175 11.4 Verdampfung · 176 11.5 Dampfdruck · 177 11.6 Siedepunkt · 178 11.7 Verdampfungsenthalpie · 178 11.8 Gefrierpunkt und Schmelzpunkt · 179 11.9 Dampfdruck von Festkörpern · 180 11.10 Phasendiagramme · 180

11

Übungsaufgaben · 182

Schlüsselworte (s. Glossar)

2

Dipol-Dipol-Kräfte London-Kräfte (Dispersionskräfte) van der Waals-Kräfte (intermolekulare Kräfte) Wasserstoff-Brücken Clathrat Viskosität Oberflächenspannung Dampfdruck Siedepunkt Verdampfungs- und Kondensationsenthalpie Gefrier- und Schmelzpunkt Kristallisations- und Schmelzenthalpie Sublimation Sublimationsenthalpie Zustandsdiagramm Tripelpunkt Kritischer Punkt

171

11 Flüssigkeiten d



d



d





d



d



d

d



d



d



Abb. 11.1 Orientierung von polaren Molekülen in einem Kristall.

11

11.1 Intermolekulare Anziehungskräfte In Molekülen werden die Atome durch kovalente Bindungen zusammengehalten. Die in einer Flüssigkeit oder in einem Feststoff wirksamen Kräfte zwischen den Molekülen können verschiedener Art sein. Dipol-Dipol-Kräfte wirken zwischen polaren Molekülen. Moleküle dieser Art besitzen ein Dipolmoment und ordnen sich in einem elektrischen Feld (vgl. S. 120). Dipol-Dipol-Kräfte werden durch die elektrostatische Wechselwirkung zwischen den negativen und positiven Polen der Dipole hervorgerufen. Polare Moleküle ordnen sich in einem Kristall in einer Art, welche die DipolDipol-Kräfte widerspiegelt (Abb. 11.1). Mit Hilfe der Elektronegativitätsdifferenzen zwischen Atomen kann bei zweiatomigen Molekülen das Ausmaß der Polarität sowie die Position des negativen und des positiven Pols abgeschätzt werden (vgl. S. 122). Um die Polarität eines mehratomigen Moleküls vorauszusagen, sind seine Struktur, die Polaritäten der Bindungen und die Lage der einsamen Elektronenpaare zu berücksichtigen. Vergleichen wir die Moleküle von Methan (CH4), Ammoniak (NH3) und Wasser (H2O) (Abb. 11.2). Das Dipolmoment m eines Moleküls ergibt sich aus den individuellen Dipolmomenten der Bindungen und der einsamen Elektronenpaare. Bei jedem der drei Moleküle ist das Zentralatom elektronegativer als die daran gebundenen H-Atome. Das negative Ende von jedem Bindungsdipol weist zum Zentralatom. In der tetraedrischen Anordnung des CH4-Moleküls addieren sich die Dipolmomente der vier C — H-Bindungen zu einem Gesamtdipolmoment von null (vektorielle Addition); das Methan-Molekül ist nicht polar, es hat kein Dipolmoment. Der Schwerpunkt der positiven Ladungen der vier Dipole fällt mit dem Schwerpunkt der negativen Ladungen zusammen. Das trigonal-pyramidale NH3-Molekül ist polar, sein Dipolmoment beträgt 4,97 · 10–30 C · m. Die negativen Pole der drei polaren Bindungen weisen zum N-Atom; zusammen mit dem Beitrag des einsamen Elektronenpaares ergibt sich ein Moleküldipol, dessen negativer Pol in Richtung der Pyramidenspitze und dessen positiver Pol in Richtung der Mitte der Pyramidenbasis gerichtet ist. Ähnlich ist die Situation beim Wasser-Molekül, das ein Dipolmoment von 6,18 · 10–30 C · m hat. Die polaren Bindungen und die einsamen Elektronenpaare tragen zu einem Dipol bei, dessen negatives Ende zum O-Atom und dessen positives Ende auf den Mittelpunkt zwischen den H-Atomen weist. Den Einfluss eines einsamen Elektronenpaares auf das Dipolmoment eines Moleküls lässt sich am Beispiel des Stickstofftrifluorids, NF3, erkennen. Das NF3Molekül ist wie das NH3-Molekül aufgebaut (Abb. 11.3), aber die Polarität der Bindungen ist umgekehrt, da die F-Atome elektronegativer sind als das N-Atom. Das NF3-Molekül hat ein Dipolmoment von 0,80 · 10–30 C · m, ein Wert, der

m

m

m

Abb. 11.2 Analyse der Polarität des Methan- (a), Ammoniak- (b) und WasserMoleküls (c). Die Orientierung einzelner Dipole im Molekül ist durch Pfeile symbolisiert (Minuspol in Richtung der Pfeilspitze). Das Gesamtdipolmoment ergibt sich durch vektorielle Addition der Einzeldipolmomente.

172

11.1 Intermolekulare Anziehungskräfte angesichts der hohen Polarität der N — F-Bindungen erstaunlich niedrig ist. Die N — F-Bindungsdipole addieren sich zu einem Dipol, dessen negatives Ende in Richtung der Mitte der Pyramidenbasis weist; der Beitrag des einsamen Elektronenpaares ist genau entgegengesetzt und reduziert die Gesamtpolarität des Moleküls. Zwischen unpolaren Molekülen, die über kein permanentes Dipolmoment verfügen, müssen ebenfalls intermolekulare Kräfte existieren. Anderenfalls wäre nicht zu erklären, dass auch unpolare Verbindungen flüssig und fest werden können. Solche Kräfte wurden 1873 von Johannes van der Waals postuliert (vgl. Abschnitt 10.9, S. 165). Eine Erklärung dafür wurde 1930 von Fritz London gegeben. Die Bezeichnung der Kräfte wird nicht einheitlich gehandhabt; der Begriff van der Waals-Kräfte wird zuweilen für intermolekulare Kräfte allgemein, manchmal auch nur für die London-Kräfte allein benutzt. Bei der Erklärung der London-Kräfte oder Dispersionskräfte wird die Bewegung der Elektronen betrachtet. Die Elektronenwolke eines Moleküls kann zu einem gegebenen Zeitpunkt verformt sein, wobei ein momentaner Dipol im Molekül entsteht, bei dem ein Teil des Moleküls etwas negativer ist als der Rest. Einen Augenblick später hat sich durch die Bewegung der Elektronen die Orientierung des Dipols geändert. Die Richtungsänderung der momentanen Dipole erfolgt sehr schnell (Elektronen haben eine hohe Beweglichkeit); im zeitlichen Mittel heben sie sich auf, so dass ein unpolares Molekül kein permanentes Dipolmoment hat. Die fluktuierenden, momentanen Dipole eines Moleküls induzieren genauso ausgerichtete Dipole in benachbarten Molekülen. Die entsprechende Bewegung der Elektronen zwischen benachbarten Molekülen erfolgt synchron (Abb. 11.4). Die Anziehungsskräfte zwischen den momentanen Dipolen machen die London-Kräfte aus. Die stärksten London-Kräfte treten zwischen großen, vielatomigen Molekülen auf, die ausgedehnte und leicht polarisierbare Elektronenwolken besitzen. Da alle Moleküle über Elektronen verfügen, treten die London-Kräfte immer auf, auch zwischen polaren Molekülen. Bei nichtpolaren Molekülen sind die London-Kräfte die einzigen vorhandenen zwischenmolekularen Kräfte. Tab. 11.1 gibt einen Eindruck von der Größenordnung und dem Anteil der London-Kräfte bei Molekül-Verbindungen. Wasserstoff-Brücken beruhen auf einer speziellen Art von Dipol-Dipol-Wechselwirkung, die im nächsten Abschnitt diskutiert wird; sie sind für das große Ausmaß der Dipol-Dipol-Wechselwirkungen zwischen den Molekülen von Wasser und Ammoniak verantwortlich. Die Dipolmomente der in Tab. 11.1 aufgeführten Moleküle nehmen in der angegebenen Reihenfolge zu. Die London-Kräfte hängen von der Größe der Moleküle und der Zahl der Elektronen ab. Das größte aufgeführte Molekül ist

Tab. 11.1

Intermolekulare Anziehungsenergien in einigen Molekül-Kristallen.

Molekül

Dipolmoment · 1030 Anziehungsenergie C·m kJ · mol–1

Dipol-Dipol CO

0,4

0,0004

HI

1,4

0,025

HBr

2,7

HCl

3,6

NH3

5,0

H 2O

6,2

Schmelzpunkt K

m

m

Abb. 11.3 Vergleich der Dipolrichtungen im Ammoniak- (a) und im Stickstofftrifluorid-Molekül (b) (Pfeilspitzen weisen in Richtung der Minuspole der Einzeldipole).

11

Abb. 11.4 Momentane, fluktuierende Dipole benachbarter Teilchen.

Siedepunkt K

London 8,74

74

82

27,9

222

238

0,69

21,9

185

206

3,31*

16,8

158

188

13,3*

14,7

195

240

36,4*

9,0

273

373

* Wasserstoff-Brücken

173

11 Flüssigkeiten HI, es zeigt die größten London-Kräfte. HCl ist polarer als HI, die Dipol-DipolWechselwirkung ist bei HCl größer als bei HI. Der Beitrag der London-Kräfte ist bei HI aber so viel größer als bei HCl, dass insgesamt eine stärkere Anziehung zwischen HI- als zwischen HCl-Molekülen besteht. HI hat somit einen höheren Siedepunkt als HCl.

11.2 Wasserstoff-Brücken

11

H F

H F

H O

H O

H

H

H

H

H N

H N

H

H

Normaler Siedepunkt / °C

100

H2O H2Te

HF AsH3

0

HCB PH3

–100

–200

H2S

NH3

H2Se HBr GeH4

SbH3 HC SnH4

SiH4

CH4 2

3

4 Periode

5

Abb. 11.5 Siedepunkte der WasserstoffVerbindungen der Elemente der 4., 5., 6. und 7. Hauptgruppe.

Die intermolekularen Anziehungskräfte in bestimmten Wasserstoff-Verbindungen sind ungewöhnlich stark. In den betreffenden Verbindungen sind Wasserstoff-Atome an kleine, sehr elektronegative Atome gebunden. Das elektronegative Atom übt eine starke Anziehung auf die Elektronen der Bindung aus und erzeugt einen beträchtlichen d+-Ladungsanteil am Wasserstoff-Atom. Im Extremfall verbleibt das Wassertoff-Atom als fast nicht abgeschirmtes Proton. Das Wasserstoff-Atom eines Moleküls und ein einsames Elektronenpaar am elektronegativen Atom eines anderen Moleküls ziehen sich gegenseitig an und bilden eine Wasserstoff-Brücke. Die Assoziation von HF-, H2O- und NH3-Molekülen über Wasserstoff-Brücken werden in Formelbildern durch punktierte Linien zum Ausdruck gebracht. Die Eigenschaften von Verbindungen, in denen Wasserstoff-Brücken auftreten, fallen aus der Reihe. In Abb. 11.5 sind die Siedepunkte der WasserstoffVerbindungen der Elemente der 4., 5., 6. und 7. Hauptgruppe dargestellt. In der Reihe CH4, SiH4, GeH4, SnH4 steigt der Siedepunkt wie erwartet an, der Zunahme der London-Kräfte entsprechend. Diese Moleküle sind unpolar und verfügen nicht über einsame Elektronenpaare. Bei allen anderen Verbindungen in Abb. 11.5 kommen zu den London-Kräften noch Dipol-Dipol-Kräfte hinzu; die Verbindungen mit den größten Dipolmomenten in der jeweiligen Periode (H2O, H2S, H2Se, H2Te) haben die höchsten Siedepunkte. Besonders auffällig sind die völlig aus der Reihe fallenden, hohen Siedepunkte des jeweils ersten Glieds aus jeder Gruppe (HF, H2O, NH3). In diesen drei Verbindungen erschweren Wasserstoff-Brücken das Abtrennen von Molekülen aus der Flüssigkeit. Außer hohen Siedepunkten haben diese Verbindungen auch abnorm hohe Schmelzpunkte, Verdampfungsenthalpien, Schmelzenthalpien und Viskositäten. Diese Eigenschaften werden in späteren Abschnitten dieses Kapitels behandelt. Bei den anderen in Abb. 11.5 genannten Verbindungen sind Wasserstoff-Brücken unbedeutend. Wasserstoff-Brücken können auch zwischen unterschiedlichen Molekülen zustande kommen; dies spielt bei bestimmten Lösungen eine Rolle. Zwei Bedingungen müssen erfüllt sein, damit starke Wasserstoff-Brücken gebildet werden können: ● Das Molekül, welches das Wasserstoff-Atom zur Wasserstoff-Brücke zur Verfügung stellt (der Protonen-Donator), muss eine stark polare Bindung mit relativ hohem d+-Ladungsanteil am Wasserstoff-Atom haben. Die Zunahme der Bindungsstärke der Wasserstoff-Brücken N — H. . .|N



174


40 Tage) SVHC = besonders besorgniserregende Stoffe (substances of very high concern). Das sind vor allem krebserzeugende, erbgutverändernde, fruchtschädigende und PBT-Stoffe

36

625

36 Umgang mit gefährlichen Stoffen Von besonderer Bedeutung für den Arbeitsalltag im chemischen Laboratorium, in der chemischen Industrie und beim Handel mit Chemikalien sind: ● Deutschland: Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) und Chemikalien-Verbotsverordnung (ChemVerbotsV). ● Österreich: Chemikaliengesetz (ChemG 1996) und Giftverordnung (GiftV 2000). ● Schweiz: Chemikalienverordnung (ChemV); Verordnung über die Gute Laborpraxis (GLPV).

Tab. 36.6

Die wichtigsten in Deutschland gültigen Rechtsnormen mit Bestimmungen zum Umgang mit gefährlichen Stoffen.

Gesetz zum Schutz vor gefährlichen Stoffen (Chemikaliengesetz) sowie darauf basierende Verordnungen, darunter: Gefahrstoffverordnung Chemikalien-Verbotsverordnung Giftinformationsverordnung Biozid-Zulassunsgverordnung Chemikalien-Klimaschutzverordnung Chemikalien-Ozonschichtverordnung Chemikalien Straf- und Bußgeldverordnung Chemikalien-Sanktionsverordnung Behördliche Überwachung der Einhaltung der Grundsätze der Guten Laborpraxis (Verwaltungsvorschrift) Sprengstoffgesetz, dazu mehrere Verordnungen Arzneimittelgesetz, dazu viele Verordnungen Betäubungsmittelgesetz, dazu mehrere Verordnungen Grundstoffüberwachungsgesetz Kreislaufwirtschaftsgesetz und Abfallgesetze der Länder sowie Verordnungen dazu, darunter: Entsorgungsfachbetriebeverordnung Abfallverzeichnisverordnung Verordnung über die Entsorgung gebrauchter halogenierter Lösemittel Bioabfallverordnung Altölverordnung Verpackungsverordnung Bundesimmissionsschutzgesetz, dazu viele Verordnungen, darunter: Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) Verordnung über die Verbrennung und Mitverbrennung von Abfällen Verordnung zur Emissionsbegrenzung von leichtflüchtigen halogenierten organischen Verbindungen Verordnung über genehmigungsbedürftige Anlagen Störfallverordnung Wasserhaushaltsgesetze des Bundes und der Länder, sowie Verordnungen dazu, darunter: Abwasserverordnung Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen Bodenschutzgesetze des Bundes und der Länder Pflanzenschutzgesetz, dazu viele Verordnungen Atomgesetz und Strahlenschutzverordnung Produktsicherheitsgesetz, dazu mehrere Verordnungen Arbeitssicherheitsgesetz Arbeitsschutzgesetz, dazu: Betriebssicherheitsverordnung und Biostoffverordnung Gewerbeordnung und Verordnungen dazu, darunter: Arbeitsstättenverordnung Gefahrgutbeförderungsgesetz, dazu mehrere Verordnungen, darunter: Gefahrgutverordnung Straße, Eisenbahn und Binnengewässer Ausführungsgesetz zum Chemiewaffenübereinkommen

36

626

Gentechnikgesetz, dazu mehrere Verordnungen, darunter: Gentechnik-Sicherheitsverordnung Gentechnik-Verfahrensverordnung Gentechnik-Anhörungsverordnung Gentechnik-Aufzeichnungsverordnung Gentechnik-Notfallverordnung Sozialgesetzbuch VII (Unfallversicherung), dazu Satzungen und Richtlinien der Unfallversicherungsträger, z. B.: Unfallverhütungsvorschriften Laboratoriumsrichtlinien Explosionsschutz-Richtlinie Mutterschutzgesetz Jugendarbeitsschutzgesetz Heimarbeitsgesetz Lebensmittel- und Bedarfsgegenständegesetz, dazu mehrere Verordnungen, darunter: Trinkwasserverordnung Schadstoff-Höchstmengenverordnung Strafgesetzbuch Zahllose Richtlinien (RL) der Europäischen Union, z. B.: RL 2012/18/EU Beherrschung der Gefahren bei schweren Unfällen mit gefährlichen Stoffen RL 89/391/EWG Maßnahmen zur Sicherheit und des Gesundheitsschutzes RL 2017/164 Arbeitsplatzgrenzwerte RL 2004/9/EG Grundsätze der Guten Laborpraxis Zahlreiche Richtlinien über Abfälle, Abwasser, Luftverschmutzung und Rückstände, u. a. Abfallrahmenrichtlinie RL 2008/98/EG Zu jeder Richtlinie gibt es viele Änderungsrichtlinien Verordnungen (VO) der Kommission der Europäischen Union; sie werden sehr häufig geändert und ergänzt, z. B.: VO 689/2008 und 649/2012 Aus- und Einfuhr gefährlicher Chemikalien VO 1005/2009 Stoffe, die zum Abbau der Ozonschicht führen VO 1907/2006 Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe (REACH-Verordnung) VO 440/2008 Prüfmethoden gemäß REACH-Verordnung; dazu mehrere Folgeverordnungen VO 1272/2008 Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen (CLP-Verordnung) VO 470/2009 Rückstandshöchstmengen VO 1107/2009 Inverkehrbringen von Pflanzenschutzmitteln VO 528/2012 Verwendung von Biozidprodukten; dazu zahlreiche Einzelverordnungen VO 2016/425 Persönliche Schutzausrüstung

36.2 Europäisches Gefahrstoffrecht Die Chemikaliengesetze und die darauf beruhenden Verordnungen gelten nicht oder nur eingeschränkt für Stoffe, Gemische und Erzeugnisse, für die eigene Gesetze und Verordnungen existieren, wie zum Beispiel Arzneimittel, Lebensmittel, Kosmetika, Rauschgifte, Sprengstoffe, Abfälle oder radioaktive Stoffe. So fallen Aflatoxine in verschimmelten Lebensmitteln erst dann unter das Chemikalienrecht (Kennzeichnungspflicht usw.), wenn sie im Labor isoliert werden. Die Verordnungen haben außerdem keine Bedeutung für den nichtgewerblichen Umgang. Brennspiritus (vergälltes Ethanol), der von einem Händler vertrieben wird, muss gekennzeichnet sein; für privat abgefüllten Spiritus gilt das nicht. Als Anleitungen, wie die Gefahrstoffverordnung anzuwenden und auszulegen ist, gibt es über achzig Technische Regeln für Gefahrstoffe (TRGS), zum Beispiel die TRGS 510 „Lagerung von Gefahrstoffen in ortsbeweglichen Behältern“ oder die TRGS 526 „Laboratorien“. Sie werden vom „Ausschuss für Gefahrstoffe“ aufgestellt und von den zuständigen Ministerien bekanntgegeben. Die deutsche Gefahrstoffverordnung (Stand 15. 4. 2017), gliedert sich in sieben Abschnitte und drei Anhänge. Der erste Abschnitt führt die Legaldefinitionen (Begriffsbestimmungen) auf, unter Verweis auf die entsprechenden europäischen Richtlinien. Im zweiten Abschnitt werden die Gefahrenklassen definiert und deren Zuordnung zu bestimmten Stoffen, Gemischen oder Biozid-Produkten geregelt („Einstufung“). Die Einstufung richtet sich nach Anhang VI der CLP-Verordnung 1272/2008 der Europäischen Union. Die Liste umfasst zahlreiche Stoffe mit ihren Kennzeichnungsvorschriften. Für Stoffe, die dort nicht aufgeführt sind, gibt Anhang I der REACH-Verordnung einen ausführlichen Leitfaden zur Einstufung; nach physikalischen, chemischen und toxikologischen Daten ist zu beurteilen, welche Gefahrenmerkmale zutreffen. Bei Stoffen, deren Eigenschaften nicht hinreichend bekannt sind, ist der Hinweis zu geben, „x % des Gemisches bestehen aus einem oder mehreren Bestandteilen unbekannter Toxizität“. Der zweite Abschnitt regelt außerdem, welche Anforderungen an die Verpackung zu stellen sind und wie Stoffe und Gemische gekennzeichnet werden müssen. Die Verpackung muss so beschaffen sein, dass vom Inhalt nichts ungewollt nach außen gelangen kann. Die Kennzeichnung muss den Vorschriften entsprechen, die in Abschnitt 36.1 genannt sind. Bei der ersten Lieferung an einen Abnehmer muss außerdem ein Sicherheitsdatenblatt in deutscher Sprache mitgeliefert werden. Darin sind alle sicherheitsrelevanten Merkmale eines Stoffe aufgeführt. Die Anforderungen an ein Sicherheitsdatenblatt sind in der REACH-Verordnung zusammengestellt. Schutzmaßnahmen für die Tätigkeit mit Gefahrstoffen sind im dritten und vierten Abschnitt der Gefahrstoffverordnung geregelt. Sie betreffen in erster Linie den Arbeitgeber und Führungskräfte, denen besondere Pflichten auferlegt werden. Der eigenverantwortlich tätige Lehrer einer Lehrveranstaltung übernimmt seinen Schülern gegenüber die Aufgaben des Arbeitgebers. Der Arbeitgeber hat zunächst bestimmte Grundpflichten zu erfüllen. Das ist als erstes die Feststellung, ob die Beschäftigten Tätigkeiten mit Gefahrstoffen ausüben. Ist dies der Fall, muss er die Gefährdung der Beschäftigten mit Hilfe von fachkundigem Personal nach genau festgelegten Gesichtspunkten beurteilen und dokumentieren. In Abhängigkeit der auftretenden Gefährdungen sind dann aufeinander aufbauende Schutzmaßnahmen-Pakete umzusetzen. Je größer die Gefährdung, desto umfangreicher sind diese. Das beginnt mit allgemeinen Schutzmaßnahmen wie die Gestaltung des Arbeitsplatzes, geeignete Arbeitsmittel, geeignete Arbeitsmethoden, Begrenzung der Zahl der Beschäftigten, Begrenzung der Menge der Gefahrstoffe und der Dauer und des Ausmaßes der Exposition. Gefahrstoffe müssen so aufbewahrt und gelagert werden, dass Missbrauch und Fehlgebrauch verhindert wird. Sie dürfen sich nicht in der Nähe von Arznei-, Lebens- oder Futtermitteln befinden

Ein Biozid enthält Biozid-Wirkstoffe mit allgemeiner oder spezifischer Wirkung gegen Schadorganismen (einschließlich Viren, Pilzen, Mikroorganismen). Desinfektions- und Schädlingsbekämpfungsmittel sind typische Biozide.

Inhalt eines Sicherheitsdatenblattes: 1. Stoff/Zubereitungsbezeichnung; Firmenbezeichnung, Notrufnummer 2. Mögliche Gefahren 3. Zusammensetzung/Bestandteile 4. Erste-Hilfe-Maßnahmen 5. Maßnahmen zur Brandbekämpfung 6. Maßnahmen bei unbeabsichtigter Freisetzung 7. Handhabung und Lagerung 8. Expositionsbegrenzung (Grenzwerte), Schutzausrüstung 9. Physikalische und chemische Eigenschaften 10. Stabilität und Reaktivität 11. Toxikologische Angaben 12. Umweltbezogene Angaben 13. Hinweise zur Entsorgung 14. Angaben zum Transport 15. Zu beachtende Vorschriften 16. Sonstige Angaben (z. B. H-Sätze) Sicherheitsdatenblätter sind von vielen Anbietern kostenpflichtig erhältlich

36

627

36 Umgang mit gefährlichen Stoffen

Definitionen

.

AGW = Arbeitsplatzgrenzwert (bis 2004: MAK-Wert = maximale Arbeitsplatzkonzentration) = Grenzwert für die durchschnittliche Konzentration eines Stoffes in der Luft am Arbeitsplatz, bei dem schädliche Auswirkungen auf die Gesundheit im Allgemeinen nicht zu erwarten sind. Arbeitsplatzgrenzwerte werden mit der TRGS 900 bekanntgegeben und häufig überarbeitet. Beispiele s. Tab. 36.7. BGW = biologischer Grenzwert (bis 2004: BAT-Wert = Biologischer Arbeitstoleranzwert) = Konzentration eines Stoffes, seiner Metaboliten oder eines Beanspruchungsindikators in biologischem Material (Blut, Urin), bei dem im Allgemeinen die Gesundheit eines Beschäftigten nicht beeinträchtigt wird. Biologische Grenzwerte werden mit der TRGS 903 bekanntgegeben. Für karzinogene, keimuzellenmutagene und reproduktionstoxische Stoffe (CMR-Stoffe) der Kategorien 1A und 1B gibt es keine Grenzwerte. Schutzmaßnahmen müssen so festgelegt werden, dass die Konzentration in der Luft geringstmöglich ist.

36

628

und ihre Behältnisse dürfen nicht mit solchen von Lebensmitteln verwechselbar sein. Behälter, Rohrleitungen und Apparaturen, die Gefahrstoffe enthalten, müssen geeignet gekennzeichnet sein. Zu akut toxischen und zu karzinogenen, keimzellenmutegenen und reproduktionstoxischen Stoffen der Kategorien 1A und 1B dürfen nur fachkundige und zuverlässige Personen Zugang haben. Soweit möglich, sind Gefahrstoffe durch weniger gefährliche Stoffe zu ersetzen. Sind die allgemeinen Schutzmaßnahmen nicht ausreichend, um Gefährdungen der Beschäftigten auszuschließen, sind zusätzliche Schutzmaßnahmen erforderlich. Dazu gehören: geschlossene Apparaturen; technische Maßnahmen (z. B. Entlüftung); persönliche Schutzausrüstung (z. B. Handschuhe, Mundschutz, besondere Schutzkleidung). Die Maßnahmen müssen dazu führen, dass die Arbeitsplatzgrenzwerte (AGW) und die biologischen Grenzwerte (BGW) eingehalten werden. Bei Tätigkeiten mit karzinogenen, keimzellenmutagenen und reproduktionstoxischen Stoffen der Kategorien 1A und 1B (vgl. Tab. 36.1 und Tab. 36.8) muss die Exposition der Beschäftigten möglichst vermieden werden. Solche Arbeiten müssen in abgegrenzten und mit Warnzeichen versehenen Bereichen erfolgen und die Exposition der Beschäftigten muss durch Messungen am Arbeitsplatz überwacht werden. Für Arbeiten in Laboratorien gibt die Technische Regel TRGS 526 „Laboratorien“ eine Anleitung, unter welchen Bedingungen eine Gefährdung minimiert werden kann und die Arbeitsplatzgrenzwerte als eingehalten gelten können. Zu den Maßnahmen gehören: ● Geeignete bauliche Ausstattung ● Fachkundiges und zuverlässiges Personal ● Es wird mit kleinen Substanzmengen gearbeitet ● Alle Handhabungen mit gefährlichen oder noch nicht ausreichend untersuchten Stoffen werden in einem wirksamen Abzug oder in einer geschlossenen Apparatur durchgeführt ● Neben einer Schutzbrille wird, wenn erforderlich, geeignete Schutzausrüstung getragen (z. B. undurchlässige Handschuhe)

Tab. 36.7 Beispiele für Arbeitsplatzgrenzwerte (AGW) nach TRGS 900 (Stand 2018). Sie sind Mittelwerte über eine Arbeitsschicht. Kurzzeitwerte sind Vielfache, die viermal pro Schicht in je einem 15-Minuten-Intervall auftreten dürfen AGW mL/m3

AGW mg/m3

Stoff

Formel

Acetaldehyd

H3C — CHO

Aceton

H3C — CO — CH3

Acetonitril

H3C — CN

Anilin

H5C6 — NH2

2

7,7

2

Brom

Br2

0,1

0,7

1

Chlor

Cl2

0,5

1,5

1

Chlorwasserstoff

HCl

Ethanol

H5C2 — OH

Ethylamin

H5C2 — NH2

Kohlenmonoxid

CO

Phosgen

OCCl2

Salpetersäure Stickstoffdioxid

Kurzzeitwert

50

91

1

500

1200

2

10

17

2

2

3

2

200

380

4

5 30

9,4

2

35

2

0,1

0,41

2

HNO3

1

2,6

1

NO2

0,5

0,95

2

36.2 Europäisches Gefahrstoffrecht Tab. 36.8 Beispiele für die Einstufung von CMR-Stoffen in die Kategorien 1A, 1B und 2 (vgl. Tab. 36.1) nach TRGS 905 (Stand 2018). C = karzinogen, M = mutagen, RD = reproduktionstoxisch: entwicklungsschädigend, RF = reproduktionstoxisch: fruchtbarkeitsgefährdend Stoff

Formel

Kategorie C

M

RD

RF

Acetaldehyd

H3C — CHO

2







Anilin

H5C6 — NH2

2

2





Benzol

C 6H 6

1A

1B





Bleisalze







2

Hartholzstaub (z. B. Buche)

1A







1B

1B

1B

1B

1A







Natriumchromat

Na2CrO4

Nickelsalze (löslich) 2-Nitrotoluol

H3C — C6H4 — NO2

1B

1B



2

Toluol

H5C6 — CH3





2



Trichlormethan

HCCl3

1B

2

2



Der vierte Abschnitt der Gefahrstoffverordnung enthält zusätzlich Vorschriften zur Vermeidung von Explosionen und Bränden und Vorschriften über Notfallmaßnahmen bei Betriebsstörungen und Unfällen. Notfallmaßnahmen müssen im Voraus festgelegt sein, Erste-Hilfe-Einrichtungen müssen vorhanden sein, innerbetriebliche und betriebsfremde Notfalldienste müssen Zugang zu Informationen über die Gefahrstoffe haben. Die Unterweisung der Beschäftigten über Gefahren und Schutzmaßnahmen ist von besonderer Bedeutung. Sie erfolgt vor Beginn der Beschäftigung und mindestens ein Mal pro Jahr mündlich und arbeitsplatzbezogen anhand einer schriftlichen Betriebsanweisung. Die Betriebsanweisung muss in verständlicher Form und Sprache Informationen über die am Arbeitsplatz auftretenden Gefahren und Gefahrstoffe enthalten. Dazu gehören: die Bezeichnung der Gefahrstoffe und ihre Kennzeichnung sowie anzuwendende Arbeitsmethoden, Vorsichts- und Schutzmaßnahmen. Alle Sicherheitsdatenblätter zu den Stoffen müssen den Beschäftigten zugänglich sein. Zur Unterweisung gehören auch Hinweise zu Hygienemaßnahmen, zum Beispiel dass an Arbeitsstätten, an denen mit Gefahrstoffen umgegangen wird, nicht gegessen, getrunken und geraucht werden darf und dass Arbeits- und Schutzkleidung nur in den Arbeitsräumen getragen werden darf. Außerdem gehört eine arbeitsmedizinisch-toxikologische Beratung und die Unterrichtung über Gesundheitsgefahren dazu. Werdende Mütter dürfen karzinogenen, keimzellenmutagenen und reproduktionstoxischen Stoffen nicht ausgesetzt werden, d. h. sie dürfen weder damit beschäftigt werden noch sich in deren Gefährdungsbereich aufhalten. Die Gefahrstoffverordnung hat drei zum Teil umfangreiche Anhänge. Dort finden sich detaillierte Vorschriften über Schutzmaßnahmen gegen Brände und Explosionen, über einatembare Stäube und Asbest, über Schädlingsbekämpfung und Begasungen und über den Umgang mit bestimmten Stoffen wie Ammoniumnitrat und organischen Peroxiden.

Betroffenen wird es fast unmöglich gemacht, die gesetzlichen Bestimmungen juristisch korrekt einzuhalten. Die Gesetze und Verordnungen werden derart häufig geändert und ergänzt, dass nur einige wenige Gefahrstoffrecht-Spezialisten über die gerade gültigen Bestimmungen im Bilde sind. Die deutsche Gefahrstoffverordnung wurde mit erheblichen Änderungen zum 1. 1. 2005, 1. 12. 2010 und 1. 6. 2015, novelliert und zwischendurch und danach noch mehrmals geändert. In der Schweiz gelten seit 1. 8. 2005 Verordnungen, die zum 1. 7. 2015 total revidiert und danach noch mehrmals geändert wurden. Sie folgen den Richtlinien und Verordnungen der Europäischen Union, nachdem sie vom schweizerischen Bundesrat übernommen wurden. Die auch in der Schweiz geltende CLP-Verordnung EG-1272/2008 hat in ihrer deutschen Fassung einen Umfang von 1389 Seiten. Die 525 Seiten lange REACH-Verordnung EG-1907/2006 enthält viele unübersichtliche, lange Schachtelsätze. Sie ist am 1. 6. 2007 in Kraft getreten und danach mehrmals berichtigt und geändert worden.

Die Chemikalienverbotsverordnung regelt zusätzlich zur REACH-Verordnung Verbote und Einschränkungen für das Inverkehrbringen bestimmter Gefahrstoffe. Sie enthält Vorschriften über die Erlaubnis, giftige, brandfördernde,

36

629

36 Umgang mit gefährlichen Stoffen hochentzündliche sowie krebserzeugende, ergbut- und fortpflanzungsgefährdende Stoffe in Verkehr zu bringen. Dies dürfen nur zuverlässige Personen tun, die ihre Sachkenntnis durch eine Prüfung nachgewiesen haben. Die notwendige Sachkenntnis betrifft die Eigenschaften der Gefahrstoffe, die Gefahren bei ihrer Verwendung sowie die einschlägigen Vorschriften. Wer die genannten Stoffe gewerbsmäßig in Verkehr bringt, bedarf der Erlaubnis der zuständigen Behörde. Eine Erlaubnis ist nicht erforderlich für Apotheken, Wiederverkäufer (Großhändler), berufsmäßige Anwender, öffentliche Forschungs-, Untersuchungs- und Lehranstalten sowie für die Abgabe von Kraftstoffen und ein paar weiteren Stoffen. Wer einer Erlaubnis bedarf, muss die Abgabe dokumentieren, einschließlich des Verwendungszwecks, einer Empfangsbestätigung und der Identität des Erwerbers. Anhang XVII der REACH-Verordnung enthält eine Verbotsliste für Stoffe. Für viele von ihnen gilt eine Beschränkung auf einen Massenanteil von maximal 1 g/kg, zum Beispiel für Pentachlorphenol und 2-Naphthylamin. Benzol darf mit mehr als 1 g/kg nur in Treibstoffen und bei bestimmten industriellen Verfahren in geschlossenen Systemen vorkommen. Früher als Lösungsmittel auch im Alltag häufig eingesetzte chlorierte Kohlenwasserstoffe wie Tetrachlormethan, Trichlormethan, 1,1,1-Trichlorethan und Tetrachlorethan dürfen nur noch in geschlossenen industriellen Anlagen verwendet werden. Cadmium-Verbindungen dürfen mit mehr als 1 g/kg nicht als Pigmente in Farben und zum Einfärben von Kunststoffen dienen.

Die deutsche und die österreichische chemische Industrie haben für Gefahrgut ein Transport-Unfall-Informations- und Hilfeleistungssystem (TUIS) eingerichtet. Feuerwehr, Polizei, Gefahrenabwehrkräfte und die Bahn können bei TUIS-Mitgliedsfirmen Beratung, Fachleute oder spezifische technische Hilfe oder eine Werksfeuerwehr anfordern. Über das Internet findet man den Standort und die Telefon-Nr. des nächstgelegenen TUIS-Mitglieds. Informationen: Verband der Chemischen Industrie, www. vci.de. In Österreich: www.tuis.at

36

630

Vorschriften zum Transport von Gefahrgütern finden sich in der Gefahrgutverordnung Straße, Eisenbahn und Binnengewässer (und in weiteren Verordnungen zur Luft- und Seefahrt. In Österreich: Gefahrgutbeförderungsgesetz; in der Schweiz: Verordnung über die Beförderung gefährlicher Güter; die CLP-Verordnung gilt nicht für den Transport). Dort ist bis ins kleinste Detail geregelt, wie Fahrzeuge je nach Gefahrstoff beschaffen, ausgerüstet und gekennzeichnet sein müssen, welche Anforderungen an die Verpackung, Beladung und Ladungssicherung gestellt werden, wie die Fahrer geschult sein müssen, was die Fahrer beachten müssen, welche Genehmigungen, Bescheinigungen und Begleitpapiere vorliegen müssen, welche Inspektionen und Überprüfungen von wem und wann vorzunehmen sind, welche Fahrwege benutzt werden dürfen und vieles, vieles mehr. Basis für die Regelungen sind die Europäischen Übereinkommen über internationale Beförderung gefährlicher Güter (ADR für den Straßenverkehr, RID für den Eisenbahnverkehr und ADN für die Binnenschiffahrt), die für 50 europäische und asiatische Staaten (nicht nur EU) gelten. Die Beseitigung von gefährlichen Abfällen („Entsorgung“) wird im Kreislaufwirtschaftsgesetz geregelt (Österreich: Abfallwirtschaftsgesetz; Schweiz: Verordnung über den Verkehr mit Abfällen; die CLP-Verordnung gilt nicht für Abfälle). Gefährliche Abfälle dürfen nur von zertifizierten Entsorgungsfachbetrieben beseitigt werden. Der gesamte Vorgang der Entsorgung muss mit einem Abfallnachweisverfahren elektronisch dokumentiert und in ein Register eingetragen werden. Beschäftigte, die gefährlichen Abfall erzeugen, müssen darüber unterrichtet sein, wie der Abfall zu entsorgen ist und was dabei zu beachten ist; zum Beispiel müssen oxidierend und reduzierend wirkende Stoffe getrennt gesammelt werden. Keinesfalls dürfen gefährliche Abfälle über das Abwasser entsorgt werden. Einrichtungen, in denen regelmäßig Sonderabfälle anfallen, müssen einen Abfallbeauftragten haben, der die geregelte Entsorgung überwacht. Er hat auch darauf zu achten, dass die Betriebsabläufe möglichst abfallarm gestaltet werden.

36.3 Giftstoffe, Toxikologie

36.3 Giftstoffe, Toxikologie Toxikologie ist die Lehre der Vergiftungen. Sie befasst sich mit der Aufnahme, dem Stoffwechsel und der Wirkung von Giftstoffen sowie mit der Vorbeugung, Erkennung und Behandlung von Vergiftungen. Eine Vergiftung ist eine Krankheit, die durch die Aufnahme eines Stoffes verursacht wird, indem er die biochemischen Prozesse im Organismus stört. Dabei kommt es nicht nur auf die Eigenschaften des Stoffes an, sondern auch auf die zugeführte Dosis und auf die Art der Einwirkung. Es ist zu unterscheiden: die Phase der Exposition, des Stoffwechsels (der Toxikokinetik) und der eigentlichen Wirkung (der Toxikodynamik). Auch die giftigsten Stoffe bleiben ohne Wirkung, wenn eine bestimmte (mitunter sehr kleine) Dosis unterschritten wird. Andererseits existiert für jeden Stoff eine Dosis, die tödlich wirkt; auch Wasser, Zucker, Kochsalz und alle lebenswichtigen Stoffe wirken giftig, wenn zu viel davon aufgenommen wird (Abb. 36.3): „alle Dinge sind Gift und nichts ohn’ Gift; allein die Dosis macht, dass ein Ding ein Gift ist“ (Paracelsus, 1537). Für die toxische (krankmachende) und die letale (tödliche) Dosis eines Stoffes lassen sich nur ungefähre Angaben machen (Tab. 36.9). Dafür gibt es mehrere Gründe. Mit Menschen sind toxikologische Versuche nicht statthaft und werden strafrechtlich verfolgt; bekannte Dosen wurden aus geschehenen Vergiftungen rekonstruiert. Jeder Mensch hat seine individuelle Giftempfindlichkeit (Disposition), die außerdem je nach der generellen körperlichen Verfassung, dem Alter, dem Geschlecht und der ethnischen Herkunft schwankt. Die Aufnahme in einen gefüllten Magen verzögert und vermindert die Wirkung. Manche Stoffe (z. B. manche Schlafmittel) werden von Kindern in höheren Dosen vertragen als von Erwachsenen, bei anderen Stoffen (z. B. Morphin) ist es umgekehrt. Bei manchen Stoffen treten auch Gewöhnungserscheinungen auf, d. h. nach wiederholter Zufuhr der gleichen Substanz nimmt die Empfindlichkeit gegen sie ab. Gegen natürliche Protein-Giftstoffe kann es durch Bildung von Antikörpern zur Resistenzsteigerung bis hin zur weitgehenden Immunität kommen; es kann aber auch zum Gegenteil, der Sensibilisierung kommen. Schließlich kann die gleichzeitige Zufuhr anderer Stoffe die Giftwirkung steigern (Synergismus) oder auch mindern (Antagonismus). Zum Beispiel wird die Löslichkeit von Quecksilber(II)-chlorid in Anwesenheit von Kochsalz durch Komplexbildung erhöht, was seine Wirkung erhöht. Antagonistisch wirkende Stoffe sind bei der Therapie von Vergiftungen von Bedeutung. So kann die Vergiftung mit Methanol durch die Gabe von Ethanol bekämpft werden.

.

Definition

Dosis = aufgenommene Stoffmasse pro Körpermasse

Tab. 36.9 Ungefähre Werte für einige bekannte Mengen, die bei einmaliger Gabe bei gesunden, erwachsenen Menschen zum Tode führen können (orale Aufnahme) in Gramm. Botulinus-Toxin

0,00001

Amanitine (im Knollenblätterpilz)

0,005

Strychninnitrat

0,05

Nicotin

0,05

Parathion (E 605)

0,07

Kaliumcyanid

0,15

Quecksilber(II)-chlorid

0,2

Morphin-hydrochlorid

0,3

Arsen(III)-oxid

0,3

Thallium(I)-sulfat

1

Bariumchlorid

2

Formaldehyd (in wäss. Lösung)

4

Natriumfluorid

5

Phenol

10

Methanol

30

Aspirin

30

Ethanol

200

Abb. 36.3 Gesundheitszustand eines Lebewesens in Abhängigkeit der zugeführten Dosis für lebenswichtige Stoffe (z. B. Kochsalz, Spurenelemente, Vitamine) und für beliebige andere Stoffe. Beginn und Breite des Bereichs mit 100 % Gesundheit sind von Stoff zu Stoff sehr verschieden.

36

631

36 Umgang mit gefährlichen Stoffen Zur Objektivierung der toxischen Wirkung von Stoffen wurde die im Tierversuch experimentell zu ermittelnde Größe LD50 definiert. Dieses ist die letale Dosis, bei der 50 % der Individuen der Versuchspopulation sterben. Der Wert ist für die orale oder dermale Aufnahme konzipiert. Bei inhalativer Aufnahme wird der Wert LC50 (letale Konzentration, inhalativ) angegeben. Siehe dazu die Grenzwerte in Tab. 36.1 (S. 622). Zur Vermeidung von zu viel Opfern in Tierversuchen gibt es die Fest-Dosis-Methode, bei der anstelle der LD50 ein Dosiswert tritt, bei dem eine Überlebensrate kleiner als 100 % zu beobachten ist. Einer LD50 von 50 mg/kg oral (Ratte) entspricht beispielsweise ein Fest-DosisWert von 5 mg/kg oral (Ratte). Ein weiterer Zahlenwert zur Toxizität von Substanzen ist ihr NOAEL-Wert (no observed adverse effect level). Das ist die höchste Dosis, bei der sich bei keinem Versuchstier eine schädliche Wirkung beobachten lässt. NOAEL-Werte spielen eine Rolle bei der Festlegung von gesetzlichen Grenzwerten im Gefahrstoffrecht. Üblicherweise wird ein hundertstel des NOAEL-Werts zur Festlegung eines Grenzwerts herangezogen, aber ganz so einfach ist das nicht. Der NOAELWert ist eine Aussage über die Gefahr, die von einem Stoff ausgeht. Wenn dieser aber so verarbeitet ist, dass eine Exposition des Benutzers ausgeschlossen ist und somit nur ein geringes Risiko besteht, hat es keinen Sinn, einen Grenzwert unnötig niedrig anzusetzen. Wichtig für die Wirkung ist die Art, wie ein Stoff in den Organismus gelangt. Damit eine Resorption durch den Organismus erfolgen kann, muss der Stoff wasser- oder lipidlöslich sein. So wirken zum Beispiel wasserlösliche Arsenite [oder andere Arsen(III)-Verbindungen] bei oraler Aufnahme stark giftig; Arsen(III)-oxid, das von Wasser schlecht benetzt wird und sich nur langsam löst, wirkt schwächer, und Arsen(III)-sulfid, das sehr schwerlöslich ist, ist praktisch unwirksam. Oral aufgenommene Stoffe werden hauptsächlich vom Dünndarm resorbiert, weshalb eine frühzeitige Entleerung des Magens eine wichtige therapeutische Maßnahme ist (nicht bei ätzenden Substanzen und organischen Lösungsmitteln!). Lipidlösliche Substanzen [z. B. Alkohol, organische Lösungsmittel, Quecksilber(II)-chlorid, Nicotin] sind allerdings auch schon von der Mund- und Nasenschleimhaut resorbierbar. Nur gut fettlösliche Substanzen werden auch durch die unverletzte Haut aufgenommen (z. B. HF, Benzol, Nicotin). Durch Wundflächen werden Gifte allgemein leicht aufgenommen. Besonders rasch und in kleineren Dosen wirken Lösungen, die unter die Haut oder in die Muskulatur eingespritzt werden, am raschesten ist die Wirkung bei Einspritzungen in die Blutbahn (ein Giftschlangenbiss oder Skorpionstich kommt einer Injektion gleich). Eine schnelle Einwirkung erfolgt auch beim Einatmen von Gasen. Bei eingeatmeten Gasen ist die aufgenommene Dosis proportional zum Produkt aus Konzentration in der Atemluft mal Einwirkungszeit. Manche unlösliche Stoffe wirken schädigend, wenn sie als Staub von der Lunge aufgenommen werden, vor allem wenn dies über einen längeren Zeitraum geschieht („Staublunge“ bei Bergarbeitern). Sie verursachen Veränderungen im Lungengewebe, die zu Atembeschwerden führen. Stäube aus feinfaserigem Material wie Asbest oder Holzstaub führen häufig zu Krebs. Krebserregend sind auch Stäube, die Cobalt, Nickel, As2O3 u. a. enthalten. Bei ätzenden Stoffen sind sowohl die Konzentration als auch die Dauer der Einwirkung von Bedeutung. Sie wirken lokal am Einwirkungsort durch Zellzerstörung (Nekrose), wenn ihnen genug Zeit gelassen wird. Wird zum Beispiel konzentrierte Schwefelsäure auf die Haut gebracht und sofort mit viel Wasser abgespült, so kann eine Hautreizung vermieden werden; bei längerer Einwirkungszeit entstehen schwer heilende Wunden. Bei einer akuten Vergiftung treten die Krankheitserscheinungen plötzlich auf; sie treten nach einmaliger Zufuhr einer entsprechend wirksamen Dosis auf. Chronische Vergiftungen kommen vor, wenn dauernd wiederholt kleine Giftdosen eine zunächst kaum bemerkbare Wirkung hervorrufen. Bei chro-

36

632

36.3 Giftstoffe, Toxikologie nischen Vergiftungen kommt es zu einer Akkumulation, wenn die Ausscheidung oder der Abbau langsamer erfolgt als die Aufnahme; wenn dann die Wirkschwelle überschritten wird, kommt es zu akuten Vergiftungserscheinungen. Meist verlaufen chronische Vergiftungen aber anders als akute. Bei einer akuten Vergiftung mit Arsen(III)-Verbindungen tritt zum Beispiel ein choleraähnlicher Durchfall auf, während bei der chronischen Vergiftung Nerven- und Hautschädigungen auftreten (Schmerzen, Lähmung der Füße, Hautverdickung, Hautverfärbung) oder eine Krebserkrankung der Lunge oder Haut eintritt. Bei einer akuten Vergiftung können die Symptome nach wenigen Sekunden in Erscheinung treten. Es kann aber auch zwischen Giftzufuhr und Ausbruch der Erkrankung eine Latenzzeit liegen, die Stunden oder Tage dauern kann. Wasserlösliche Cyanide (oral) oder Cyanwasserstoff in der Atemluft wirken zum Beispiel innerhalb von Minuten (Tod nach Erstickungskrampf), Vergiftungen mit Thallium-Verbindungen zeigen sich erst nach einigen Tagen. Wird eine akute Vergiftung überstanden, bleibt dies bei manchen Stoffen folgenlos (reversible Vergiftung), bei anderen gibt es Folge- oder Spätschäden (irreversible Vergiftung). Zum Beispiel bleibt nach einer überstandenen Cyanid-Vergiftung meist keine Schädigung zurück, während sich an eine Kohlenmonoxid-Vergiftung häufig eine Lungenentzündung und Hirnschädigung anschließt. Die Therapie von Vergiftungen gehört in die Hand des Arztes. Im Allgemeinen treffen Vergiftungen nicht ein einzelnes Organ; selbst wenn in erster Linie ein Organ betroffen ist, sind andere Auswirkungen wie Schock oder Störungen des Elektrolythaushalts möglich. Der Arzt muss deshalb außer Maßnahmen zur Giftbeseitigung vorrangig auch auf die Aufrechterhaltung sonstiger vitaler Funktionen achten. Die Therapie muss sich nach der Art der Vergiftung richten, weshalb der Arzt möglichst genaue Informationen über den Hergang und die beteiligten Substanzen benötigt. Ärzte können sich in Giftnotrufzentralen über die günstigste Therapie informieren, auch wenn exotische Stoffe zur Vergiftung geführt haben. Erste-Hilfe-Maßnahmen durch den Laien müssen vor allem der Erhaltung der vitalen Funktionen dienen. Schnelles Handeln kann von entscheidender Bedeutung sein! Verletzte sind aus dem Gefahrenbereich in frische Luft zu bringen, durchtränkte Kleidung ist zu entfernen. Meist ist Körperruhe und Schutz vor Wärmeverlust geboten. Wichtig ist das sofortige Herbeirufen ärztlicher Hilfe. Erbrochenes, verschmutzte Kleidung und Ausscheidungen sind sicherzustellen, um die Vergiftungsursache erkennen zu können. Dem Arzt ist nach Möglichkeit mitzuteilen, was geschehen ist, welche Stoffe wie und in welcher Menge aufgenommen wurden, wann dies geschehen ist, welche Symptome aufgetreten sind, welche Erste-Hilfe-Maßnahmen ergriffen wurden. Zur Aufrechterhaltung der Lebensfunktionen gehören die allgemeinen Maßnahmen zur ersten Hilfe bei Unfällen, wie sie in Anleitungen beschrieben sind, die in jedem Verbandkasten enthalten sein müssen. Weitere Maßnahmen hängen von der Art der Vergiftung ab. Informationen darüber finden sich zum Beispiel in den stoffspezifischen Merkblättern der Berufsgenossenschaft der chemischen Industrie. Außerdem müssen am Arbeitsplatz besondere Erste-Hilfe-Maßnahmen in den Betriebsanweisungen für den Umgang mit den jeweiligen Stoffen aufgeführt sein. Einige allgemeine Grundregeln sind: ● Beim Verschlucken ätzender Substanzen reichlich Wasser in kleinen Schlucken trinken lassen (keine kohlensäurehaltige Getränke). Kein Erbrechen auslösen! ● Beim Verschlucken nicht ätzender Substanzen sollte das Gift durch Erbrechen – nur bei klarem Bewusstsein – möglichst schnell entfernt werden (gilt nicht für Lösungsmittel und Tenside). Dazu kann eine Kochsalz-Lösung (ein Esslöffel auf ein Glas Wasser) zu trinken gegeben werden. Der Brechreiz kann auch durch Reizen der Rachenhinterwand (mit Finger oder Stiel) ausgelöst werden.

Notrufe bei Vergiftungen Berlin Giftnotruf der Charité (030) 19240 Bonn Informationszentrale gegen Vergiftungen (0228) 19240 Brüssel Centre Anti-poisons / Antigifcentrum in Belgien 070 245245 von Luxemburg aus 8002 5500 Erfurt Giftnotruf, Giftinformationszentrum der Länder Mecklenburg-Vorpommern, Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen (0361) 730730 Freiburg/Breisgau Vergiftungsinformationszentrale (0761) 19240 Göttingen Giftinformationszentrum Nord (0551) 19240 für medizinische Fachleute (0551) 383180 Homburg/Saar Informationszentrum für Vergiftungen des Saarlandes (06841) 19240 Mainz Giftinformationszentrum Rheinland-Pfalz und Hessen (06131) 19240 München Giftnotruf München (089) 19240 Straßburg Centre Antipoison et de Toxicovigilance 03 88373737 Wien Vergiftungsinformationszentrale Notruf: (01) 4064343 Beratung: (01) 40400-2222 Zürich Info Tox Suisse 145 von überall in der Schweiz

36

633

36 Umgang mit gefährlichen Stoffen


N — I (0,3; N) b. N — H (0,8; N) > P — H (0) c. N — F (1,0; F) > N — H (0,8; N) d. N — H (0,8; N) > N — Cl (0,2; Cl) e. N — S (0,4; N) = P — S (0,4; S) f. P — O (1,2; O) > N — O (0,4; O) g. C — O (0,8; O) > C — S (0) In Klammern stehen die Elektronegativitätsdifferenzen und das jeweils partiell negativ geladene Atom.

Anhang E: Lösungen zu den Übungsaufgaben 8.7

a.

b.

g.

c.

Die mittlere Grenzformel ist am wichtigsten, bei den anderen beiden hat je ein Atom eine doppelte Formalladung.

d.

e.

g.

f.

h.

8.9 + Im NO– 2 -Ion ist die Bindungsordnung 1,5, im NO2 -Ion ist sie 2,0; Letzteres hat die kürzeren Bindungen (NO+ 2 115 pm, NO– 2 124 pm).

i. 8.10

a. j.

k.

l.

b.

c. m.

o. 8.8

n.

p.

d.

q.

a.

Nur die erste Grenzformel ist von Bedeutung, die anderen verletzen die Regel über benachbarte Formalladungen. Bei b, c, d und e ist jeweils nur die erste Grenzformel von Bedeutung, bei den anderen stimmt die Ladungsverteilung nicht mit den Elektronegativitäten überein:

b.

e.

8.11

8.12

c.

d. e.

I2O5 d. SCl4 Cl2O6 e. XeO3 S4N4 f. AsF5 Dischwefeldifluorid Tetraphosphorheptasulfid Iodpentafluorid Stickstofftrifluorid Selendioxid Disauerstoffdifluorid

9 Molekülstruktur. Molekülorbitale 9.1

f. 9.2

Nur die ersten beiden Grenzformeln sind von Bedeutung, bei den anderen zwei stimmen die Formalladungen nicht mit den Elektronegativitäten überein, und die Regel über benachbarte Formalladungen ist verletzt.

a. b. c. a. b. c. d. e. f.

NCl5 und OF6. N kann keine fünf und O keine sechs Bindungen eingehen. Bei Atomen der zweiten Periode wird das Oktett nie überschritten. linear, 180°. AX2: dreieckig-planar, 120°. AX3: gewinkelt, ca. 115°. AX2E: tetraedrisch, 109,5°. AX4: trigonal-pyramidal, ca. 107°. AX3E: AX2E2: gewinkelt, ca. 104°. trigonal-bipyramidal, 90° und 120°. AX5: trigonale Bipyramide, die in den equatorialen AX4E: Positionen nur zwei X-Atome hat; ax — ax ca. 175°, eq — eq ca. 110°. AX3E2: T-förmig, ca. 87°. AX2E3: linear, 180°. oktaedrisch. AX6: quadratisch-pyramidal, ax — eq ca. 85°. AX5E: AX4E2: quadratisch-planar, 90° und 180°.

645

Anhang 9.3

AsF5: TeF– 5: SnH4: CdBr2: IF– 4: AsF– 4:

trigonal-bipyramidal quadratisch-pyramidal tetraedrisch linear quadratisch-planar trigonale Bipyramide, die nur zwei F-Atome in equatorialen Positionen hat linear IBr– 2: AsCl+ 4 : tetraedrisch – SbCl6 : oktaedrisch + XeF5 : quadratisch-pyramidal AsH3: trigonal-pyramidal SCl2: gewinkelt trigonal-pyramidal SeF+ 3: : T-förmig XeF+ 3

9.4

9.9

9.10

Von vier sp3-Hybridorbitalen haben zwei einen höheren s-Anteil und zwei einen höheren p-Anteil. Je geringer der s-Anteil bei den Orbitalen der Bindungen ist, desto näher liegen die Winkel bei 90°. Bei H2Te muss man reine p-Orbitale für die Bindungen annehmen, womit die leichte Unterschreitung von 90° allerdings nicht erklärt ist. Eine „Umhybridisierung“ suggeriert, dass dies ein bei der Reaktion ablaufender Prozess sei. Es ändert sich aber nur die Mischung von s- und p-Orbitalen bei der mathematischen Erfassung der Bindungsverhältnisse.

9.11

s*1s s1s BindungsOrdnung: 9.12

H2

H+2

HHe

He2

He+2

↓↑



↑ ↓↑

↓↑ ↓↑

↑ ↓↑

1

0,5

0,5

0

0,5

MO-Diagramm wie für N2, nachstehend (Aufgabe 9.13); Bindungsordnung 3.

9.13

N2 s*2p p*2p p2p ↓↑↓↑ s2p ↓↑ s*2s ↓↑ s2s ↓↑ Bindungsordnung 3

O2 s*2p p*2p ↑ ↑ p2p ↓↑↓↑ s2p ↓↑ s*2s ↓↑ s2s ↓↑ Bindungsordnung 2 9.14

9.5 9.6

9.7 9.8

646

Bei allen genannten Verbindungen ist die Oktett-Regel nicht erfüllt. Der Cl — C — Cl-Winkel ist größer; durch die geringere Elektronegativität der Chlor-Atome ist die Ladungsdichte in C — Cl-Bindungen näher am C-Atom als in C — FBindungen. CCl4 > NCl3 > OCl2 bedingt durch die zunehmende Abstoßung der einsamen Elektronenpaare. 2– 2 BeF2: linear, sp. BeF– 3 : dreieckig-planar, sp . BeF4 : tetra3 2 edrisch, sp . AsF5: trigonal-bipyramidal, sp -hypervalent. IF+ 6 : oktaedrisch, ohne Hybridisierung hypervalent.

N2+

↓↑ ↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ 2,5

O+2 ↑ ↓↑↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ 2,5

a. Genauso wie beim Nitrit-Ion, Abb. 9.19, S. 142. b. Hexatrien

c. C5 H–5

Anhang E: Lösungen zu den Übungsaufgaben 9.15

9.16

9.17

9.18 9.19

In der Äquatorialebene der trigonalen Bipyramide normale 2c2e-Bindungen mit sp2-Hybridisierung am PAtom. Zu den beiden axialen F-Atomen 3c4e-Bindungen wie im XeF2 (Abb. 9.24, S. 147). Die Anregung eines Elektrons auf ein höheres Energieniveau innerhalb eines Bandes erfordert nur wenig Energie, da die Niveaus sehr eng beieinander liegen. Außerdem ist die Anregung mit sehr vielen verschiedenen Anregungsenergien möglich. Dadurch kann Licht über einen größeren Bereich von Wellenlängen absorbiert werden. Wenn die angeregten Elektronen auf ein energieärmeres Niveau zurückkehren, wird Licht emittiert. Auf solche Elektronenanregungen und -emissionen ist der metallische Glanz zurückzuführen. Wegen der leichten Anregbarkeit können die Elektronen leicht von einem Orbital auf ein anderes wechseln und sind deshalb frei beweglich. Das erklärt die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit. Bei der Absorption von Wärme nehmen die Elektronen kinetische Energie auf, die schnell durch das Metall befördert wird. Beim Erwärmen eines Metalls werden die Schwingungen der Metall-Atome heftiger und behindern die freie Beweglichkeit der Elektronen. Beim Erwärmen eines Halbleiters werden mehr Elektronen in das Leitfähigkeitsband angeregt, so dass mehr Ladungsträger zur Verfügung stehen. Ja Wenn etwas mehr Ga als As vorhanden ist, liegt ein pLeiter vor, mit einem geringen Überschuss von As ein nLeiter.

10 Gase 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6

10.7 10.8 10.9 10.10 10.11 10.12 10.13 10.14 10.15

a. 520 mL b. 104 kPa a. 2,04 L b. 3,51 L c. a. 1,70 bar c. d. b. 3,45 bar Um 0,92 mL/°C 0,75 Pa = 0,0075 mbar = 7,5

c. 208 kPa –111 °C d. 82 °C 5,86 · 103 K –78 °C mbar

p

V

n

T

2,00 bar 60,0 kPa 445 kPa 6,02 MPa 500 mbar 0,150 MPa 263 Pa

23,3 L 1,00 L 50,0 mL 1,25 L 39,2 L 3,52 m3 1075 L

1,50 mol 0,0722 mol 10,5 mmol 2,60 mol 0,600 mol 191 mol 34,0 mmol

100 °C 100 K 255 K 75 °C 120 °C 60 °C 1,00 kK

180 mL a. 1,30 L b. 319 L c. 534 mL b. p2 = 49,6 kPa a. T2 = 619 K V(N2O) = 254 mL V(O2) = 23,5 L m(Cl2) = 0,250 g r(CH4) = 0,969 g/L r(SO2) = 1,55 g/L p(Ar) = 54,7 kPa

c. V2 = 1,94 L

10.16 M = 20,2 g/mol (Neon) 10.17 M = 30,1 g/mol (C2H6) 10.18 V(CH4) = 15,0 L; V(O2) = 22,5 L; V(NH3) = 15,0 L; V(H2O, g) = 45,0 L 10.19 4 NH3(g) + 5 O2(g) → 4 NO(g) + 6 H2O(g) V(NO) = 12,8 L 10.20 V(NH3) = 0,100 L; V(N2) = 0,400 L; V(HCl) = 2,400 L 10.21 4 NH3(g) + 3 F2(g) → NF3(g) + 3 NH4F(s) V(NH3) = 307,6 mL; V(F2) = 230,7 mL 10.22 r(N2O) = 44,0 g · mol–1/(22,4 L · mol–1) = 1,96 g/L r(SF6) = 146 g · mol–1/(22,4 L · mol–1) = 6,52 g/L 10.23 a. M = 5,710 g · L–1 · 22,4 L · mol–1 = 128 g/mol b. M = 0,901 g · L–1 · 22,4 L · mol–1 = 20,2 g/mol 10.24 a. 3,9 · 10–5 mol/m3; b. p(SO2) = 0,095 Pa 10.25 a. CaH2(s) + 2 H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + 2 H2(g) b. m(CaH2) = 2,82 g 10.26 a. Ca(s) + 2 H2O(l) → H2(g) + Ca(OH)2(aq) b. m(Ca) = 5,36 g; es wird fast doppelt so viel Ca wie CaH2 in Aufgabe 10.25 benötigt 10.27 a. Al4C3(s) + 12 H2O(l) → 3 CH4(g) + 4 Al(OH)3(s) b. V(CH4) = 0,170 L 10.28 m(NF3) = 0,264 g 10.29 a. 5,36 mmol unbekannte Verbindung n(O2) = 40,2 mmol n(CO2) = 26,8 mmol n(H2O) = 26,8 mmol b. Division dieser Zahlen durch die kleinste von ihnen ergibt das Stoffmengenverhältnis 1 : 7,5 : 5 : 5 oder 2 : 15 : 10 : 10 c. 2 C5H10(g) + 15 O2(g) → 10 CO2(g) + 10 H2O(l) 10.30 69,5 % Al 10.31 p(O2) = 28,0 kPa; p(N2) = 32,0 kPa 10.32 a. x(CH4) = 0,577; x(C2H6) = 0,423 b. n = 0,148 mol c. m(CH4) = 1,37 g; m(C2H6) = 1,88 g 10.33 V = 596 mL 10.34 p = 518 mbar = 51,8 kPa 10.35 a. 298 m/s b. 667 m/s c. 607 m/s 10.36 Bei 471 K 10.37 Die Effusionsgeschwindigkeit von N2O ist 0,798mal die von N2 10.38 M(X) = 80,9 g/mol (das Gas ist HBr) 10.39 M(Z) = 58,1 g/mol (das Gas ist C4H10) 10.40 a. 1,29 g/L; b. M = 64,1 g/mol (das Gas ist SO2) 10.41 0,900 g/L 10.42 a. 2271 kPa b. 2207 kPa c. 227,1 kPa (ideales Gas) bzw. 225,7 kPa (Van-derWaals-Gleichung) d. 3327 kPa (ideales Gas) bzw. 3298 kPa (Van-derWaals-Gleichung) e. Nach der Van-der-Waals-Gleichung ergibt sich ein geringerer Druck, bedingt durch die intermolekularen Anziehungskräfte. Bei dem größeren Volumen ist der Effekt geringer, weil die Moleküle im Mittel weiter voneinander entfernt sind und die Anziehungs-

647

Anhang

10.43 10.44 10.45 10.46 10.47

kräfte sich weniger auswirken. Ebenso ist der Effekt bei höherer Temperatur geringer, da bei den höheren Molekulargeschwindigkeiten die Anziehungskräfte weniger Einfluss haben. 993 Luftballons 11,9 kg V = 465 mL C6H14 a. n = 1,628 mol b. n(N2O4) = 0,372 mol. n(NO2) = 1,256 mol c. x(N2O4) = 0,228; x(NO2) = 0,772 d. p(N2O4) = 23,1 kPa; p(NO2) = 78,2 kPa

11.13 Eis kann sublimiert werden. Der Druck muss unterhalb vom Druck des Tripelpunkts liegen (< 0,61 kPa).

12 Feststoffe 12.1

12.2

11 Flüssigkeiten 11.1 11.2 11.3

11.4 11.5

11.6

11.7 11.8

11.9

11.10

11.12

648

a. OF2 ist gewinkelt, BeF2 linear b. PF3 ist pyramidal, BF3 ist dreieckig-planar HgCl2, BF3, CH4, PF5, XeF2, SF6, XeF4 —C — — O kompensieren sich Die Moleküle sind linear. Im O — —S die Dipolmomente der beiden Bindungen, im O — —C — —C — — S hat kein Dipolmoment. nicht. S —

12.3



j C O j. Die Formalladungen sind genau entgegengesetzt zur Wirkung der Elektronegativität. Das PF3-Molekül ist pyramidal, das PF5-Molekül ist trigonal-bipyramidal. Im PF5 kompensieren sich die Dipolmomente der Bindungen. Die Schmelzpunkte nehmen mit der Größe der Atome zu. Zunahme der Atomgröße bedeutet leichtere Polarisierbarkeit der Elektronenwolke und damit stärkere Wirkung der London-Kräfte. Im HF– 2 ist eine Wasserstoff-Brücke vorhanden: [|F|∙∙∙∙∙H—F|]– 2– Das HSO– 4 -Ion hat eine geringere Ladung als das SO4 Ion. Infolgedessen ist die Gitterenergie des Hydrogensalzes geringer. Beide Ionensorten können als ProtonenAkzeptoren wirken, das HSO– 4 -Ion kann aber außerdem als Protonen-Donator wirken und somit stärker mit den Wasser-Molekülen in Wechselwirkung treten. HSO– 4 -Ionen haben deshalb eine relativ hohe Hydratationsenergie, welche die Gitterenergie überwinden kann. Beide Moleküle haben ähnliche Größe und Gestalt, die London-Kräfte sind vergleichbar. Die einsamen Elektronenpaare der NH2-Gruppen können sich an WasserstoffBrücken beteiligen; bei der Verbindung mit zwei NH2Gruppen ist dies in stärkerem Maße der Fall. und 11.11 Die Phasendiagramme entsprechen dem von CO2 (Abb. 11.12, S. 181); die Skalen auf den Koordinatenachsen müssen verändert werden. Festes Kr hat eine höhere Dichte als flüssiges Kr. a. Druckerhöhung bei –60 °C bewirkt ein Kondensieren von CO2-Gas zu festem CO2 bei etwa 500 kPa. b. Druckerhöhung bei 0 °C bewirkt ein Kondensieren von CO2-Gas zu flüssigem CO2 bei etwa 4000 kPa. c. Temperaturerhöhung bei 100 kPa bewirkt Sublimation von festem CO2 bei –78,5 °C. d. Temperaturerhöhung bei 560 kPa bewirkt zuerst ein Schmelzen von festem CO2 bei etwa –50 °C und dann ein Sieden bei etwa –30 °C.

12.4

Kovalente Bindungen bei Si, metallische Bindungskräfte bei Ba; Ionen-Anziehungen bei BaF2, CaO und CaCl2; London-Kräfte bei F2, BF3 und Xe; London- und DipolDipol-Wechselwirkungen bei PF3 und Cl2O. a. BrF; die größere Elektronegativitätsdifferenz bedingt ein höheres Dipolmoment, die Atomgröße des Br bewirkt größere London-Kräfte. b. BrCl, Begründung wie bei a) c. CsBr, eine lonenverbindung d. Cs, Metalle haben meist höhere Schmelzpunkte als Nichtmetalle e. Diamant bildet eine Raumnetzstruktur f. SrCl2, eine Ionenverbindung g. SCl4 hat ein Dipolmoment H2O: Eine zweizählige Drehachse in der Schnittlinie von zwei Siegelebenen. NH3: Eine dreizählige Drehachse in der Schnittlinie von drei Siegelebenen. B(OH)3: Eine dreizählige Drehachse senkrecht zu einer Spiegelebene. Die sechs symmetrieäquivalenten Punkte sind schwarz gezeichnet, wenn sie vor der Papierebene liegen und als offene Kreise, wenn sie gleich weit dahinter liegen:

Dreizählige Inversionsachse bedeutet Drehung um 120° mit anschließender Inversion am Mittelpunkt. Sechszählige Drehspiegelachse bedeutet Drehung um 60° mit anschließender Spiegelung an der Papierebene. In beiden Fällen ergibt sich dieselbe Figur. Nach sechsmaliger Ausführung jeweils derselben Operation kommt man zur Ausgangslage zurück. 12.5 Die Cäsiumchlorid-Struktur ist kubisch-primitiv. Um innenzentriert zu sein, müsste das Atom in der Zellenmitte von der gleichen Sorte sein wie in den Zellenecken. 12.6 3,66 g/cm3 12.7 Ag: 4 Ag-Atome pro Elementarzelle, kubisch flächenzentriert. Ta: 2 Ta-Atome pro Elementarzelle, kubisch innenzentriert. 12.8 Ar = 55,8 (Eisen) 12.9 2,07 cm Kantenlänge 12.10 r(Al) = 143 pm, r(Al) = 2,70 g/cm3 r(Cr) = 124 pm, r(Cr) = 7,27 g/cm3 r(In) = 162 pm in Richtung a und b, 168 pm in der Raumdiagonalen der Elementarzelle, r(In) = 7,36 g/cm3.

Anhang E: Lösungen zu den Übungsaufgaben 12.11 a. 4 Na+- und 4 Cl–-Ionen b. a = 555 pm c. 278 pm 12.12 a. 1 Cs+- und 1 Cl–-Ion b. a = 412 pm c. 357 pm 12.13 a = 594 pm; r(PbS) = 7,59 g/cm3 12.14 a. 4 Zn2+- und 4 S2–-Ionen b. 4,13 g/cm3 c. 235 pm 12.15 a = 385 pm; r(TlCl) = 6,98 g/cm3 12.16 CsCl-Typ: SrO NaCl-Typ: MgO, CaO, CaS, SrS Zinkblendetyp: BeO, MgS 12.17 a. 0,5 % freie Anionenlagen b. 8,241 g/cm3 für den perfekten Kristall und 8,236 g/cm3 für den nichtstöchiometrischen Kristall

Bei 200 und 110 liegen sämtliche Atome exakt auf den Ebenen, alle Streuwellen sind in Phase. Bei 002 hat jedes der vier C-Atome in der Zelle den gleichen Beitrag (6 · 0,380 = 2,3). C — C 120 pm; Ca. . .C 259 pm längs c 282 pm in die Zelle 13.10 Gemessene chemische Verschiebungen in ppm; s = Singulett, d = Dublett, t = Triplett, q = Quartett, dd = Dublett von Dubletts, dt = Dublett von Tripletts, dtq = Dublett von Tripletts von Quartetts. 1

H a. CH3

C CH3 27,0 q C 38,7 s OH 11,5 s COOH 185,9 s 137,5 dd b. CHH 6,2 dd CH2 CHH 6,1 dd CH 107,8 d CH 5,7 dd CN 117,1 s 1,7 t CH3 19,0 q c. CH3 3,4 q CH2Cl 26,9 t CH2 1,0 s CH3 22,1 q d. CH3 C 27,2 s 2,2 s CH2 16,5 t CH2 —C — — 84,6 s — CH 1,9 s CH 68,0 d 1,0 t CH3 9,2 q e. CH3 1,7 dtq CH2 23,6 dt CH2 4,3 dt CH2F 85,2 dt CH2F Dubletts wegen 19F; bei CH2 geringe Aufspaltung 1,7 s (CH3)2 25,7 q und 17,3 q f. CH3 1,6 s C 132,0 s CH3 CH 5,2 q CH 118,7 d 1,5 d CH3 13,4 q CH3 Die CH3-Gruppen sind nicht äquivalent (keine Dreh— C-Bindung) barkeit um die C — 2,2 t CH2 23,3 t g. CH2 2,0 t CH2 28,3 t CH2 C 220,2 s

13 Strukturbestimmung 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5

171 pm 22,2°; 49,0°; ein gebeugter Strahl dritter Ordnung kann nicht beobachtet werden (sinθ > 1). 6,7°; 13,6°; 20,6° 110; 010 c

b a 111

13.6

13.7 13.8

13.9

Perowskit Ti···O 195,5 pm Ca···O 276,5 pm K.Z.(Ti) = 6 K.Z.(Ca) = 12

012

101

Ti O

Cd — I 6 × 299 pm; I · · · I 3 × 420 pm, 3 × 423 pm, 6 × 425 pm. Strukturfaktor: F(hkl) = fi cos2p(h + k + l) · 0 + fi cos2p(h + k + l) · 0,5 Wenn (h + k + l) = ungerade, ist das erste Kosinus-Glied immer gleich 1, das zweite ist immer gleich –1. Bei Innenzentrierung sind die Atome in 0, 0, 0 und ½, ½, ½ gleich (gleiches fi). F(100) = 0 CaC2 F(200) = 64 F(110) = 64 F(002) = 49 Reflex 100 ist exakt ausgelöscht (wie bei Aufgabe 13.8 wegen der Innenzentrierung).

13

13.11 a. b. c. d.

1,2 s

CH3 — COO — CH2 — CH3 — CH3 — CH2 — C — — C — CH2 — CH3 1,2,4,5-Tetramethylbenzol ClCH2 — COO — CH3

14 Lösungen 14.1

14.2

14.3

Die London-Kräfte im reinen I2 sind stärker als im reinen Br2. Die Anziehungskräfte zwischen I2 und CCl4 sind nicht im gleichen Maße größer als die zwischen Br2 und CCl4. d. N2O a. CH3OH b. NaCl e. NH3 c. CH3F a. Li+ c. Ca2+ e. Be2+ – 3+ b. Fe d. F f. Al3+

649

Anhang 14.4

14.5 14.6 14.7 14.8 14.9 14.10 14.11 14.12 14.13 14.14 14.15 14.16 14.17 14.18 14.19 14.20 14.21 14.22

14.23 14.24

14.25

14.26 14.27 14.28 14.29 14.30 14.31 14.32 14.33 14.34 14.35 14.36 14.37 14.38 14.39

650

Lösungsenthalpie: SrCl2 –52 kJ/mol, MgCl2 –155 kJ/mol. Hydratationsenthalpie: KF –830 kJ/mol, KI –627 kJ/mol m(N2O) = 2,66 g n(N2O) = 6,05 · 10–2 mol m(CO2) = 5,94 g n(CO2) = 0,135 mol a. x(C2H5OH) = 0,200 b. x(C6H5OH) = 0,111 25,8 % C10H8 (25,8 cg/g) m(AgNO3) = 25,5 g a. 189,6 g konzentrierte HBr b. 126,4 mL konzentrierte HBr c(HF) = 28,1 mol/L b(HF) = 46,2 mol/kg c(AgNO3) = 0,642 mol/L b(AgNO3) = 0,654 mol/kg c(NaOH) = 0,642 mol/L c(KOH) = 0,976 mol/L 90,5 % HCO2H 70,4 % HClO4 85,7 mL konzentrierte CH3CO2H c(H3PO4) = 2,06 mol/L c(NH3) = 8,88 mol/L x = 0,0844 a. b(C12H22O11) = 0,417 mol/kg b. b(CON2H4) = 1,850 mol/kg a. 2 Na(s) + 2 H2O → 2 NaOH(aq) + H2(g) b. c(NaOH) = 0,0257 mol/L a. p = 50,2 kPa b. x(H3COH) = 0,454 c. Ja a. x(C7H8) = 0,410 b. p = 125,6 kPa a. p = 41,9 kPa b. Negativ c. Wärme wird freigesetzt d. Ja, mit maximalem Siedepunkt a. p = 29,1 kPa b. Positiv c. Wärme wird aufgenommen. d. Aus den gegebenen Daten lässt sich die Frage nicht beantworten; tatsächlich bilden Ethanol und Trichlormethan ein azeotropes Gemisch mit Siedepunktmaximum. M = 129 g/mol m(C2H4(OH)2) = 500 g m(C6H12O6) = 60,5 g EG = –11,8 °C · kg/mol –1,75 °C 163 °C M = 154 g/mol M = 176 g/mol 102,25 °C M(X) = 62,0 g/mol a. p = 110 kPa. b. p = 609 kPa M(Hämoglobin) = 6,70 · 104 g/mol M(Penicillin G) = 332 g/mol a. 33,6 g/L b. c = 0,0112 mol/L

14.40 14.41 14.42 14.43

i = 2,57 –3,40 °C –0,242 °C 3,5 % der Säure sind dissoziiert

15 Reaktionen in wässriger Lösung 15.1

15.2

a. b. c. d. e. f. g. h. i. a. b. c. d. e. f.

15.3

Oxidations- reduziert mittel wird a. b. c. d. e. f. g. h.

15.4

15.5

Fe(OH)3(s) + H3PO4 → FePO4(s) + 3 H2O Hg2CO3(s) + 2 H+ + 2 Cl– → Hg2Cl2(s) + H2O + CO2(g) Ba2+ + S2– + Zn2+ + SO24– → BaSO4 (s) + ZnS(s) Pb2+ + H2S(g) → PbS(s) + 2 H+ Mg2+ + 2 OH– → Mg(OH)2(s) ZnS(s) + 2 H+ → Zn2+ + H2S PbCO3(s) + 2 H+ + 2 I– → PbI2(s) + CO2(g) + H2O SO24– + Ba2+ → BaSO4 (s) Cd2+ + S2– → CdS(s) +V g. +III l. +VI q. +V +III h. +VI m. +V r. +II +V i. +VI n. +I s. +VI +IV j. –II o. +VIII t. +VI +V k. –I p. +V u. +V +IV

Cl2 ReCl5 CuCl2 O2 WO3 Cl2 H+ OF2

Cl Re(V) Cu(II) O W(VI) Cl H+ O(II)

Reduktions- oxidiert mittel wird Zn SbCl3 Mg NO H2 Br– Zn H2O

Zn Sb Mg N H Br– Zn O(–II)

a. Cr2 O27– + 3 H2 S + 8 H+ → 2 Cr3+ + 3 S + 7 H2 O b. P4 + 10 HOCl + 6 H2O → 4 H3PO4 + 10 Cl– + 10 H+ 2+ + c. 3 Cu + 2 NO– + 2 NO + 4 H2 O 3 + 8 H → 3 Cu – + d. PbO2 + 4 I + 4 H → PbI2 + I2 + 2 H2O – – + e. ClO– 3 + 6 I + 6 H → Cl + 3 I2 + 3 H2 O – + f. 4 Zn + NO3 + 10 H → 4 Zn2+ + NH+ 4 + 3 H2 O – g. 3 H3 AsO3 + BrO– 3 ! 3 H3 AsO4 + Br + h. 2 H2 SeO3 + H2 S → 2 Se + HSO– 4 + H + 2 H2 O i. 2 ReO2 + 3 Cl2 + 4 H2O → 2 HReO4 + 6 Cl– + 6 H+ j. 4 AsH3 + 24 Ag+ + 6 H2O → As4O6 + 24 Ag + 24 H+ – 3+ + k. 2 Mn2+ + 5 BiO– + 7 H2 O 3 + 14 H → 2 MnO4 + 5 Bi + → 3N O + 2H O + 4 H l. 2 NO + 4 NO– 2 4 2 3 – + m. 2 MnO– 4 + 5 HCN + 5 I + 11 H → 2 Mn2+ + 5 ICN + 8 H2 O + n. 3 Zn + 2 H2MoO4 + 12 H → 3 Zn2+ + 2 Mo3+ + 8 H2O – o. 2 IO– 3 + 3 N2 H4 → 2 I + 3 N2 + 6 H2 O – + 4 Cl + 2 H+ → 2 SO24– + 2 ICl– p. S2 O23– + 2 IO– 2 + H2 O 3 – q. 3 Se + 2 BrO3 + 3 H2 O → 3 H2 SeO3 + 2 Br– r. H5IO6 + 7 I– + 7 H+ → 4 I2 + 6 H2O – s. 3 As2 S3 + 5 ClO– 3 + 9 H2 O → 6 H3 AsO4 + 9 S + 5 Cl – – + t. XeO3 + 9 I + 6 H → Xe + 3 I3 + 3 H2 O – – a. 5 ClO– 2 + 2 H2 O → 4 ClO2 + Cl + 4 OH – – – b. 8 MnO4 + I + 8 OH → 8 MnO24– + IO– 4 + 4 H2 O + PH c. P4 + 3 OH– + 3 H2 O → 3 H2 PO– 3 2

Anhang E: Lösungen zu den Übungsaufgaben d. OC(NH2 )2 + 3 OBr– + 2 OH– → 16 CO23– + N2 + 3 Br– + 3 H2 O 16.1 e. 4 Mn(OH)2 + O2 + 2 H2O → 4 Mn(OH)3 – – – f. 3 Cl2 + 6 OH → ClO3 + 5 Cl + 3 H2 O 16.2 g. S2– + 4 I2 + 8 OH– → SO24– + 8 I– + 4 H2 O – + 2 MnO + 2 OH– + H O → 3 OCN h. 3 CN– + 2 MnO– 2 4 2 i. 4 Au + 8 CN– + O2 + 2 H2O → 4 [Au(CN)2]– + 4 OH– 16.3 j. Si + 2 OH– + H2 O → SiO23– + 2 H2 2– – – – k. 2 Cr(OH)3 + 3 OBr + 4 OH → 2 CrO4 + 3 Br + 5 H2 O l. I2 + 7 Cl2 + 18 OH– → 2 H3 IO26– + 14 Cl– + 6 H2 O 16.4 m. 2 Al + 2 OH– + 6 H2O → 2 [Al(OH)4]– + 3 H2 – – – n. 8 Al + 3 NO3 + 5 OH + 18 H2 O → 8 [Al(OH)4 ] + 3 NH3 o. 2 Ni2+ + Br2 + 6 OH– → 2 NiO(OH) + 2 Br– + 2 H2O p. 3 S + 6 OH– → SO23– + 2 S2– + 3 H2 O 16.5 q. S2– + 4 HO– ! SO2– + 4 OH– 2

15.6

15.7

15.8

15.9

15.10

15.11 15.12 15.13 15.14 15.15 15.16 15.17 15.18 15.19 15.20

15.21

Reaktionskinetik

4

2– 2– – a. Cr2 O3 + 3 NO– 3 + 2 CO3 → 2 CrO4 + 3 NO2 + 2 CO2 b. 2 Ca3(PO4)2 + 10 C + 6 SiO2 → P4 + 6 CaSiO3 + 10 CO c. Mn3O4 + 5 Na2O2 → 3 Na2MnO4 + 2 Na2O d. 4 NH3(g) + 5 O2(g) → 4 NO(g) + 6 H2O(g) 2– a. OH– + HSO– 4 ! SO4 + H2 O b. 2 OH– + H3 PO4 → HPO24– + 2 H2 O c. OH– + H3 PO4 → H2 PO– 4 + H2 O d. 3 H+ + Fe(OH)3 → Fe3+ + 3 H2O d. N2O3 a. Cl2O7 b. SO2 e. I2O5 c. B2O3 a. Bromsäure b. Salpetersäure c. Kaliumhydrogensulfit d. Kupfer(II)-chlorat e. Bromwasserstoffsäure f. Natriumnitrit g. Borsäure h. Kaliumhexafluoridoantimonat(V) d. Ni(NO3)2 a. FePO4 b. Mg(ClO4)2 e. HOI c. KH2PO4 f. Na2SO3 c(H2SO4) = 0,3858 mol/L c(Ba(OH)2) = 0,03054 mol/L 41,29 % 69,6 % a. m(NaCl) = 44,7 mg b. w(NaCl) = 0,894 cg/g 3+ + + Mn2+ + 4 H2 O a. 5 Fe2+ + MnO– 4 + 8 H → 5 Fe b. 20,0 % – a. 3 N2 H4 + 2 BrO– 3 ! 3 N2 + 2 Br + 6 H2 O b. 24,0 % 57,0 mL Einprotoning a. c(16Cr2 O27– ) = 0,1200 mol/L b. c(15MnO– 4 ) = 0,0750 mol/L – c. c(MnO4 ) = 0,0150 mol/L a. I2 + 2 S2 O23– → 2 I– + S4 O26– b. m(I2) = 0,1586 g

16.6

16.7 16.8 16.9 16.10

16.12 16.13 16.14

16.15

a. v(Z) = k · c(A) · c(X) b. k = 0,016 L · mol–1 s–1 a. k = 0,100 mol · L–1 s–1; v(A) = 0,100 mol · L–1 s–1 b. k = 0,100 s–1; v(A) = 0,0050 mol · L–1 s–1 c. k = 0,100 L · mol–1 s–1; v(A) = 0,00025 mol · L–1 s–1 a. k = 0,0080 mol · L–1 s–1 b. k = 0,040 s–1 c. k = 0,2 L · mol–1 s–1 3 a. 16 der Anfangsgeschwindigkeit b. Null 2 der Anfangsgeschwindigkeit c. 27 d. 8mal die Anfangsgeschwindigkeit Energiediagramm wie in Abb. Abb. 16.10 (S. 260) ΔU = –12,9 kJ/mol a. 0,0803 mol/L d. 120 h b. 87,0 h e. Ea = 243 kJ/mol c. 241 h c. 204 s a. 0,00403 mol/L b. 1,12 · 103 s 5,30 · 10–4 s–1 0,441 h–1 und 16.11 Die Auftragung von ln c(SO2Cl2) bzw. von ln c(Cl2O7) gegen t ergibt eine Gerade, die Reaktionen sind erster Ordnung. Schritt 1: ICl + H2 → HCl + HI Schritt 2: HI + ICl → HCl + I2 Schritt 1: NO2Cl → NO2 + Cl Schritt 2: NO2Cl + Cl → NO2 + Cl2 Bildungsgeschwindigkeit von NO3 = Zerfallsgeschwindigkeit von NO3: k1 c(NO) c(O2) = k2 c(NO3) + k3 c(NO3) c(NO) Da k3  k2 , kann das letzte Glied der Gleichung vernachlässigt werden: c(NO3) = (k1/k2) c(NO) c(O2). Dieser Ausdruck wird in die Gleichung des geschwindigkeitsbestimmenden Schrittes, v = k3 c(NO3) c(NO), eingesetzt: v = (k1k3/k2) c2(NO) c(O2) Bildungsgeschwindigkeit von NO3 = Zerfallsgeschwindigkeit von NO3: k1 c(N2O5) = k2 c(NO2) c(NO3) + k3 c(NO) c(NO3) c(NO3 ) =

16.16 16.17 16.18 16.19 16.20 16.21 16.22

k1 c(N2 O5 ) k2 c(NO2 ) + k3 c(NO)

Dieser Ausdruck wird in die Gleichung für den N2O5Zerfall eingesetzt: v(N2O5) = – k1 c(N2O5) + k2 c(NO2) c(NO3) Daraus ergibt sich dann das angegebene Geschwindigkeitsgesetz. k = 7,9 · 105 L · mol–1 s–1 k = 3,02 L · mol–1 s–1 Ea = 267 kJ/mol Ea = 139 kJ/mol k = 4,7 · 10–3 L · mol–1 s–1 Ea = 52,3 kJ/mol Ea = 178 kJ/mol

651

Anhang

17 Das chemische Gleichgewicht 17.1

a.

c(CS2 ) ∙ c4 (H2 ) = Kc c2 (H2 S) ∙ c(CH4 )

b. c(O2) = Kc c. 17.2

17.3

c2 (CO) = Kc c(CO2 )

d.

c(Ni(CO)4 ) = Kc c4 (CO)

e. c(O2) = Kc f.

c4 (NO) ∙ c6 (H2 O) = Kc c4 (NH3 ) ∙ c5 (O2 )

a. Nach links d. nach rechts b. nach links e. nach links c. nach links f. nach links p(CS2 ) ∙ p4 (H2 ) 2 = Kp = Kc (RT) a. 2 p (H2 S) ∙ p(CH4 ) b. p(O2) = Kp = KcRT 2

p (CO) = Kp = Kc RT p(CO2 ) p(Ni(CO)4 ) = Kp = Kc (RT)–3 d. p4 (CO) c.

17.18 a. p(H2) = 73,3 kPa b. Kp = 2,61 · 10–3 kPa–1 17.19 Kp = 967 kPa2 17.20 Kp = 1,89 · 105 kPa3 17.21 Kc = Kp = 3,94 17.22 a. n(ONCl) = 0,436 mol; n(NO) = 0,564 mol; n(Cl2) = 0,282 mol b. 1,282 mol c. p(ONCl) = 34,4 kPa; p(NO) = 44,6 kPa; p(Cl2) = 22,3 kPa; Kp = 37,3 kPa; Kc = 7,67 · 10–3 mol/L 17.23 p(NO) = 1,99 kPa

18 Säuren und Basen 18.1

e. p(O2) = Kp = Kc RT f. 17.4 17.5

17.6

17.7 17.8

17.9 17.10 17.11 17.12

17.13 17.14 17.15 17.16 17.17

652

p4 (CO) ∙ p6 (H2 O) = Kp = Kc RT p4 (NH3 ) ∙ p5 (O2 )

Endotherm a. Exotherm. Das Gleichgewicht verlagert sich: b. nach rechts c. nicht d. nicht e. nach links f. nach rechts a. Nach rechts d. nach links b. nach rechts e. keine Verlagerung c. nach rechts a. Nach rechts c. nach rechts b. keine Verlagerung d. nach rechts a. Nach links b. weiter nach links c. Kp = 0,142 kPa–1 Nach rechts Kc = 61 a. c(Cl2) = 0,05 mol/L; c(PCl5) = 0,024 mol/L b. Kc = 0,104 mol/L a. c(SO3) = 0,0380 mol/L; c(SO2) = 0,0220 mol/L c(O2) = 0,0110 mol/L b. Kc = 3,69 · 10–3 mol/L; Kp = 30,7 kPa a. c(CH3OH) = 0,0028 mol/L b. Kp = 5,95 · 10–7 kPa–2 c(H2O) = c(CO) = 0,280 mol/L; c(H2) = c(CO2) = 0,320 mol/L c(IBr) = 5,07 · 10–2 mol/L; c(I2) = c(Br2) = 4,67 · 10–3 mol/L; Kp = 8,5 · 10–3 c(BrCl) = 7,69 · 10–2 mol/L; c(Br2) = c(Cl2) = 2,91 · 10–2 mol/L a. c(CO) = 0,0356 mol/L; c(CO2) = 0,0144 mol/L b. m(Fe) = 0,804 g

18.2

18.3

18.4

Brønsted: Säure 1 (NH+4 ) reagiert mit Base 2 (NH– 2 ) zur konjugierten Base 1 (NH3) und konjugierten Säure 2 + (NH3). Lewis: NH– 2 verdrängt NH3 nucleophil aus NH4 . Lösungsmittelbezogen: Die Säure (NH4Cl) reagiert mit der Base (NaNH2) zum Salz (NaCl) und dem Lösungsmittel (NH3). Arrhenius: H2O ist weder Säure noch Base. BrønstedLowry: H2O ist amphoter, es kann als Säure und als Base wirken, z. B. – H2 O + NH– 2 ⇄ OH + NH3 + + NH bzw. H2 O + NH+ ⇄ H O 3 3 4 Lewis: H2O kann ein Elektronenpaar zur Verfügung stellen, um mit einer Säure eine kovalente Bindung einzugehen, z. B. H2O + H+ → H3O+ a. H2 PO– d. S2– 4 2– b. HPO4 e. HSO– 4 – c. NH2 f. CO23– a. H3O+ d. H3AsO4 b. H2S e. HF c. NH+ f. HNO2 4

18.5 a) b) c) d) e) f) 18.6

18.7

a. b. c. d. e. a. b. c. d. e. f.

Säure 1

Base 2

Säure 2

Base 1

HCl HSO– 4 H2 PO– 4 H3O+ HSO– 4 H2O

NH3 CN– CO23– HS– N2H4 NH– 2

NH+ 4 HCN HCO– 3 H2S N 2 H+ 5 NH3

Cl– SO24– HPO24– H2O SO24– OH–

– H2 O + NH– 2 ! OH + NH3 HF + NH3 → NH+ + F– 4 – + HSO3 + NH3 → NH4 + SO23– – NH+ 4 + OH → NH3 + H2 O HOCl + OH– → OCl– + H2O OH– + H3O+ ⇄ H2O + H2O N3– + H2O ⇄ HN2– + OH– H2 O + H2 SO4 ⇌ H3 O+ + HSO– 4 + HCO– 3 + H3 O ⇄ CO2 + 2 H2 O O2– + H2O ⇄ OH– + OH– SO24– + H3 O+ ⇄ HSO– 4 + H2 O

Anhang E: Lösungen zu den Übungsaufgaben 18.8 18.9 18.10 18.11 18.12 18.13

18.14

Säuren: H3O+ > H3PO4 > HCN > H2O > NH3 – – – Basen: NH– 2 > OH > CN > H2 PO4 > H2 O – Säuren: HSO4 > CH3 CO2 H > H2 S > HCO– 3 > H2 O 2– Basen: OH– > CO23– > HS– > CH3 CO– 2 > SO4 a. Ja c. nein b. nein d. ja a. Nein c. ja b. ja d. nein a. HBr > H2Se > AsH3 b. H2Te > H2Se > H2S e. HBr a. H3PO4 b. H3AsO4 f. H2SO4 c. H2SO4 g. HClO3 d. H2CO3 a. P3– e. F– b. NH3 f. PO34– 2– c. SiO3 g. HSO– 3 – d. NO2

18.15

19 Säure-Base-Gleichgewichte

19.2

a. c(H+) = 0,015 mol/L; c(OH–) = 6,7 · 10–13 mol/L b. c(H+) = 2,0 · 10–12 mol/L; c(OH–) = 0,0050 mol/L c. c(H+) = 3,0 · 10–4 mol/L; c(OH–) = 3,3 · 10–11 mol/L d. c(H+) = 3,1 · 10–13 mol/L; c(OH–) = 0,032 mol/L a. pH = 4,14 d. pH = 10,51 b. pH = 1,08 e. pH = 12,62 c. pH = 7,41

19.3 a. b. c. d. e. 19.4 19.5 19.6

19.14 19.15 19.16 19.17 19.18 19.19 19.20 19.21 19.22

H2SeO4 ist stärker sauer als Te(OH)6 18.16 a. Säure: AuCN; Base: CN– b. Säure: HF; Base: F– c. Säure: S; Base: S2– d. Säure: CS2; Base: SH– e. Säure: Fe; Base: CO f. Säure: SeF4; Base: F– 18.17 a. Nucleophil, OH– verdrängt I– b. Nucleophil, S2– verdrängt OH– c. Elektrophil, FeBr3 verdrängt Br+ d. Nucleophil, OH– verdrängt NH3 e. Elektrophil, H+ verdrängt NO+ 2 f. Elektrophil, AlCl3 verdrängt CH+ 3

19.1

19.7 19.8 19.9 19.10 19.11 19.12 19.13

c(H+)

c(OH–)

5,9 · 10–2 mol/L 1,2 · 10–11 mol/L 2,1 · 10–10 mol/L 2,2 · 10–2 mol/L 1,4 · 10–14 mol/L

1,7 · 10–13 mol/L 8,3 · 10–4 mol/L 4,8 · 10–5 mol/L 4,6 · 10–13 mol/L 6,9 · 10–1 mol/L

KS = 7,3 · 10–6 mol/L KB = 4,0 · 10–6 mol/L pH = 11,37

19.23 19.24 19.25 19.26 19.27 19.28 19.29 19.30 19.31 19.32 19.33

pH = 2,20 n(HClO2) = 0,00154 mol KS = 1,3 · 10–5 mol/L KS = 4,7 · 10–2 mol/L KB = 2,3 · 10–5 mol/L KS = 3,8 · 10–3 mol/L a. c(H+) = 4,9 · 10–3 mol/L b. 3,1 % a. c(H+) = 3,9 · 10–3 mol/L b. 1,6 % –4 mol/L; – c(N2 H+ 5 ) = c(OH ) = 4,4 ∙ 10 c(N2 H4 ) = 0,15 mol/L –5 mol/L; – c(H5 C6 NH+ 3 ) = c(OH ) = 1,7 ∙ 10 c(H5 C6 NH2 ) = 0,40 mol/L 2,7 % c0(HA) = 1,5 · 10–3 mol/L a. c(HClO2) = 0,082 mol/L b. n(HClO2) = 0,112 mol c(HN3) = 0,18 mol/L c(N(CH3)3) = 0,57 mol/L c(H+ ) = 1,9 ∙ 10–5 mol/L; c(N– 3 ) = 0,13 mol; c(HN3 ) = 0,10 mol/L – c(H+ ) = 3,9 ∙ 10–4 mol/L; c(HCO2 ) = 0,07 mol/L; c(HCO2 H) = 0,15 mol/L –8 mol/L; c(OH– ) = 0,15 mol/L; c(HONH+ 3 ) = 1,2 ∙ 10 c(HONH2 ) = 0,20 mol/L c(NH3 ) = 0,15 mol/L; c(OH– ) = 0,05 mol/L; –5 mol/L c(NH+ 4 ) = 5,4 ∙ 10 – + c(H ) = 0,048 mol/L; c(ClO2 ) = 0,048 mol/L; c(HClO2 ) = 0,21 mol/L a. pH = 3,70 b. 0,56 % pH = 4,34 KS = 5,5 · 10–5 mol/L KS = 3,2 · 10–6 mol/L c(N2H5Cl) = 0,69 mol/L pH = 4,86 n(NaOCl) = 9,85 · 10–3 mol

19.34

c(NH+ 4) = 0,57 c(NH3 )

19.35

c(Benzoesäure) = 0,16 c(Benzoat)

–4 mol/L; 19.36 c(H+ ) = c(HCO– 3 ) = 1,24 ∙ 10 c(CO23– ) = 4,7 ∙ 10–11 mol/L; c(CO2 ) = 0,034 mol/L; pH = 3,91 19.37 c(H3 AsO4 ) = 0,26 mol/L; c(H+ ) = c(H2 AsO– 4)= 3,8 ∙ 10–2 mol/L; c(HAsO24– ) = 1,7 ∙ 10–7 mol/L; 3– c(AsO4 ) = 2,3 ∙ 10–18 mol/L 19.38 c(S2–) = 4,0 · 10–26 mol/L; c(HS–) = 5,9 · 10–8 mol/L 19.39 a. pH = 8,21 c. pH = 2,78 b. pH = 8,60 d. pH = 4,50 19.40 c(Natriumbenzoat) = 0,63 mol/L 19.41 KS = 4,3 · 10–7 mol/L 19.42 a. pH = 3,90 b. pH = 8,45 c. pH = 12,16 19.43 a. pH = 9,43 b. pH = 5,28 c. pH = 1,78 19.44 KS = 5,36 · 10–6 mol/L

653

Anhang

20 Löslichkeitsprodukt und KomplexGleichgewichte 20.1

20.2 20.3 20.4 20.5 20.6

20.7 20.8 20.9 20.10 20.11 20.12 20.13 20.14 20.15 20.16 20.17 20.18 20.19 20.20 20.21 20.22 20.23 20.24 20.25 20.26 20.27

20.28

a.

c2 (Bi3+ ) ∙ c3 (H2 S) = LS c6 (H+ )

b. c(Pb2+ ) ∙ c(CrO24– ) = L c. c2 (Ag+ ) ∙ c(C2 O24– ) = L – d. c (Ag+ ) ∙ c(IO3 ) = L e. c(Cr3+) · c3(OH–) = L f. c3 (Ba2+ ) ∙ c2 (PO34– ) = L L(Cd(OH)2) = 7,2 · 10–15 mol3/L3 L(Ce(OH)3) = 2,0 · 10–20 mol4/L4 L(Ba(IO3)2) = 4,0 · 10–9 mol3/L3 L(Pb(IO3)2) = 3,6 · 10–13 mol3/L3 a. Löslichkeit Ag2CO3 = 1,3 · 10–4 mol/L > Löslichkeit CuCO3 = 1,6 · 10–5 mol/L b. Löslichkeit Ag2S = 2,5 · 10–15 mol/L ≈ Löslichkeit CuS = 2,4 · 10–15 mol/L a. 1,0 · 10–3 mol/L b. 1,1 · 10–4 mol/L 1,1 · 10–12 mol/L 5,5 · 10–8 mol/L n(BaF2) = 3,1 · 10–6 mol n(PbBr2) = 1,6 · 10–5 mol c(Na+ ) = 0,16 mol/L; c(Cl– ) = 0,30 mol/L; c(Ba2+ ) = 0,070 mol/L; c(C2 O24– ) = 3,3 ∙ 10–7 mol/L c(F–) = 2,7 · 10–3 mol/L 2– c(SO4 ) = 3,1 ∙ 10–8 mol/L c (NH+ 4 )  7,3 mol/L c(NH3) ≥ 0,14 mol/L Keine Fällung; Ionenprodukt = 8,7 · 10–7 < L = 1,7 · 10–5 mol3/L3 Es kommt zur Fällung; Ionenprodukt = 2,35 · 10–6 > L = 5,2 · 10–11 mol3/L3 Es kommt zur Fällung; Ionenprodukt = 2,2 · 10–4 > L = 4,9 · 10–5 mol2/L2 a. PbSO4 fällt zuerst aus b. c(Pb2+) = 8,3 · 10–5 mol/L CdS fällt aus, NiS und CoS nicht c(H+) ≥ 2,9 · 10–5 mol/L pH = –0,1 pH = 1,1 pH = 0,1 c(Pb2+) = 1,1 · 10–6 mol/L n(AgCl) = 2,4 · 10–2 mol; n(AgBr) = 1,4 · 10–3 mol; n(AgI) = 1,9 · 10–5 mol Es fällt kein AgCl aus; Ionenprodukt = 2,6 · 10–11 < L = 1,7 · 10–10 mol2/L2

21 Grundlagen der chemischen Thermodynamik 21.1

21.2 21.3 21.4 21.5 21.6 21.7 21.8 21.9 21.10

21.11 21.12 21.13 21.14

21.15 21.16 21.17 21.18 21.19 21.20 21.21 21.22 21.23 21.24 21.25 21.26 21.27 21.28 21.29

Die Enthalpie H hängt mit der inneren Energie U über die Beziehung H = U + pV zusammen (p = Druck, V = Volumen des Systems). a. ΔU = –1364,3 kJ/mol; b. ΔH0 = –1366,8 kJ/mol ΔU0 = –5459,55 kJ/mol ΔU0 = –1405,8 kJ/mol ΔU0 = –66,57 kJ/mol ΔU0 = –726,66 kJ/mol ΔH0f = –184,79 kJ/mol Erste Reaktion: ΔG0 = 267,4 kJ/mol; zweite Reaktion: ΔG0 = –207,0 kJ/mol; die zweite Reaktion läuft ab. Ja: ΔG0 = –675,6 kJ/mol BCl3 hydrolisiert bei 25 °C, BF3 nicht; Für die Reaktion mit BF3 ist ΔG0 = +12,09 kJ/mol, für die mit BCl3 ist ΔG0 = –266,19 kJ/mol a. Nein, ΔG0 > 0 b. Ja, ΔG0 = –41,6 kJ/mol ΔG0 = –48,39 kJ/mol, Ameisensäure zersetzt sich spontan ΔG0 = –467 kJ/mol, Phosgen bildet sich freiwillig a. ΔG0 = –101,01 kJ/mol b. ΔS0 = –120,6 J/(mol K) c. ΔS0 = –120,6 J/(mol K) ΔG0f = 18,28 kJ/mol S0(Diamant) = 2,437 J/(mol K), die Ordnung im Diamanten ist größer a. ΔG0 = +38,3 kJ/mol, die Reaktion läuft nicht ab b. ΔG0 = –11,8 kJ/mol, die Reaktion läuft freiwillig ab a. ΔG0 = +130,30 kJ/mol, die Reaktion läuft nicht ab b. ΔG0 = –25,70 kJ/mol, die Reaktion läuft freiwillig ab 239,7 K oder –33,4 °C 342,2 K oder 69,0 °C S0 = 207 J/(mol K) c. p = 28,6 kPa a. ΔH0 = 30,87 kJ/mol d. p = 42,9 kPa b. Kp = 28,6 kPa Kp = 5,17 · 10–2 kPa Kp = 1,44 · 106 Kp = 4,32 · 10–5 kPa–2 ΔG0 = 27 kJ/mol a. ΔH0 = 181 kJ/mol b. Kp = 1,37 · 10–3 a. ΔH0 = 57,8 kJ/mol b. Kp = 1,02 · 10–3 Kp = 1,04 · 10–8 kPa–2

22 Elektrochemie 22.1

654

a. Kathode: 2 H2O + 2 e– → H2 + 2 OH– Anode: 2 H2O → 4 H+ + O2 + 4 e– b. Kathode: 2 H2O + 2 e– → H2 + 2 OH– Anode: 2 Cl– → Cl2 + 2 e– c. Kathode: Cu2+ + 2 e– → Cu Anode: 2 Cl– → Cl2 + 2 e– d. Kathode: Cu2+ + 2 e– → Cu Anode: 2 H2O → 4 H+ + O2 + 4 e–

Anhang E: Lösungen zu den Übungsaufgaben 22.2 22.3

22.4 22.5

22.6 22.7 22.8 22.9 22.10 22.11

22.12

22.13

22.14 22.15 22.16

22.17

22.18 22.19 22.20

Kathode: Ag+ + e– → Ag Anode: Ag → Ag+ + e– a. m(Ni) = 0,684 g b. m(Bi) = 4,87 g c. m(Ag) = 31,44 g a. 28,6 min b. 140 min a. Pb2+ + 2 H2O → PbO2(s) + 4 H+ + 2 e– b. m(PbO2) = 1,39 g c. 51,7 min a. 780 C b. 0,867 A V(Cl2) = 5,99 L V(Cl2) = 6,00 L; c(OH–) = 1,07 mol/L c(Cu2+) = 0,358 mol/L; c(Cl–) = 0,716 mol/L a. m(C) = 334 g b. 1,19 s a. ΔE0 = 2,234 V b. Mg + Sn2+ → Mg2+ + Sn c. Die Sn2+|Sn-Elektrode ist der Pluspol a. ΔE0 = 0,575 V b. Ni + Cu2+ → Ni2+ + Cu c. Die Cu2+|Cu-Elektrode ist der Pluspol a. Kathode: Cl2(g) + 2 e– → 2 Cl– Anode: 2 I– → I2(s) + 2 e– b. ΔE0 = 0,8228 V c. Die Cl2|Cl–-Elektrode ist die Kathode E0(U3+|U) = –1,798 V E0(Pd2+|Pd) = +0,951 V a. PbSO4; Cd2+; Cr3+ b. Au+ ; PbO2 + SO24– + H+ ; HOCl + H+ ; Ce4+ c. Tl3+ d. Ga; Cr; Zn e. Au+; Cl–; Cr3+; Tl+ f. Cu; S + H2O a. Findet nicht statt b. H2O2 + 2 Ag+ → 2 Ag + O2 + 2 H+ c. PbO2 + 2 Cl– + 4 H+ → Pb2+ + Cl2 + 2 H2O d. Ag+ + Fe2+ → Ag + Fe3+ e. Findet nicht statt + f. 6 I– + 2 NO– 3 + 8 H → 3 I2 + 2 NO + 4 H2 O g. Findet nicht statt h. H2SO3 + 2 H2S → 3 S + 3 H2O 2+ + 2 H2 O → 5 MnO2 + 4 H+ i. 2 MnO– 4 + 3 Mn 2+ j. Hg + Hg → Hg22+ k. Findet nicht statt c. Ja, → In3+ a. In+ disproportioniert b. In3+ a. Tl+ disproportioniert nicht c. Ja, → Tl3+ + b. Tl a. E0(Ti3+|Ti) = –1,210 V; Ti2+ disproportioniert nicht; Ti reagiert mit H+, → Ti3+ b. E0(Co3+|Co2+) = +1,818 V; Co2+ disproportioniert nicht; Co reagiert mit H+, → Co2+ c. E0(Au3+|Au+) = +1,401 V; Au+ disproportioniert; Au reagiert nicht mit H+ d. E0(Eu2+|Eu) = –2,812 V; Eu2+ disproportioniert nicht; Eu reagiert mit H+, → Eu3+

2–

22.21 a. Pb + (aq) + SO4 (aq) → PbSO4 (s) b. Pb(s)|PbSO4 (s)|SO24– (aq)||Pb2+ (aq)|Pb(s) c. ΔE0 = +0,233 V d. ΔG0 = –45,0 kJ/mol 22.22 a. Ag+(aq) + I–(aq) → AgI(s) b. Ag(s)|AgI(s)|I–(aq)||Ag+(aq)|Ag(s) c. ΔE0 = +0,951 V d. ΔG0 = –91,8 kJ/mol 22.23 Pt(s)|H2(g)|OH–(aq)||H+(aq)|H2(g)|Pt(s); ΔE0 = 0,828 V; ΔG0 = –79,9 kJ/mol 22.24 Pt(s)|H2(g)|H+(aq)|O2(g)|Pt(s); ΔE0 = 1,229 V; ΔG0 = –474,3 kJ/mol 22.25 a. ΔE0 = 0,292 V b. ΔG0 = –56,4 kJ/mol; ΔS0 = –123 J/(mol K) 22.26 a. ΔG0 = –509,5 kJ/mol b. ΔG0f (XeF2 , aq) = –43,5 kJ/mol c. K = 1,0 · 1011 22.27 a. K = 2,0 · 103 – 10 b. K = 6,5 · 10 22.28 a. ΔE = 2,180 V; Mg + Ni2+ → Mg2+ + Ni; die Ni2+|Ni-Elektrode ist der Pluspol b. ΔE = 1,262 V; Cd + 2 Ag+ → Cd2+ + 2 Ag; die Ag+|Ag-Elektrode ist der Pluspol c. ΔE = 2,238 V; Zn + Cl2 → Zn2+ + 2 Cl–; die Cl2|Cl–-Elektrode ist der Pluspol 22.29 c(Cd2+) = 2,19 mol/L 22.30 c(Ag+) = 0,026 mol/L 22.31 a. ΔE0 = –0,13 V, die Reaktion läuft nicht ab b. ΔE0 = +0,04 V, die Reaktion läuft ab 22.32 E = 1,22 V 22.33 a. Das Potenzial nimmt um 0,0089 V zu b. Das Potenzial nimmt um 0,0089 V ab 22.34 a. ΔE0 = 0,012 V b. c(Sn2+) = 1,435 mol/L; c(Pb2+) = 0,565 mol/L 22.35 a. Kathode: 2 H+ + 2 e– → H2(g) Anode: H2(g) → 2 H+ + 2 e–; die Konzentrationen in beiden Halbzellen gleichen sich an. b. ΔE = +0,136 V c. ΔE = +0,175 V 22.36 a. Kathode: Ga3+ + 3 e– → Ga(s) Anode: Ga(s) → Ga3+ + 3 e–; die Konzentrationen in beiden Halbzellen gleichen sich an. b. ΔE = +0,016 V c. Die Halbzelle mit c(Ga3+) = 0,300 mol/L ist der Minuspol 22.37 Ja. Man benötigt eine Elektrode, die auf H+-Ionen anspricht, zum Beispiel eine Glaselektrode, und eine Bezugselektrode. 22.38 Die elektrische Energie, die sich bei gleicher Masse speichern lässt, beträgt nur ca. 1 % des Brennwerts von Benzin. Bei einem Wirkungsgrad von 90 % für einen Elektromotor und 20 % für einen Benzinmotor kann man aus der gleich schweren Benzinmenge etwa 22mal mehr Energie zum Antrieb nutzen. 2

655

Anhang

23 Wasserstoff 23.1

23.2

23.3

23.4 23.5

23.6

H2O(g) + C → H2(g) + CO(g) H2O(g) + CH4(g) → 3 H2(g) + CO(g) H2O(g) + Fe → H2(g) + FeO(s) 2 H2O + 2 M → H2 + 2 M+ + 2 OH– (M = Li, Na, K, Rb, Cs) 2 H2O + M → H2 + M2+ + 2 OH– (M = Ca, Sr, Ba) 2 H+(aq) + M → H2(g) + M2+(aq) (M = Mg, Mn, Fe, Zn u. a.) Elektrolyse von Wasser a. Na(s) + H2(g) → 2 NaH(s) b. Ca(s) + H2(g) → CaH2(s) c. Cl2(g) + H2(g) → 2 HCl(g) d. N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) e. Cu2O(s) + H2(g) → 2 Cu(s) + H2O(g) f. CO(g) + 2 H2(g) → H3COH(l) Salzartige Hydride haben einen ionischen Aufbau mit H–-Ionen, sie reagieren mit Säuren und mit Wasser zu H2. Bei Einlagerungshydriden sind H-Atome in Lücken einer Metall-Atompackung eingelagert, sie sind nicht stöchiometrisch zusammengesetzt und sind elektrische Leiter. CaH2(s) + 2 H2O → 2 H2(g) + Ca(OH)2(aq) HCl(g) + H2O → H3O+(aq) + Cl–(aq) a. m(H2) = 0,263 g b. m(H2) = 0,504 g c. m(H2) = 1,275 g Masse von 22,4 L Luft: 29,0 g; der Ballon kann einschließlich seines eigenen Gewichts 96,2 kg tragen.

24 Halogene 24.1

24.2

24.3

656

a. CaF2(s) + H2SO4(l) → 2 HF(g) + CaSO4(s); HF(l) + KF(s) → KHF2(s); Elektrolyse: 4 HF + 2 e– → H2 + 2 HF– 2 (Kathode) – und 2 HF– 2 ! F2 + 2 HF + 2 e (Anode) b. Elektrolyse: Na+ + e– → Na(l) (Kathode) und 2 Cl– → Cl2(g) + 2 e– (Anode) c. 2 Br–(aq) + Cl2 → Br2(l) + 2 Cl–(aq) – d. 2 IO– 3 + 5 HSO3 (aq) → 2– I2 (s) + 5 SO4 (aq) + 3 H+ (aq) + H2 O e. PBr3(l) + 3 H2O → 3 HBr(g) + H3PO3(aq) a. 2 Cl–(aq) + MnO2(s) + 4 H+(aq) → Cl2(g) + Mn2+(aq) + 2 H2O – + b. 2 Cl (aq) + PbO2(s) + 4 H (aq) → Cl2(g) + Pb2+(aq) + 2 H2O – c. 10 Cl– (aq) + 2 MnO4 (aq) + 16 H+ (aq) → 5 Cl2 (g) + 2 Mn2+ (aq) + 8 H2 O – 2– d. 6 Cl (aq) + Cr2 O7 + 14 H+ → 3 Cl2 (g) + 2 Cr3+ (aq) + 7 H2 O Herstellungsmöglichkeit für F2: nein; Br2 und I2: ja; die Potenziale reichen nicht zur Oxidation von F–, wohl aber zur Oxidation von Br– und I–. 2– a. 6 HF(aq) + SiO2 (s) → 2 H+ (aq) + SiF6 (aq) + 2 H2 O b. 2 HF(aq) + Na2CO3(s) → 2 Na+(aq) + 2 F–(aq) + CO2(g) + H2O – c. HF(aq) + KF(s) → K+ (aq) + HF2 (aq) d. 2 HF(aq) + CaO(s) → CaF2(s) + H2O

24.4

24.5

a. H2(g) + Cl2(g) → 2 HCl(g) b. Zn(s) + Cl2(g) → ZnCl2(s) c. P4(s) + 6 Cl2(g) → 4 PCl3(l) P4(s) + 10 Cl2(g) → 4 PCl5(s) d. S8(s) + 4 Cl2(g) → 4 S2Cl2(l) e. H2 S(g) + Cl2 (g) → 2 HCl(g) + 18 S8 (s) hn f. CO(g) + Cl2 (g) ! COCl2 (g) hn g. SO2 (g) + Cl2 (g) ! SO2 Cl2 (l) – h. 2 I (aq) + Cl2(g) → I2(s) + 2 Cl–(aq) i. H2O + Cl2(g) ⇄ H+(aq) + Cl–(aq) + HOCl(aq) d. ScCl3 a. BeF2 b. FeCl2 e. SrCl2 c. SrI2

24.6

24.7

24.8

trigonal-bipyramidale Verteilung der Elektronenpaare am zentralen Iod-Atom mit einsamen Elektronenpaaren in den äquatorialen Positionen.

24.9

24.10 m(Cl2) = 992 g. Cl2 entweicht an der Anode; m(NaOCl) = 1042 g, kalte Lösung, Cl2 darf nicht entweichen, sondern muss mit den an der Kathode gebildeten OH–-Ionen reagieren; m(NaClO3) = 496 g, warme Lösung, Cl2 darf nicht entweichen, sondern muss mit den an der Kathode gebildeten OH–-Ionen reagieren.

26 Die Elemente der sechsten Hauptgruppe 26.1 26.2

26.3

Als O2 in Luft; gebunden in Wasser, SiO2 und in Silicat-, Carbonat-, Sulfat- und Oxid-Mineralien. a. 2 HgO(s) → 2 Hg(l) + O2(g) b. 2 Na2O2(s) → 2 Na2O(s) + O2(g) c. 2 H2O2(aq) → 2 H2O(l) + O2(g) d. 2 NaNO3(s) → 2 NaNO2(s) + O2(g) e. 2 KClO3(s) → 2 KCl(s) + 3 O2(g) f. 2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g) (Elektrolyse) a. O2(g) + K(s) → KO2(s) b. O2(g) + 2 Na(s) → Na2O2(s) c. O2(g) + 4 Li(s) → 2 Li2O(s) d. O2(g) + 2 Mg(s) → 2 MgO(s) e. O2(g) + Ba(s) → BaO2(s) f. O2(g) + C(s) → CO2(g) g. 5 O2(g) + P4(s) → P4O10(s) h. O2(g) + N2(g) → 2 NO(s)

Anhang E: Lösungen zu den Übungsaufgaben a. 2 ZnS(s) + 3 O2(g) → 2 ZnO(s) + 2 SO2(g) b. H5C2OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(g) c. C5H12(l) + 8 O2(g) → 5 CO2(g) + 6 H2O(g) d. 2 C6H6(l) + 15 O2(g) → 12 CO2(g) + 6 H2O(g) s*2p 26.5 p*2p ↑ p2 p ↓↑↓↑ s2p ↓↑ s*2s ↓↑ s2s ↓↑ Die Bindungsordnung beträgt 2,5, es ist ein ungepaartes Elektron vorhanden. 26.6 a. 2 CH4(g) + 3 O2 → 2 CO(g) + 4 H2O b. CH4(g) + 2 O2 → CO2(g) + 2 H2O 26.7 Es käme zu keiner Förderung des Schwefels, weil der Schwefel: a. nicht schmelzen würde b. eine zu hohe Viskosität hätte 26.8 a. S(s) + O2(g) → SO2(g) b. S(s) + S2– (aq) → S22– (aq) c. S(s) + SO23– (aq) → S2 O23– (aq) d. S(s) + Fe(s) → FeS(s) e. S(s) + 2 F2(g) → SF4(g) S(s) + 3 F2(g) → SF6(g) f. 2 S(s) + Cl2(g) → S2Cl2(l) g. S(s) + 4 HNO3(l) → SO2(g) + 4 NO2(g) + 2 H2O + 26.9 a. H2 O + SO2 (g) → HSO– 3 (aq) + H (aq) b. H2O + SO3(g) → H2SO4(l) c. 6 H2O + Al2S3(s) → 3 H2S(g) + 2 Al(OH)3(s) d. H2O + SeO2(s) → H2SeO3(aq) e. H2O + H2SO5(l) → H2SO4(aq) + H2O2(aq) f. H2O + H2S2O7(l) → 2 H2SO4(l) 26.10 a. b. 26.4

c.

g.

i.

h)

j.

26.11 Mit dem Präfix Per- werden Säuren in der höchsten Oxidationszahl eines Elements bezeichnet. Das Präfix Peroxo- zeigt die Anwesenheit einer Peroxo-Gruppe ( — O — O — ) an. 26.12 SO3 + HCl → HOSO2Cl H2O2 + ClSO3H → H2SO5 + HCl H2O2 + 2 ClSO3H → H2S2O8 + 2 HCl

27 Die Elemente der fünften Hauptgruppe 27.1 27.2

27.3

27.4

d.

e. f. 27.5

27.6

Das Gleichgewicht N2 + O2 ⇄ 2 NO liegt bei Raumtemperatur völlig auf der linken Seite. Die Moleküle sind ähnlich in Größe und Gestalt, die London-Kräfte sind vergleichbar. Die NH2-Gruppen beteiligen sich an Wasserstoff-Brücken; da 1,2-Diaminoethan über zwei NH2-Gruppen verfügt, ist es stärker assoziiert. Im NH3 sind relativ starke Wasserstoff-Brücken vorhanden. Bei PH3, AsH3 und SbH3 sind die Wasserstoff-Brücken wesentlich schwächer, da die Bindungen weniger polar und die einsamen Elektronenpaare ausgedehnter sind. a. verdünnte HNO3: 3 Cu(s) + 8 H+ (aq) + 2 NO– 3 (aq) → 3 Cu2+ (aq) + 2 NO(g) + 4 H2 O konzentrierte HNO3: Cu(s) + 4 H+ (aq) + 2 NO– 3 (aq) → Cu2+ (aq) + 2 NO2 (g) + 2 H2 O – b. 4 Zn(s) + 10 H+ (aq) + NO3 (aq) → 4 Zn2+ (aq) + NH+ 4 (aq) + 3 H2 O c. 4 HNO3(l) + P4O10(s) → 2 N2O5(g) + 4 HPO3(s) d. NH3 (g oder aq) + H+ (aq) → NH+ 4 (aq) e. Ca(OH)2(s) + 2 H+(aq) → Ca2+(aq) + 2 H2O a. NH4NO3(l) → N2O(g) + 2 H2O(g) b. 2 NaNO3(l) → 2 NaNO2(l) + O2(g) c. 2 Pb(NO3)2(s) → 2 PbO(s) + 4 NO2(g) + O2(g) d. 2 NaN3(s) → 2 Na(l) + 3 N2(g) e. 2 NO2(g) → 2 NO(g) + O2(g) + +H 2+ a. N2 H4 (aq) + H+ (aq) → N2 H+ 5 ! N2 H6 + + b. HONH2 (s) + H (aq) → HONH3 (aq) + c. NO– 2 (aq) + H (aq) → HNO2 (aq) d. NH3 (g oder aq) + H+ (aq) → NH+ 4 (aq) – + e. NO– 3 (aq) + 3 Cl (aq) + 4 H (aq) → NOCl(aq) + 2 Cl(g) + 2 H2 O

657

Anhang 27.7

27.12

N2O, NH4NO3(l) → N2O(g) + 2 H2O(g); NO,

Cl

Cl a. Cl



Cl Cl

3 Cu(s) + 8 H+ (aq) + 2 NO3 (aq) → 3 Cu2+ (aq) + 2 NO(g) + 4 H2 O oder 4 NH3(g) + 5 O2(g) → 4 NO(g) + 6 H2O(g);

Cl

b. Cl Cl

Cl

c.

d.

2 NO(g) + O2(g) → 2 NO2 oder 2 Pb(NO3)2(s) → 2 PbO(s) + 4 NO2(g) + O2(g);

e.

27.13 a. P4O10 b. P4O6 c. As2O5 27.14 a. 4 As + 3 O2 → As4O6 b. P4 + 5 O2 → P4O10 c. 2 Sb2S3 + 9 O2 → 2 Sb2O3 + 6 SO2

28 Kohlenstoff, Silicium und Bor 28.1

27.8

27.9

4 HNO3(l) + P4O10(s) → 2 N2O5(g) + 4 HPO3(s) a. N2 , CN– , CO, C22– b. CO2 , N2 O, N– 3 c. O3, ONF NH4NO3 kann sich beim schnellen Erhitzen explosionsartig zersetzen.

28.2

27.10

a.

b.

c. 28.3 28.4

d. 28.5

e.

f.

27.11 a. PCl3(l) + 3 H2O → H3PO3(aq) + 3 H+(aq) + 3 Cl–(aq) b. PCl5(s) + H2O → POCl3(l) + 2 HCl(g) c. Ca3P2(s) + 6 H2O → 3 Ca2+(aq) + 6 OH–(aq) + 2 PH3(g) d. H4P2O7(s) + H2O → 2 H3PO4(aq) e. P4O6(s) + 6 H2O → 4 H3PO3(aq) + f. PH+ 4 + H2 O → H (aq) + PH3 (g) g. SbCl3(s) + H2O → SbOCl(s) + 2 HCl(g) h. As2O5(s) + 3 H2O → 2 H3AsO4(aq)

28.6

28.7

28.8

658

Kohlenstoff zeichnet sich durch eine hohe C — C-Bindungsenergie aus, die ähnlich hoch ist wie die Bindungsenergie zwischen einem C-Atom und einem Atom eines anderen Elements. Entsprechendes gilt nicht für andere Elemente. Dadurch können C-Atome im Gegensatz zu Atomen anderer Elemente zu stabilen Ketten und Ringen miteinander verknüpft werden. Außerdem kann ein C-Atom Mehrfachbindungen eingehen. Salzartige Carbide: b und c. Einlagerungscarbide und gute elektrische Leiter: a und e. Kovalent gebundene Carbide: d. Siehe Abb. 28.1 b (S. 430) In einer Kohlenstoff-Nanoröhre sind die Bindungen ähnlich wie in Graphit; es sind delokalisierte p-Bindungen vorhanden. a. Cyanwasserstoff b. Blausäure c. Kaliumcyanid d. Kaliumcyanat e. Kaliumthiocyanat (Kaliumrhodanid) f. Natriumhydrogencarbonat g. Natriumcarbonat hn a. CO(g) + Cl2 (g) ! COCl2 (g) b. CO(g) + S(g) → SCO(g) c. 2 CO(g) + O2(g) → 2 CO2(g) d. FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO2(g) e. Ni(s) + 4 CO(g) → Ni(CO)4(g) a. CaC2(s) + 2 H2O → Ca2+(aq) + 2 OH–(aq) + C2H2(g) b. Al4C3(s) + 12 H2O → 4 Al(OH)3(s) + 3 CH4(g) + c. CO2 (g) + H2 O → HCO– 3 (aq) + H (aq) – d. CaCO3 (s) + CO2 (g) + H2 O → Ca2+ (aq) + 2 HCO3 (aq) a. CaCO3(s) + SiO2(s) → CaSiO3(l) + CO2(g) b. CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) c. CaCO3(s) + 2 H+(aq) → Ca2+(aq) + CO2(g) + H2O

Anhang E: Lösungen zu den Übungsaufgaben 28.9

a.

29 Metalle

b.

29.1

c.

d.

e.

f.

g.

h.

28.10 CF4 reagiert weder mit F– noch mit H2O. SiF4 und BF3 reagieren sowohl mit F– wie mit H2O: SiF4 + 2 F– → SiF26– SiF4 + 2 H2O → SiO2 + 4 HF BF3 + F– → BF– 4 BF3 + H2O → H+ + F3BOH– Das Wasser kann mit einem seiner einsamen Elektronenpaare eine Bindung mit dem unbesetzten p-Orbital im BF3 eingehen (Lewis-Säure-Base-Reaktion), womit die Reaktion einsetzt. Das C-Atom im CF4 ist durch die F-Atome gut abgeschirmt, während das größere Si-Atom im SiF4 unter Bildung eines hypervalenten Zustands angegriffen werden kann. 28.11 a. B2O3(s) + 3 Mg → 2 B(s) + 3 MgO(s) b. 2 BBr3(g) + 3 H2(g) → 2 B(s) + 6 HBr(g) c. 2 B(s) + N2(g) → 2 BN(s) d. B2O3(s) + 3 H2O(g) → 2 B(OH)3(aq) e. B(OH)3(aq) + OH–(aq) → [B(OH)4]–(aq) f. B(OH)3(s) → HBO2(s) + H2O(g) g. 2 B(OH)3(s) → B2O3(s) + 3 H2O(g) h. 2 LiH + B2H6 → 2 Li[BH4] 28.12

28.13



Si 2⊖

6–



Si

Si Si 2⊖

AlO(OH), Al2O3, Alumosilicate; SnO2; TiO2, FeTiO3; NaCl; ZnS, ZnCO3; PbS, PbSO4; CaCO3, MgCa(CO3)2, CaSO4 · 2 H2O, Silicate; Cu,Cu2CO3(OH)2, Cu3(CO3)2(OH)2, Cu2S, CuS, CuFeS2; Ag, AgCl 29.2 a. Als Edelmetall ist Gold nur wenig reaktiv b. BaSO4 ist sehr schwerlöslich in Wasser c. Natrium-Verbindungen sind allgemein leicht in Wasser löslich d. NiS ist sehr schwerlöslich in Wasser 29.3 Sulfide und Carbonate werden geröstet und dadurch in Oxide überführt, z. B. 2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2 ZnCO3 → ZnO + CO2 29.4 Wenn die Metalle stabile Einlagerungscarbide bilden, ist Kohlenstoff als Reduktionsmittel ungeeignet. Als Reduktionsmittel kommen dann H2, Alkali- und Erdalkalimetalle oder Al in Betracht. Für sehr unedle Metalle, wie die Alkalimetalle, reicht das Reduktionspotenzial des Kohlenstoffs nicht für die Reduktion aus. 29.5 a. Erz: natürlich vorkommendes Material, aus dem ein Metall mit vertretbarem Aufwand gewonnen werden kann. b. Gangart: unerwünschtes Gestein, das in einem Erz vorkommt. c. Alaun: Doppelsalz mit einem Alkalimetall und Aluminium als Kationen, Sulfat als Anion und Kristallwasser, z. B. KAl(SO4)2 · 12 H2O. d. Amalgam: Quecksilber-Legierung. e. Schlacke: in flüssiger Form anfallendes Silicat, das sich aus Zuschlagstoffen und der Gangart bildet und zum Abtrennen der Letzteren aus einem Erz dient. 29.6 Mg2+(aq) + 2 OH– → Mg(OH)2(s) Mg(OH)2(s) + 2 H+(aq) + 2 Cl–(aq) → MgCl2(s) + 2 H2O Elektrolyse Mg(l) + Cl (g) MgCl2  2 ! 29.7 a. UO3 + 2 Al → U + Al2O3 b. 3 V2O5 + 10 Al → 6 V + 5 Al2O3 c. WO3 + 2 Al → W + Al2O3 d. Fe2O3 + 2 Al → 2 Fe + Al2O3 29.8 Schmelzflusselektrolyse: Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al. Elektrolyse in wässriger Lösung: Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, In, Tl. 29.9 a. CuCO3 wird durch Laugung mit Schwefelsäure in eine Kupfer(II)-sulfat-Lösung überführt; aus dieser wird Cu durch Elektrolyse erhalten. b. Durch Flotation angereichertes CuFeS2 wird vorgeröstet und mit Zuschlagstoffen zu Kupferstein „verblasen“, der hauptsächlich aus Cu2S besteht. Aus diesem wird durch Röstreaktion das Kupfer gewonnen. Die Reinigung erfolgt durch Elektrolyse, bei der das Rohkupfer als Anode geschaltet und das Reinkupfer an der Kathode abgeschieden wird. 29.10 Der Anodenschlamm setzt sich unter der Anode bei der elektrolytischen Raffination von Kupfer ab; er enthält Silber und Gold. Diese Metalle werden an der Anode nicht oxidiert und gehen deshalb nicht in Lösung.

659

Anhang 29.11 Silber kann aus dem Erz als Amalgam mit Quecksilber oder durch „Cyanidlaugerei“ mit einer Cyanid-Lösung in Anwesenheit von Luft als Dicyanidoargentat herausgelöst werden. 29.12 An der Glaswand bildet sich WO2I2(g), das sich am Glühdraht zersetzt, wobei sich das Wolfram am Draht abscheidet. Es wird die Temperaturabhängigkeit des Gleichgewichts W(s) + O2(g) + I2(g) ⇌ WO2I2(g) ausgenutzt, das bei 500 °C auf der rechten und bei 3000 °C auf der linken Seite liegt. 29.13 a. 2 Na(s) + H2(g) → 2 NaH(s) b. 2 Na(s) + O2(g) → Na2O2 c. 2 Na(l) + S(l) → Na2S(s) d. 2 Na(s) + 2 H2O → 2 Na+(aq) + 2 OH–(aq) + H2(g) e. Na(s) + NH3 (l) → Na+ + e– (NH3 ) (blaue Lösung) – → Na+ + 12 H2 (g) + NH2 2 Na(l) + 2 NH3(g) → 2 NaNH2(s) + H2(g) 29.14 In das Normalpotenzial geht nicht nur die Ionisierungsenthalpie, sondern auch die Hydratationsenthalpie ein; diese ist für das Li+-Ion größer als für das Cs+-Ion, da das kleine Li+-Ion stärker mit umgebenden Teilchen in Wechselwirkung tritt. 29.15 Die geringe Größe des Li-Atoms und des Li+-Ions bedingen die Unterschiede: die Hydratationsenthalpie ist für das Li+-Ion am größten; das Li+-Ion wirkt stärker polarisierend und damit ist der Charakter der Bindungen stärker kovalent als bei den übrigen Alkalimetallen. 29.16 a. Ca(s) + H2(g) → CaH2(s) b. 3 Ca(s) + N2(g) → Ca3N2(s) c. 2 Ca(s) + O2(g) → 2 CaO(s) d. Ca(s) + 2 C(s) → CaC2(s) e. Ca(s) + 2 H2O → Ca(OH)2(s) + H2(g) 29.17 a. 2 Al(s) + 3 Cl2(g) → 2 AlCl3(s) b. 2 Al(s) + 6 HCl(g) → 2 AlCl3(s) + 3 H2(g) c. 4 Al(s) + 3 O2(g) → 2 Al2O3(s) d. 2 Al(s) + 2 OH– (aq) + 6 H2 O → – 2 Al(OH)4 (aq) + 3 H2 (g) 3+ + e. 2 Al(s) + 6 H (aq) → 2 Al (aq) + 3 H2(g) 29.18 Das Aluminium wird durch eine auf der Oberfläche fest haftende Oxidschicht vor dem Angriff des Wassers geschützt. Da die Oxidschicht mit starken Basen reagiert – [→ Al(OH)4 ], kann Natronlauge nicht in einem Aluminiumgefäß aufbewahrt werden (siehe Aufgabe 29.17 d). 29.19 Das Al3+-Ion hat eine hohe Ladung, weshalb das hydratisierte Ion stark sauer ist. Die Säure reagiert mit dem basischen S2–-Ion. Al2S3 wird deshalb vollständig von Wasser zersetzt: 2 Al3+(aq) + 3 S2–(aq) + 6 H2O → 2 Al(OH)3(s) + 3 H2S(g) 29.20 a. Sn(s) + 2 Cl2(g) → SnCl4(l) b. Sn(s) + O2(g) → SnO2(s) c. Sn(s) + 2 S(l) → SnS2(s) d. Sn(s) + 2 H+(aq) → Sn2+(aq) + H2(g) – e. Sn(s) + OH– (aq) + 2 H2 O → Sn(OH)3 (aq) + H2 (g) – + f. 3 Sn(s) + 4 H (aq) + 4 NO3 (aq) → 3 SnO2 (s) + 4 NO(g) + 2 H2 O 29.21 a. 3 PbO2(s) → Pb3O4(s) + O2(g) b. 2 PbO2(s) → 2 PbO(s) + O2(g) c. PbO(s) + H2 O + OH– (aq) → Pb(OH)– 3 (aq)

660

SnS(s) + S2–(aq) → keine Reaktion 2 SnS2(s) + 2 S2–(aq) → [Sn2S6]4–(aq) – PbCl2 (s) + Cl– (aq) → PbCl3 (aq) 2– – SnF4 (s) + 2 F (aq) → SnF6 (aq) 2 Cr(s) + 3 Cl2(g) → 2 CrCl3(s) 2 Fe(s) + 3 Cl2(g) → 2 FeCl3(s) Zn(s) + Cl2(g) → ZnCl2(s) b. 2 Cr(s) + 32 O2 (g) → Cr2 O3 (s) 3 Fe(s) + 2 O2(g) → Fe3O4(s) 2 Zn(s) + O2(g) → 2 ZnO(s) c. Cr(s) + S(l) → CrS(s) Fe(s) + S(l) → FeS(s) Zn(s) + S(l) → ZnS(s) d. 2 Cr(s) + 3 H2O(g) → Cr2O3(s) + 3 H2(g) 3 Fe(s) + 4 H2O(g) → Fe3O4(s) + 4 H2(g) Zn(s) + H2O(g) → ZnO(s) + H2(g) e. Cr(s) + 2 H+(aq) → Cr2+(aq) + H2(g) Fe(s) + 2 H+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g) Zn(s) + 2 H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g) f. 2 Cr(s) + 6 OH– (aq) + 6 H2 O → 2 Cr(OH)36– (aq) + 3 H2 (g) – Fe(s) + OH (aq) → keine Reaktion 2– Zn(s) + 2 OH– (aq) + 2 H2 O → Zn(OH)4 (aq) + H2 (g) 2+ + CrO(s) + 2 H (aq) → Cr (aq) + H2O CrO(s) + OH– → keine Reaktion Cr2O3(s) + 6 H+(aq) → 2 Cr3+(aq) + 3 H2O – Cr2 O3 (s) + 2 OH– (aq) + 3 H2 O → 2 Cr(OH)4 (aq) + CrO3(s) + H (aq) → keine Reaktion bei hoher H+-Konzentration CrO3 (s) + 2 OH– (aq) → CrO24– (aq) + H2 O Die Edelmetalle stehen am Ende der Serie der Übergangsmetalle; wegen ihrer hohen Kernladung bei relativ kleinen Atomen sind die Elektronen ziemlich fest gebunden. Dies gilt vor allem für die Elemente in der sechsten Periode, die nach der Lanthanoidenkontraktion stehen. Die einzelnen Lanthanoide unterscheiden sich in der Konfiguration der 4f-Elektronen, die zur zweitletzten besetzten Schale gehören und sich deshalb im Inneren des Atoms befinden. Dort haben sie wenig Einfluss auf die chemischen Eigenschaften. Fe, Co, Sm und Eu verfügen über eine größere Zahl von ungepaarten Elektronen.

d. e. f. g. 29.22 a.

29.23

29.24

29.25

29.26

30 Komplexverbindungen 30.1

30.2 30.3

a. b. c. a. b. a. b. c. d. e. f. g. h.

+III d. +III g. 0 +III e. +II h. +IV 0 f. +III 1+ c. 1– e. 2– 4– d. 1+ f. 0 Zn[PtCl6] K4[Ni(CN)4] [Co(NH3)4Cl(NO2)]2SO4 K[AuBr4] Na3[Re(CN)4O2] [Pt(NH3)4][Pt(NH3)Cl3]2 [Cr(NH3)4(SCN)2][Cr(NH3)2(SCN)4] Na3[Ag(S2O3)2]

Anhang E: Lösungen zu den Übungsaufgaben

30.4

30.5 30.6 30.7

30.8

30.9

i. j. a. b. c. d. e. f. g.

K2[Rh(OH2)Cl5] [Cu(NH3)4]3[CrCl6]2 Kalium-tetracyanidoniccolat(0) Kalium-tetracyanidoniccolat(II) Ammonium-aquapentachloridoferrat(III) Tetramminkupfer(II)-tetrachloridoplatinat(II) Pentamminnitrito-κO-iridium(III)-chlorid TricarbonyInitrosylcobalt Chloridobis(1,2-diaminoethan)thiocyanatoκS-cobalt(III)-chlorid h. Hexammincobalt(III)-hexanitrito-κN-cobaltat(II) i. Natrium-dicyanidoaurat(I) K = 1,69 · 10–34 KFe[Fe(CN)6] a. A: [Co(NH3)3(OH2)ClBr]Br · H2O B: [Co(NH3)3(OH2)2Cl]Br2 b. Hydrat-Isomere a. [Co(NH3)5(SO4)]NO3 b. [Mn(CO)5(NCS)] c. [Pt(NH3)3Cl][Pt(NH3)Cl3] d. [Co(en)2(OH2)Br]Br2 · H2O [Pt(NH3)4][PtCl6] [Pt(NH3)3Cl][Pt(NH3)Cl5] cis- und trans-[Pt(NH3)4Cl2][PtCl4] mer- und fac-[Pt(NH3)3Cl3][Pt(NH3)Cl3], wobei fac (facial) für eine Anordnung im oktaedrischen Kation steht, bei der alle drei Cl-Liganden zueinander cis-ständig sind, und mer (meridional) für eine Anordnung steht, bei der sich die drei Cl-Liganden in einer Ebene mit dem PtAtom befinden.

30.10

30.12

a.

b.

c.

Cl Cl Cl Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

d.

Cl

Cl Cl

Cl e.

Cl

Cl

30.11

a.

Cl

b. f.

c.

d.

661

Anhang

31 Organische Chemie Teil I: Kohlenwasserstoffe

g.

31.1

a.

b.

c.

d.

e. 30.13 [Ni(CN)4]2– hat keine ungepaarten Elektronen, [NiCl4]2– hat zwei ungepaarte Elektronen. Aus der spektrochemischen Reihe ist für den Cyanido-Komplex auf einen Low-Spin-Komplex zu schließen. 30.14 [Fe(CN)6]3– ist ein Low-Spin-Komplex, [FeF6 ]3– ist ein High-Spin-Komplex. 30.15 a. 250 kJ/mol < P < 460 kJ/mol; tatsächlich ist P = 335 kJ/mol b. Da C2 O24– nach der spektrochemischen Reihe eine geringere Aufspaltung Δo als H2O verursacht, sollte [Mn(C2O4)3]3– ein High-Spin-Komplex sein. 30.16 a. [Fe(OH2)6]2+: High-Spin [Fe(CN)6]4–: Low-Spin [Fe(CN)6]4– b. [Fe(OH2)6]2+ ↑ ↑ ↓↑ ↑

30.17

a. Zn2+, d10



↓↑ ↓↑ ↓↑ Low-Spin ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑

b. Cr2+, d4 c. Cr3+, d3

High-Spin

















↑ ↓↑ ↓↑ ↑ ↑



↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑



31.2

↑ ↑



↑ ↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑

30.18 [Co(NH3)6]2+ ist ein oktaedrischer d7-High-Spin-Komplex. [Co(NH3)6]3+ ist ein oktaedrischer d6-Low-Spin-Komplex. Aufspaltungsdiagramme siehe Abb. 30.18 (S. 493).

662

l.

↑ ↑ ↓↑ ↑ ↑

e. Fe3+, d5

h. Cu2+, d9

i.

↑ ↑

↓↑ ↓↑ ↓↑

g. Cu+, d10

g.

↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑

↓↑ ↑ ↑

d. Fe2+, d6

f. Ni2+, d8

f.

31.3

h.

j.

k.

m.

a. Die niedrigste mögliche Nummer ist zu verwenden: 2-Penten. b. Der Name richtet sich nach der längsten Kette von CAtomen: 2-Methylbutan. c. Die Verbindung existiert nicht (fünf Bindungen am Atom C-2). d. Die niedrigste mögliche Nummer ist für die Mehrfachbindung zu verwenden: 3-Methyl-1-butin. e. Die niedrigsten möglichen Nummern sind zu verwenden: 1,2,3-Trichlorbenzol. f. Die Nummern sind in abnehmender Reihenfolge anzugeben: Bicyclo[4.2.2]decan.

Anhang E: Lösungen zu den Übungsaufgaben

32 Organische Chemie Teil II: Funktionelle Gruppen 32.1

O a. H3C CH2 CH2 C H O b. und c. H3C C CH2 CH3 O d. H3C O CH2 CH3

e. H3C C O CH3

O 31.4

C

H

O

C

OH

OH Br

f.

g.

h. NO2 O

O CH3 i. H3C C CH CH2 CH2 CH3 32.2

a. b. c. d. e. f. g. h. i.

31.5 31.6

31.7

31.8

Für b und d a. Brommethan, Dibrommethan, Tribrommethan und Tetrabrommethan b. 2,3-Dibrombutan c. 2,3-Dibrom-2-buten und 2,2,3,3-Tetrabrombutan d. Brombenzol a. 2-Chlor-2-methylbutan b. 2,2-Dichlorpropan c. 2- und 4-Nitrophenol d. 2- und 4-Bromphenol e. 1,3-Dinitrobenzol f. 1-Brom-3-nitrobenzol g. o- und p-Bromnitrobenzol h. 3-Nitrobenzoesäure i. 2- und 4-Nitrotoluol j. o- und p-Xylol (1,2- und 1,4-Dimethylbenzol) a. Ethen + Br2 b. Ethin + 2 HBr c. Cyclohexen + H2O (Anwesenheit von H2SO4)

j. k. l.

j.

CH3 4-Methyl-1-pentanol 3-Methyl-2-butanol 2-Methyl-2-pentanol 2-Methyl-3-pentanon Ethylisopropylether (2-Ethoxypropan) 4-Methylpentanal Methylphenylether (Methoxybenzol, Anisol) Benzoesäuremethylester (Benzolcarbonsäuremethylester) Methylphenylketon, 1-Phenylethanon, Acetylbenzol (Acetophenon) Benzoesäurechlorid (Benzoylchlorid) Benzoesäureanhydrid 2,3-Butandiol

32.3

32.4

a. Propansäuremethylester, Ameisensäurepropylester, 1-Methoxypropanon, 2- und 3-Methoxypropanal, 1-, 3- und 4-Hydroxy-2-butanon, 2-, 3- und 4-Hydroxybutanal b. 1- und 2-Butanol, 2-Methyl-1-propanol, 2-Methyl-2propanol, Methylpropylether, Methylisopropylether c. Propanal, 1-, 2- und 3-Hydroxypropen d. 2- und 3-Pentanol, Butylmethylether, Ethylpropylether sowie weitere Isomere mit verzweigter C-Atomkette

663

Anhang 32.5

32.6

32.7

32.8

32.9

32.10

32.11

32.12

32.13

a. b. c. d. e. a. b. c. d. e. f. g. a. b. c. a. b.

Butylmagnesiumbromid Pentannitril (Butylcyanid) 1-Butanol Butylethylether Octan Essigsäure und Butansäure Essigsäure und Aceton Propansäure Propansäure Aceton Propansäure 4-Nitrobenzoesäure 2,3-Hexandiol Propanal CO2 und Wasser H5C2 — OH + HBr → H5C2 — Br + H2O H3C — (CH2)2 — MgBr + HBr → H3C — CH2 — CH3 + MgBr2 c. H5C2 — COO–Na+ + HBr → H5C2 — COOH + NaBr a. (H3C)2CH — COOH + OH– → (H3C)2CH — COO– + H2O b. (H3C)2CH — Br + OH– → (H3C)2CH — OH + Br– c. H7C3 — CN + OH– + H2O → H7C3 — COO– + NH3 d. H7C3 — CO — OC2H5 + OH– → H7C3 — COO– + H5C2 — OH e. H3C — CO — Cl + 2 OH– → H3C — COO– + Cl– + H2O f. (H3C — CO)2O + 2 OH– → 2 H3C — COO– + H2O g. H3C — CO — C(CH3)2 — CO — OC2H5 + 2 OH– → H3C — COO– + (H3C)2CH — COO– + H5C2 — OH a. 1-Propanol b. 3-Hexanol c. 3-Methyl-3-pentanol d. Propansäure a. (H3C)2CH — O–Na+ b. Propen c. Diisopropylether d. Propansäureisopropylester e. Aceton — CH — CH a. H5C6 — NH — N — 3 b. H5C6 — CH(OH) — CH3 c. H3C — CH(OH) — CN d. H5C2 — OH — CH — CH e. H3C — N — 3 f. H3C — CH — — CH — C3H7 g. H3C — CH(OH) — CH2 — CHO Propansäure + Methanol in saurer Lösung; Propansäureanhydrid + Methanol; Propansäurechlorid + Methanol

32.14

32.15 1-Propanol und 2-Propanol werden durch nucleophile Substitution mit Br– in 1-Brompropan bzw. 2-Brompropan umgewandelt. Durch Reaktion mit Magnesium werden die Grignard-Verbindungen H7C3MgBr und (H3C)2CHMgBr erhalten. Propanal und Propanon sind durch Oxidation von 1-Propanol bzw. 2-Propanol zugänglich. Sie werden mit den Grignard-Verbindungen umgesetzt, gefolgt von Hydrolyse. Es sind umzusetzen: a. H7C3MgBr + H5C2CHO b. (H3C)2CHMgBr + (H3C)2CO c. H7C3MgBr + (H3C)2CO d. (H3C)2CHMgBr + H5C2CHO CrO3 /H2 SO4

32.16 a. H3 C—CH2 —OH ! H3 C—CHO (H2 SO4 )

b. 2 H3 C—CH2 —OH ! H5 C2 —O—C2 H5 –H2 O

(H2 SO4 ) c. H3 C—CH2 —OH ! H2 C — —CH2 –H2 O

CrO3 /H2 SO4

d. H3 C—CH2 —OH ! H3 C—CHO O2

! H3 C—COOH e. H3C — CH2 — OH + Br – → H3C — CH2 — Br + OH– +Br–

+CN–

–OH

–Br

f. H3 C—CH2 —OH ! – H3 C—CH2 —Br ! – H5 C2 —CN 32.17

a.

b.

c.

d.

f.

664

+H2 (Ni)

! H3 C—CH3

e.

Anhang E: Lösungen zu den Übungsaufgaben 32.18 1-Aminobutan, 2-Aminobutan, 1-Amino-2-methylpropan, 2-Amino-2-methylpropan, Methylpropylamin, Methylisopropylamin, Diethylamin, Ethyldimethylamin. 32.19 a. Ethylamin b. 4-Methylanilin c. Butylmethylamin d. Acetamid e. Diethylammoniumbromid f. Propansäure (Anion) g. Ethylamin h. Benzamid (Benzoesäureamid) i. 4-Hydroxybenzoldiazonium-Ion j. 1,6-Diisocyanatohexan (1,6-Hexandiisocyanat) k. Harnstoff l. 4-Methoxyazobenzol

m. Iodbenzol n. Benzoesäuremethylester 32.20 H5C2 — OH, H3C — COO–, H5C2 — NH2, OH–, H5C2 — O– 32.21 Reaktion von Alanin mit Boc2O, dann mit Isoleucin-tertbutylester, dann Hydrolyse; dann alles noch einmal mit Valin-tert-butylester.

33 Stereochemie, Polymerchemie und supramolekulare Chemie 33.1 33.2

33.3

b, a. b. c. a. b. c.

a.

a.

33.5 33.6 33.7

8 e.e. = 84 % Nur 1-Amino-1-phenylethan, (CH3)(C6H5)CH — NH2, ist geeignet, sofern es enantiomerenrein vorliegt. Hat man vom Amin das R-Enantiomere, dann gibt es mit der Milchsäure die Diastereomeren RR und RS, die sich zum Beispiel durch fraktionierte Kristallisation trennen lassen. Nach Zugabe einer starken Säure können die beiden Enantiomeren der Milchsäure freigesetzt werden. — CF ) a. Tetrafluorethen (F2C — 2 b. Styrol (Vinylbenzol, Phenylethen, H2C — — CH — C6H5) c. 2-Methylpropensäuremethylester [Methacrylsäure— C(CH ) — COOCH ] methylester, H2C — 3 3 — CH — Cl) d. Vinylchlorid (Chlorethen, H2C — e. Isopren [2-Methyl-1,3-butadien, — CH ] H2C — — C(CH3) — CH — 2

b.

c.

b.

d.

c.

e.

33.10

33.11 Die Molekülmasse bleibt unter dem (erwünschten) maximal möglichen Wert. 33.12 Durch die C2H4-Brücke ist das Katalysator-Molekül chiral und kann stereogene Atome bei der Polymerisation hervorbringen. Ohne die Brücke ist es achiral, und die CAtome der Polymerkette werden statistisch R- oder SKonfiguration haben, das Produkt ist ataktisch. 33.13 Das Loch in 15-Krone-5 ist für Na+ passend, das in 18-Krone-6 für K+. 33.14 Eine einzelne H-Brücke lässt sich bei beliebiger Molekülgestalt realisieren.

34 Naturstoffe und Biochemie 34.1

e, f R d. R S e. R R (2R,3R,4R)-2,3,4,5-Tetrahydroxypentanal (3S,4R,5R)-1,3,4,5,6-Pentahydroxyhexan-2-on (2S)-2-Aminopropansäure

33.4

33.8

33.9

a.

b.

d.

34.2 34.3

a. Ja

b. nein

665

Anhang 34.4

a.

35 Kernchemie 35.1

b.

34.5

35.2 35.3 35.4 35.5 34.6

NADH besitzt ein kurzes System von konjugierten Doppelbindungen, das im nahen UV-Bereich absorbiert; der heteroaromatische Ring der oxidierten Form NAD+ zeigt keine Lichtabsorbtion in diesem Spektralbereich.

34.7

a.

b.

35.6 35.7 35.8 35.9 35.10 35.11 35.12 35.13 35.14 35.15 35.16 35.17 35.18 35.19

c.

35.20 34.8

34.9

34.10

34.11 34.12 34.13

666

X steht für eine beliebige Base U, C, A oder G, Y steht für U oder C, Z steht für A oder G: a. GGX — UGY — GUX b. GCX — AUG — UCX, GCX — AUG — AGY c. UUY — AUY — UUZ — AAZ, UUY — AUA — CUX — AAZ Die a-Helix ist eine einsträngige Sekundärstruktur eines Proteins (Abb. 34.7, S. 576). Die Doppelhelix ist die Struktur von DNA, die aus zwei komplementären Nucleotidsträngen besteht (Abb. 34.9, S. 580). Beide sind durch H-Brücken stabilisiert. 86 × 3 = 258 Nucleotide. Minimum-Mr = 258 × 320 = 82560 (die Wasserabspaltung ist bei der mittleren Molmasse von 320 schon berücksichtigt). tRNA: UAC; DNA: TAC und ATG Mit Mr = 324 als Mittelwert für ein Desoxyribonucleotid (als freie Säure) ist w(P) = 0,096 (9,6 %). Unter Standard-Bedingungen könnten maximal 6 Mol ATP pro Mol Glucose aufgebaut werden. 166 kJ/mol werden in Wärme umgesetzt.

35.21

a.

193 83 Bi

189 81 Tl

b.

27 12 Mg

c.

68 34 Se



68 33 As

d.

230 92 U



226 90 Th

e.

24 10 Ne



24 11 Na

+

f.

71 32 Ge

+

a.

250 96 Cm

→ →

27 13 Al

0 –1 e

+ 42 He

g.

75 34 Se

0 –1 e

h.

212 86 Rn



208 84 Po

+ 42 He

i.

210 84 Po



206 82 Pb

+ 42 He

+ 42 He

j.

60 27 Co



60 28 Ni

+

0 –1 e

k.

60 30 Zn



60 29 Cu

+ 01 e

+

+ 01 e



+

0 –1 e



75 33 As

0 –1 e

71 31 Ga

1 → 2 123 48 Cd + 4 0 n

126 1 b. 256 100 Fm → 2 50 Sn + 4 0 n 4,771 MeV 6,79 MeV a. 3,83 MeV c. 0,422 MeV b. 4,66 MeV d. 1,19 MeV 144 60 Nd; Ar = 143,9101 Ar (39 17 Cl) = 38,96801 41 K; Ar = 40,961825 19 a. 0,387 (38,7 %) b. 0,656 (65,6 %) 193 Tage 37 Tage k = 3,76 · 10–3 d–1; t½ = 184 d k = 0,24 a–1; t½ = 2,89 Jahre t½ = 163 d N = 2,53 · 107 Atome; m = 5,62 · 10–15 g 3,21 · 1013 Bq = 32,1 TBq 2,56 · 103 Jahre 43,3 Bq/L U: 1,29 · 104 Bq/g Th: 4,04 · 103 Bq/g Pt: 0,01 Bq/g Re: 635 Bq/g Rb: 918 Bq/g 10–660; selbst wenn die gesamte Erde aus Neptunium bestanden hätte, wäre kein einziges Atom davon übrig geblieben. 232 228 228 228 224 220 216 212 90 Th, 88 Ra, 89 Ac, 90 Th, 88 Ra, 86 Rn, 84 Po, 82 Pb, 212 212 208 83 Bi, 84 Po, 82 Pb

35.22

150 150 150 146 142 66 Dy, 65 Tb, 64 Gd, 62 Sm, 60 Nd

35.23

215 211 207 207 207 207 89 Ac, 87 Fr, 85 At, 84 Po, 83 Bi, 82 Pb

35.24 a.

35 17 Cl

+ 10 n →

32 15 P

+ 42 He

b.

9 4 Be

+ 11 H → 95 B + 10 n

c.

75 33 As

d.

24 12 Mg

+ 21 H →

e.

133 55 Cs

+ 42 He →

f.

209 83 Bi

+ 11 H →

202 84 Po

g.

65 29 Cu

+

12 6C

74 35 Br

h.

7 3 Li

+ 11 H →

75 34 Se



+ 2 10 n

22 11 Na

+ 42 He

133 57 La

+ 4 10 n

+ 8 10 n + 3 10 n

+ 31 H → 62 He + 42 He

Anhang E: Lösungen zu den Übungsaufgaben d. 126 C f. 35.25 a. 105 B 6 Mo b. 3 Li e. 96 g. 42 c. 73 Li c. 238 e. 35.26 a. 248 98 Cf 92 U Cf b. 249 d. 239 f. 98 94 Pu 35.27 8,7358 MeV/Nucleon 35.28 Ar (41 19 K) = 40,96182 35.29 a. 205,1 MeV pro Spaltung; b. 8,419 · 1010 J/g 35.30 1,75 · 1011 J/g d. 94 35.31 a. 85 34 Se 35 Br 112 b. 45 Rh e. 143 56 Ba c. 95 37 Rb

75 33 As 45 21 Sc

36.5 244 96 Cm 250 98 Cf

36 Umgang mit gefährlichen Stoffen 36.1 36.2

36.3

36.4

Stoffe: b, d, f. Zubereitungen: a, h. Erzeugnisse: c, e, g a. Akut toxisch, hautätzend, schwere Augenschäden, korrosiv gegen Metalle c. Leicht entzündbar d. Entzündend e. Akut toxisch a. Flamme auf O, ätzende Flüssigkeit, Gefahr b. Flamme, Stahlflasche, Gefahr c. Totenkopf, toter Fisch, Gefahr d. Flamme auf O, ätzende Flüssigkeit, Gefahr e. Flamme, Gefahr f. Schmerzende Brust, Gefahr g. Ausrufezeichen, toter Fisch, Achtung h. Flamme, Gefahr

36.6

36.7 36.8 36.9

36.10

36.11 36.12 36.13

Temperatur, bei der aus einer Flüssigkeit entzündbare Gase verdampfen. In Deutschland und Österreich ja; in der Schweiz, wenn ein schweizerisches Gesetz es vorsieht. Nur insoweit es die chemischen Eigenschaften (z. B. Toxizität) betrifft, im Übrigen ist das Sprengstoffgesetz maßgeblich. Ja, aber das Fasswechseln darf nur viermal pro Schicht vorkommen. Für krebserzeugende Substanzen gibt es keine AGWWerte. Nur wenn Kenntnisse des Gefahrstoffrechts und der Toxikologie nachgewiesen wurden. Selbstbedienung ist erlaubt, jedoch nicht für Stoffe der Einstufungen akut toxisch, hautreizend, hautätzend, CMR und STOT. In Erfüllung dienstlicher Aufgaben: nein; als Privatperson: ja (im Privatleben ist es dem eigenen Gutdünken überlassen, welche Risiken man eingeht). Ja Ja Nein. Wegen der Schwerlöslichkeit des Bariumsulfats werden Barium-Ionen nur in unkritischen Konzentrationen freigesetzt.

667

Glossar

Glossar

A Abschirmung (Abschn. 7.1, S. 102). Verringerung der auf die Außenelektronen wirksamen Kernladung durch innere Elektronen. Absolute Standard-Entropie S0 (Abschn. 21.6, S. 333). Die Entropie einer Substanz in ihrem Standardzustand; sie kann auf der Basis des dritten Hauptsatzes der Thermodynamik berechnet werden. Absolute Temperaturskala (Abschn. 10.3, S. 157). Skala, bei der es keine negativen Werte gibt; der absolute Nullpunkt der Temperatur, 0 Kelvin, entspricht –273,15 °C. Absorbierte Energiedosis (Abschn. 35.6, S. 604). Als Strahlung absorbierte Energiemenge pro Masse des absorbierenden Körpers. Acetal (Abschn. 32.4, S. 524; Abschn. 32.5, S. 526). Verbindung, in der zwei OR-Gruppen an dasselbe C-Atom gebunden sind (R: Alkyl-Gruppe). Actinoide (Abschn. 6.3, S. 80; Abschn. 6.9, S. 97). Actinium und die 14 Elemente, die ihm im Periodensystem folgen und bei denen als Letztes ein 5f-Orbital besetzt wird. Acyl-Gruppe (Abschn. 32.6, S. 532). Atomgruppe, die von einer Carbonsäure durch Wegnahme der Hydroxy-Gruppe abgeleitet ist: R — CO — (R: Alkyl- oder Aryl-Rest). Die Acetyl-Gruppe CH3 — CO — ist eine Acyl-Gruppe. Additions-Eliminierungs-Mechanismus (Abschn. 32.5, S. 526; Abschn. 32.6, S. 533). Reaktion, bei der zuerst ein Molekül angelagert und dann ein anderes abgespalten wird. Additionsreaktion (Abschn. 31.5, S. 508 f.). Reaktion, bei der ein Alken oder Alkin unter Aufhebung einer p-Bindung und Bildung von zwei neuen s-Bindungen mit einer anderen Verbindungen reagiert. Adsorption (Abschn. 16.8, S. 266). Vorgang, bei dem Moleküle an der Oberfläche eines Feststoffs haften bleiben. Aggregatzustand (Abschn. 1.2, S. 25). Erscheinungsform einer Substanz je nachdem, ob sie formstabil ist und ein definiertes Volumen einnimmt: fest, flüssig oder gasförmig. Aktives Zentrum (Abschn. 34.10, S. 588). Ort auf der Oberfläche eines Enzym-Moleküls, an welchem eine Reaktion katalysiert wird. Aktivierte Essigsäure (Abschn. 34.1, S. 563; Abschn. 34.10, S. 590). Acetyl-Gruppe, die an Coenzym-A gebunden ist. Aktivierter Komplex oder Übergangszustand (Abschn. 16.4.2, S. 260). Instabile Atom-Anordnung, die vorübergehend im Verlaufe einer chemischen Reaktion auftritt. Aktivierungsanalyse (Abschn. 35.11, S. 616). Methode zur quantitativen Analyse von Elementen in einer Probe; die Probe wird bestrahlt (meist mit Neutronen) und die radioaktive Strahlung der dabei entstandenen Nuclide wird gemessen.

668

Aktivierungsenergie (Abschn. 16.4.2, S. 260 f.). Energiedifferenz zwischen der potenziellen Energie des aktivierten Komplexes und derjenigen der Reaktanden. Aktivität a (Abschn. 19.2, S. 299; Abschn. 21.7, S. 335). Mit dem Aktivitätskoeffizienten f korrigierte Stoffmengenkonzentration um Abweichungen vom Massenwirkungsgesetz zu korrigieren. Je größer die Konzentration der Lösung, umso mehr weicht f von 1 ab. Aktivität einer radioaktiven Substanz (Abschn. 35.5.1, S. 601). Die von einer Probe ausgehende Strahlungsmenge pro Zeiteinheit. Aldehyd (Abschn. 32.5, S. 525 f.). Verbindung mit der funktionellen Gruppe CHO. Aldol-Addition (Abschn. 32.5, S. 528). Reaktion, bei der ein Aldehyd- oder ein Keton-Molekül mit einem zweiten, gleichen Molekül eine Additionsreaktion eingeht. Aldose (Abschn. 34.2, S. 563). Zucker-Molekül mit einer Aldehyd-Gruppe. Alkalimetall (Abschn. 29.7, S. 459). Element der ersten Hauptgruppe: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Alkaloide (Abschn. 34.4, S. 571). Stickstoffhaltige, heterocyclische Basen, die in Pflanzen vorkommen und meist starke physiologische Wirkungen bei Tieren und Menschen hervorrufen. Alkan (Abschn. 31.1, S. 498). Ein gesättigter Kohlenwasserstoff, d. h. eine Verbindung, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff besteht und in der nur Einfachbindungen vorkommen. Synonym: Paraffin. Alken (Abschn. 31.2, S. 504). Kohlenwasserstoff, in dessen — Molekülen eine C —C-Doppelbindung vorhanden ist. Synonym: Olefin. Alkin (Abschn. 31.3, S. 505). Kohlenwasserstoff, in dessen — C-Dreifachbindung vorhanden ist. Molekülen eine C — — Alkohol (Abschn. 32.3, S. 520). Verbindung, in der eine OHGruppe an ein nichtaromatisches Kohlenstoff-Atom gebunden ist: R — OH (R: Alkyl-Gruppe). Mehrwertige Alkohole verfügen über mehrere OH-Gruppen an verschiedenen CAtomen. Alkoholische Gärung (Abschn. 32.3, S. 521; Abschn. 34.2, S. 567). Vorgang, bei dem unter Mitwirkung von Enzymen Zucker (Glucose) zu Ethanol und Kohlendioxid umgesetzt wird. Alkyl-Gruppe, Alkyl-Rest (Abschn. 31.1, S. 499). Atomgruppe, die sich von einem Alkan durch Wegnahme eines HAtoms ableitet. In Formeln meist mit R abgekürzt. Allotropie (Abschn. 26.5, S. 395). Auftreten eines Elements im gleichen Aggregatzustand in mehreren Formen mit unterschiedlicher Struktur.

Glossar Alpha-Aminosäure (Abschn. 32.8, S. 539; Abschn. 34.6, S. 575). Carbonsäure mit einer Amino-Gruppe an a-C-Atom (C-Atom neben der Carboxy-Gruppe). Alpha-Helix (Abschn. 34.6, S. 576). Eine der möglichen Sekundärstrukturen von Proteinen. Die Protein-Kette ist zu einer Spiralkette gewunden, die durch Wasserstoff-Brücken in Form gehalten wird. Alpha-Strahlen (Abschn. 2.5.1, S. 36; Abschn. 35.3.1, S. 596). Strahlen aus a-Teilchen, die aus zwei Protonen und zwei Neutronen bestehen und von den Atomen bestimmter radioaktiver Elemente ausgestoßen werden. Alpha-Zerfall (Abschn. 35.3.1, S. 596). Radioaktiver Prozess, bei dem a-Teilchen emittiert werden. Altersbestimmung mit 14C (Abschn. 35.5.2, S. 602). Methode zur Ermittlung des Alters eines kohlenstoffhaltigen Objekts. Durch Messung der Radioaktivität wird der 146 C-Anteil des Kohlenstoffs bestimmt und aus seiner Halbwertszeit das Alter des Objekts berechnet. Alumosilicat (Abschn. 28.6, S. 439). Silicat, in dem ein Teil der Silicium-Atome durch Aluminium-Atome ersetzt ist und zum Ladungsausgleich zusätzliche Kationen vorhanden sind. Amin (Abschn. 32.7, S. 536). Verbindung, die sich vom Ammoniak ableitet; ein, zwei oder drei H-Atome im NH3-Molekül sind durch Alkyl- oder Aryl-Gruppen substituiert. Ammin-Ligand (Abschn. 30.1, S. 480 f.; Abschn. 30.3, S. 485). Das Ammoniak-Molekül als Komplexligand. Amorpher Feststoff (Einleitung zu Kap. 12, S. 183). Feststoff, in dem die Teilchen nicht zu einem regelmäßig geordneten Muster angeordnet sind; er hat keinen definierten Schmelzpunkt. Gläser sind amorphe Feststoffe. Amphotere Verbindungen (Abschn. 15.4, S. 242; Abschn. 18.2, S. 283). Verbindung, die sowohl saure wie basische Eigenschaften hat und sowohl mit Basen als auch mit Säuren reagiert. Amphoteres Hydroxid (Abschn. 20.4, S. 324). Schwerlösliches Hydroxid, das sowohl bei Zusatz von Basen wie auch von Säuren in Lösung geht. Angeregter Zustand (Abschn. 6.2.1, S. 75). Zustand eines Atoms oder Moleküls mit einer Elektronenkonfiguration mit höherer Energie als im Grundzustand. Anion (Abschn. 3.1.2, S. 42; Abschn. 7.4, S. 107). Negativ geladenes Ion, entstanden durch Aufnahme eines oder mehrerer Elektronen durch ein Atom oder eine Gruppe von kovalent miteinander verbundenen Atomen. Anode (Abschn. 22.2, S. 342). Elektrode, an der die Oxidation erfolgt. Antibindendes Molekülorbital (Abschn. 9.4, S. 138 f.). Molekülorbital mit geringer Elektronendichte im Bereich zwischen zwei Atomen. Es liegt energetisch höher als die Atomorbitale, von denen es abgeleitet wurde. Die Besetzung eines antibindenden Orbitals mit Elektronen schwächt die Bindung zwischen den Atomen. Anticodon (Abschn. 34.8, S. 582). Portion in der TransferRNA-Kette mit einer Sequenz von drei Basen, die komplementär zum Basentriplett eines Matrizen-RNA-Codons sind. Das Anticodon ist spezifisch für die Aminosäure, welche an die Transfer-RNA gebunden ist.

Antiteilchen (Abschn. 35.3.4, S. 598). Zu jedem nuklearen Teilchen gibt es ein Antiteilchen; wenn beide sich treffen, löschen sie sich gegenseitig aus und werden in Energie umgewandelt. Das Antiteilchen eines geladenen Teilchens hat die gleiche Masse, aber die entgegengesetzte Ladung des Teilchens. Äquivalentdosis (Abschn. 35.6, S. 604). Produkt aus der absorbierten Energiedosis und der relativen biologischen Wirksamkeit, welche die unterschiedliche Wirkung verschiedener Strahlenarten auf biologisches Material berücksichtigt. Äquivalentkonzentration (Abschn. 15.8, S. 248). Stoffmengenkonzentration multipliziert mit der Äquivalentzahl. Äquivalentmasse (Abschn. 15.8, S. 247). Molare Masse geteilt durch die Äquivalentzahl. Äquivalentzahl z (Abschn. 15.8, S. 247). Anzahl der für eine Reaktion maßgeblichen Teilchen (H+-Ionen, OH–-Ionen, Elektronen), die von einem Molekül eines Reagenzes zur Verfügung gestellt werden kann. Äquivalenzpunkt (Abschn. 15.7, S. 245; Abschn. 19.7.1, S. 310). Punkt während einer Titration, bei dem äquivalente Mengen der Reaktanden zusammengegeben wurden. Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) (Abschn. 36.2, S. 628). Höchstzulässige Konzentration eines Stoffes in der Luft am Arbeitsplatz. Aren, aromatische Verbindung (Abschn. 31.4, S. 506). Verbindung, die das Molekülgerüst des Benzols (C6H6) enthält. Arrhenius-Base (Abschn. 15.4, S. 240; Abschn. 18.1, S. 283). Verbindung, die in Wasser OH–(aq)-Ionen bildet. Arrhenius-Gleichung (Abschn. 16.7, S. 264). Beziehung zwischen der Geschwindigkeitskonstanten, der Aktivierungsenergie und der Temperatur für eine chemische Reaktion. Arrhenius-Neutralisation (Abschn. 15.4, S. 241; Abschn. 18.1, S. 283). Reaktion zwischen H+(aq)- und OH–(aq)Ionen unter Bildung von Wasser. Arrhenius-Säure (Abschn. 15.4, S. 240; Abschn. 18.1, S. 283). Verbindung, die in Wasser H+(aq)-Ionen bildet. Aryl-Gruppe, Aryl-Rest (Abschn. 31.4, S. 506). Atomgruppe, die sich von einem Aren durch Wegnahme eines H-Atoms ableitet. In Formeln zuweilen mit Ar abgekürzt. Asymmetrisch substituiertes Kohlenstoff-Atom (Abschn. 33.1, S. 545). Kohlenstoff-Atom, das mit vier verschiedenen Atomen oder Atomgruppen verbunden ist. Ataktisches Polymeres (Abschn. 33.3, S. 553). Polymermolekül mit unregelmäßig angeordneten Seitengruppen. Atmosphärendruck (Abschn. 10.1, S. 154). Gasdruck der Atmosphäre. Der mittlere Atmosphärendruck auf Höhe des Meeresspiegels beträgt 101,325 kPa = 1,01325 bar und entspricht der alten Einheit einer physikalischen Atmosphäre (1 atm). Atom (Abschn. 2.1, S. 32). Das kleinste Teilchen eines Elements. Atomformfaktor (Abschn. 13.1, S. 203). Zahl, die das Streuvermögen eines Atoms bei der Röntgenbeugung erfasst. Atomkern (Abschn. 2.5.2, S. 36). Das kleine, positiv geladene Zentrum eines Atoms, in dem sich Protonen und Neutronen befinden.

669

Glossar Atommasse (Abschn. 2.8, S. 38). Masse eines Atoms, bezogen auf eine Skala, bei der die Masse des Atoms 126 C 12 u beträgt. Bei Elementen, die aus verschiedenen Isotopen bestehen, wird die mittlere Masse des Isotopengemisches angegeben. Aufbauprinzip (Abschn. 6.7, S. 92). Prinzip zum Aufbau der Atome durch sukzessives Hinzufügen von Protonen und Elektronen. Ausbeute (absolute oder tatsächliche Ausbeute) (Abschn. 4.3, S. 54). Die tatsächlich erhaltene Menge eines Produkts einer chemischen Reaktion. Siehe auch prozentuale sowie theoretische Ausbeute. Ausschließungsprinzip (Pauli-Prinzip) (Abschn. 6.5.1, S. 89). Es dürfen keine zwei Elektronen in einem Atom in allen vier Quantenzahlen (n, l, ml , ms) übereinstimmen. Autoxidation (Abschn. 31.5, S. 508). Radikalisch verlaufende Reaktion mit (Luft-)Sauerstoff. Auxochrome Gruppen (Abschn. 34.5, S. 572). Atomgruppen an den Enden eines Polyen-Strangs, die eine Delokalisierung der p-Elektronen bedingen und dadurch die Lichtabsorption in den längerwelligen Bereich des Lichtspektrums verschieben. Avogadro-Gesetz (Abschn. 10.2, S. 155). Gleiche Volumina beliebiger Gase enthalten bei gleichem Druck und gleicher Temperatur gleich viele Teilchen. Avogadro-Konstante NA (Abschn. 3.3, S. 44). Zahl der Teilchen in einem Mol: 6,022 140 76 · 1023. Azeotropes Gemisch (Abschn. 14.10, S. 225). Eine Lösung, die einen höheren oder niedrigeren Dampfdruck als jede ihrer Reinkomponenten hat. Durch Destillation kann sie nicht in ihre Reinkomponenten getrennt werden. Azo-Verbindung (Abschn. 32.9, S. 541). Organische Verbindung, in der die Atomgruppe N — —N vorkommt.

B Bänder-Theorie (Abschn. 9.6, S. 145; Abschn. 9.9, S. 148 f.). Theorie, welche die Bindungsverhältnisse in Metallen mit energetisch nahe beieinander liegenden Molekülorbitalen beschreibt, die sich durch den ganzen Metallkristall erstrecken und die zusammen ein Band bilden. Bar (Abschn. 10.1, S. 154). Einheit für den Druck; 1 bar = 105 Pa. Barometer (Abschn. 10.1, S. 154). Gerät zum Messen des Atmosphärendrucks. Base (Abschn. 15.4, S. 241; Abschn. 18.1, S. 283; Abschn. 18.2, S. 283; Abschn. 18.5, S. 288; Abschn. 18.6, S. 290). Nach Arrhenius: ein Stoff, der in wässriger Lösung OH–Ionen bildet. Nach Brønsted: ein Stoff, der H+-Ionen anlagern kann. Nach Lewis: ein Elektronenpaar-Donator. Basenkonstante KB (Abschn. 19.2, S. 298). Gleichgewichtskonstante für die Reaktion einer Base mit Wasser. Basisches Oxid (Abschn. 15.5, S. 242). Oxid, das mit Wasser eine Base und mit Säuren Salze bildet. Basiseinheit (Abschn. 1.4, S. 28). Sieben Basiseinheiten sind neben sieben Naturkonstanten, deren Zahlenwerte festgelegt wurden, die Grundlage aller Maßeinheiten des metrischen Maßsystems.

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Basisvektoren (Abschn. 12.2, S. 185). Vektoren a, b und c, welche die Elementarzelle in einem Kristall aufspannen und zur Festlegung des Kristallgitters dienen. Bayer-Verfahren (Abschn. 29.3, S. 451). Verfahren zur Herstellung von reinem Aluminiumoxid zum Zwecke der Gewinnung von Aluminium aus Bauxit-Erz. Es wird der amphotere Charakter von Aluminiumhydroxid genutzt, um es mit heißer NaOH-Lösung von anderen Stoffen abzutrennen. Becquerel (Abschn. 35.5, S. 601). Maßeinheit für die Radioaktivität. 1 Becquerel (Bq) = 1 Kernprozess pro Sekunde. Begrenzender Reaktand (Abschn. 4.2, S. 53). Der Reaktand, von dem die kleinste stöchiometrische Menge zur Verfügung steht und der dadurch die maximale theoretische Ausbeute begrenzt. Betain siehe Zwitter-Ion Beta-Schicht s. Faltblattstruktur Beta-Strahlen (Abschn. 2.5, S. 36). Strahlen aus Elektronen (β–-Teilchen), die aus Atomen radioaktiver Elemente ausgestoßen werden. Beta-Zerfall (Abschn. 35.3.3/4, S. 598). Radioaktiver Prozess, bei dem sich die Ordnungszahl Z eines radioaktiven Nuclids um eine Einheit ändert, während die Massenzahl unverändert bleibt. Beim β–-Zerfall wird ein Elektron emittiert und Z erhöht sich, beim β+-Zerfall wird ein Positron emittiert und Z erniedrigt sich. Betriebsanweisung (Abschn. 36.2, S. 629). Zusammenstellung der sicherheitsrelevanten Informationen und Verhaltensanweisungen über Gefahrstoffe am Arbeitsplatz. Bezugselektrode (Abschn. 22.9, S. 357). Elektrode, deren Potenzial unabhängig von den Verhältnissen in der Lösung ist. BGW siehe Biologischer Grenzwert Bicyclische Verbindung (Abschn. 31.1, S. 500). Verbindung, in der ringförmige Atomgruppen über zwei gemeinsame Atome miteinander verbunden sind. Bildungsenthalpie (Abschn. 5.6, S. 65). Reaktionsenthalpie für die Bildung einer Verbindung aus den Elementen in deren stabilster Form. Die Standard-Bildungsenthalpie bezieht sich auf die Bildungsreaktion unter Standard-Bedingungen, d. h. Norm-Atmosphärendruck (101,3 kPa) und einer Standard-Temperatur, in der Regel 25 °C = 298 K. Binäre Verbindung (Abschn. 8.6, S. 127). Verbindung, die aus zwei Elementen aufgebaut ist. Bindendes Elektronenpaar (Abschn. 8.1, S. 118; Abschn. 9.2, S. 130). Elektronenpaar, das eine kovalente Bindung zwischen zwei Atomen vermittelt. Bindendes Molekülorbital (Abschn. 9.4, S. 138 f.). Molekülorbital mit hoher Elektronendichte im Bereich zwischen zwei Atomen. Elektronen eines bindenden Molekülorbitals liegen energetisch tiefer als Elektronen der Atomorbitale, von denen sie abgeleitet wurden. Bindungsenergie (Abschn. 5.7, S. 68). Benötigte Energie, um die Bindung zwischen zwei Atomen aufzubrechen. Die (Bindungs-)Dissoziationsenergie bezieht sich auf die aufzuwendende Energie zur Trennung der Atome eines zweiatomigen Moleküls. Die mittlere Bindungsenergie bezieht sich auf mehratomige Moleküle und ist ein Mittelwert für gleichartige Bindungen.

Glossar Bindungsisomerie (Abschn. 30.4, S. 486). Eine Art Konstitutionsisomerie, bei der sich zwei Komplexe durch die Art unterscheiden, wie ein bestimmter Ligand an das Zentralatom gebunden ist. Bindungslänge (Abschn. 7.1, S. 101). Abstand zwischen den Atomkernen zweier aneinandergebundener Atome. Bindungsordnung (Abschn. 9.4, S. 138). Die Hälfte aus dem Betrag der Anzahl der bindenden minus der Anzahl der antibindenden Elektronen einer Bindung. Biogas (Abschn. 31.1.2, S. 503). Brenngas, das durch Gärung aus pflanzlichem und tierischem Abfall gewonnen wird. Biolaugung (Bioleaching, Biohydrometallurgie) (Abschn. 29.3, S. 452). Erzaufbereitung mit Hilfe von Bakterien. Biologischer Grenzwert (BGW) (Abschn. 36.2, S. 628). Höchstzulässige Konzentration eines Stoffes oder Stoffwechselprodukts im Körper, bei der nicht mit Gesundheitsschäden zu rechnen ist. Bohr-Atommodell (Abschn. 6.2.1, S. 75). Modell für das Wasserstoff-Atom, bei dem das Elektron nur auf definierten Kreisbahnen umlaufen kann. Boot-Konformation (Abschn. 31.1.1, S. 501). Konformation des Cyclohexan-Rings mit der Form eines Boots. Sie wird auch Wannen-Konformation genannt. Boran (Abschn. 28.11, S. 443). Verbindung, die nur aus Bor und Wasserstoff besteht. Born-Haber-Kreisprozess (Abschn. 7.5, S. 108 f.). Berechnungsverfahren für die Gitterenergie einer Ionenverbindung aus messbaren ΔH-Werten. Boten-RNA siehe Matrizen-RNA Botenstoff oder Signalstoff (Abschn. 34.4, S. 569). Substanz, die Signale innerhalb einer Zelle, zwischen Zellen oder zwischen Lebewesen übermittelt. Boudouard-Gleichgewicht (Abschn. 28.5, S. 436). Das bei technischen Prozessen wichtige Gleichgewicht C + CO2 ⇄ 2 CO. Boyle-Mariotte-Gesetz (Abschn. 10.3, S. 156). Bei konstanter Temperatur ist das Volumen eines Gases umgekehrt proportional zu seinem Druck. Bragg-Gleichung (Abschn. 13.1, S. 200 f.). Beziehung zwischen dem Abstand d zwischen Ebenen im Kristall und dem Einfalls- und Abstrahlungswinkel θ von Röntgenstrahlung der Wellenlänge l: n · l = 2d · sin θ (n = 1, 2, 3, . . .). Brennstoffzelle (Abschn. 22.15, S. 363). Galvanisches Element, bei dem die Reaktionsenthalpie eines Verbrennungsvorgangs direkt in elektrische Energie umgewandelt wird. Brillouin-Zone (Abschn. 9.9, S. 148). Bei einem System dreidimensional delokalisierter Elektronen: Kasten um den Ursprung eines Koordinatensystems, in dem jeder Punkt die Orbitalenergie in Abhängigkeit der Zahl der Schwingungsknoten in den verschiedenen Raumrichtungen bezeichnet. Brønsted-Base (Abschn. 18.2, S. 283). Substanz, die Protonen aufnehmen kann (Protonen-Akzeptor). Brønsted-Säure (Abschn. 18.2, S. 283). Substanz, die Protonen abgeben kann (Protonen-Donator).

C Cahn-Ingold-Prelog-Regeln (Abschn. 33.1, S. 545 f.). Regeln, nach denen Substituenten in einer definierten Reihenfolge geordnet werden um damit die Konfiguration an asymmetrisch substituierten Kohlenstoff-Atomen bezeichnen zu können (R/S-Nomenklatur). Carbonsäure (Abschn. 32.6, S. 529). Verbindung, in der die Carboxy-Gruppe (COOH) vorkommt. Carbonsäureamid (Abschn. 32.7, S. 538). Verbindung, in der die Carbonsäureamid-Gruppe (CO–NH2, CO–NHR, CO–NR2) vorkommt. Carbonyl-Verbindung (Abschn. 28.5, S. 436; Abschn. 32.5, S. 524 f.). Verbindung, in der die Atomgruppe C — —O oder — C— — O vorkommt. Aldehyde und Ketone sind Carbonyl-Verbindungen. Carboxy-Gruppe siehe Carbonsäure Chalkogen (Kap. 26, S. 390 ff.). Element der 6. Hauptgruppe des Periodensystems (Gruppe 16): O, S, Se, Te, Po, Lv. Chaperon (Abschn. 34.8, S. 583). Hilfsprotein, das sofort nach der Synthese eines Proteins für dessen richtige Faltung sorgt. Chelat-Komplex (Abschn. 30.1, S. 483). Komplex, in dem ein mehrzähniger Ligand mindestens zwei Koordinationsstellen des Zentralatoms einnimmt. Chemikalienverbotsverordnung (Abschn. 36.2, S. 629). Auf dem deutschen Chemikaliengesetz beruhende Verordnung, welche die Bedingungen für das Inverkehrbringen von Gefahrstoffen regelt. Chemische Formel (Abschn. 3.1, S. 41). Formel zur Bezeichnung der Art und relativen Anzahl der Atome in einer Verbindung mit Hilfe von Elementsymbolen. Chemisches Gleichgewicht (Abschn. 17.1, S. 272). Zustand einer reversiblen chemischen Reaktion, bei dem die Hinreaktion gleich schnell wie die Rückreaktion abläuft. Chemische Reaktionsgleichung (Abschn. 4.1, S. 50). Wiedergabe einer chemischen Reaktion mit den Formeln und Stoffmengen der beteiligten Substanzen. Chemisches Symbol (Abschn. 1.2, S. 23). Durch internationale Vereinbarung festgelegte Abkürzung aus ein oder zwei Buchstaben zur Bezeichnung eines Elements. Chemische Transportreaktion (Abschn. 29.5, S. 457). Reaktion, die zur Reinigung von Stoffen dienen kann. Die unterschiedliche Lage eines chemischen Gleichgewichts bei verschiedenen Temperaturen wird dazu genutzt, bei einer Temperatur eine flüchtige Verbindung zu bilden und diese bei einer anderen Temperatur an einem anderen Ort wieder zu zersetzen. Chemische Verschiebung (Abschn. 13.2, S. 204). Verschiebung eines Resonanz-Signals bei der NMR-Spektroskopie aufgrund der chemischen Umgebung eines Atoms. Chemisorption (Abschn. 16.8, S. 266). Adsorption aufgrund von chemischen Bindungen zwischen einem adsorbierten Stoff und der Oberfläche des adsorbierenden Feststoffes; dadurch werden die chemischen Eigenschaften der adsorbierten Moleküle verändert und Katalyseprozesse ermöglicht.

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Glossar Chiraler Pool (Abschn. 33.2, S. 549). Natürlich vorkommende enantiomerenreine Verbindungen, die sich als Edukte zur Synthese chiraler Moleküle eignen. Chirales Molekül oder Ion (Abschn. 30.4, S. 487; Abschn. 33.1, S. 545). Molekül oder Ion, das mit seinem Spiegelbild nicht zur Deckung gebracht werden kann. Es hat weder ein Inversionszentrum noch eine Spiegelebene. Cholesterische Phase (Abschn. 12.6, S. 195). Flüssigkristalline Phase mit spiralförmig angeordneten Molekülen. Chromatographie (Abschn. 1.3.2, S. 27). Stofftrennung in einem bewegten Medium (mobile Phase) unter Ausnutzung der unterschiedlich starken Adsorption an einem feststehenden Medium (stationäre Phase). Cis-trans-Isomerie (Abschn. 27.7, S. 415; Abschn. 30.4, S. 486; Abschn. 31.2, S. 504). Eine Art von Stereoisomerie, bei der sich die Isomeren in der Anordnung der Liganden um ein Zentralatom oder um eine Doppelbindung unterscheiden. Im cis-Isomeren sind zwei gleiche Liganden so nahe wie möglich beieinander, im trans-Isomeren sind sie so weit wie möglich auseinander. Claisen-Kondensation (Abschn. 32.6, S. 535 f.). Reaktion, bei der aus zwei Molekülen Essigsäureethylester ein Molekül Acetessigester gebildet wird. Mit diesem lassen sich Substitutionsreaktionen durchführen, welche die Synthese von Ketonen und von Carbonsäuren ermöglichen. Clathrat siehe Einschlussverbindung. Claus-Prozess (Abschn. 26.7, S. 398 f.). Verfahren zur Gewinnung von Schwefel durch Oxidation von Schwefelwasserstoff mit Luftsauerstoff. CLP-Verordnung (Abschn. 36.1, S. 620). Verordnung der Europäischen Union zur Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung gefährlicher Stoffe. Codon (Abschn. 34.8, S. 581 f.). Portion aus einer MatrizenRNA-Kette, die drei Basen umfasst, deren Sequenz der Code für eine bestimmte Aminosäure ist. Coenzym (Abschn. 34.10, S. 589 f.). Abspaltbarer, nichtproteinischer Bestandteil eines Enzyms, das chemisch in den katalysierten Vorgang eingreift indem es Atome oder Atomgruppen überträgt. Wichtige Coenzyme sind das Coenzym A zur Übertragung von Acetyl-Gruppen, Nicotinamid-adenindinucleotid (NAD) und NAD-Phosphat (NADP) zur Übertragung von Wasserstoff (Redoxvorgänge) sowie Adenosintriphosphat (ATP) zur Übertragung von Phosphat-Gruppen. Cofaktor (Abschn. 34.10, S. 589). Nichtproteinischer Bestandteil eines Enzyms. Coulombmeter siehe Silbercoulombmeter Crack-Prozess (Abschn. 23.2.1, S. 369; Abschn. 31.1.2, S. 502). Verfahren, das bei der Erdöl-Raffination zur Umwandlung von höheren Kohlenwasserstoffen zu niedrigeren Kohlenwasserstoffen dient. Dabei kann Wasserstoff entstehen. Cyanid-Laugerei (Abschn. 29.3, S. 451). Verfahren, um Gold oder Silber mit Hilfe einer Cyanid-Lösung aus einem Erz herauszulösen (Bildung löslicher Cyanido-Komplexe). Cyanin-Farbstoff (Abschn. 34.5, S. 572). Farbiges Polyen mit auxochromen Gruppen.

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Cycloaddition (Abschn. 31.6, S. 510). Additionsreaktion unter Bildung eines ringförmigen Moleküls. Cycloalkan (Abschn. 31.1, S. 500). Alkan mit ringförmiger Molekülstruktur. Cyclotron (Abschn. 35.8.1, S. 608). Gerät, in dem geladene Teilchen unter dem Einfluss magnetischer und elektrischer Felder auf Spiralbahnen beschleunigt werden, um auf eine Zielsubstanz geschleudert zu werden.

D Dalton-Gesetz der Partialdrücke (Abschn. 10.6, S. 161). Der Gesamtdruck eines Gasgemisches ist gleich der Summe der Partialdrücke aller anwesenden Gase. Dampfdruck (Abschn. 11.5, S. 177). Druck des Dampfes, der mit einer Flüssigkeit oder einem Feststoff im Gleichgewicht steht. Dampfreformierung (Steam Reforming) (Abschn. 23.2, S. 368). Industriell durchgeführte Reaktion um Synthesegas aus Erdgas zu gewinnen, CH4(g) + H2O(g) → 3 H2(g) + CO(g). Daniell-Element (Abschn. 22.5, S. 346). Galvanische Zelle mit Zink als Anode und Kupfer als Kathode. De-Broglie-Beziehung (Abschn. 6.4.1, S. 81). Beziehung zwischen Wellenlänge l und Impuls mv , wenn ein Teilchen als Welle beschrieben wird; l = h/mv Dehydrierende Cyclisierung (Abschn. 31.4, S. 507). Reaktion zur Gewinnung von Arenen aus Alkanen durch katalytische Abspaltung von Wasserstoff. Dekantieren (Abschn. 1.3.1, S. 26). Abgießen einer Flüssigkeit von einem abgesetzten Feststoff. Delokalisierte Bindung (Abschn. 9.6, S. 142 ff.). Molekülorbital, dessen Ladungswolke sich über mehr als zwei Atome erstreckt; siehe auch Mehrzentrenbindung. Desoxyribonucleinsäure (DNA) (Abschn. 34.7, S. 579). Nucleinsäure, die aus Nucleotiden besteht, die Desoxyribose als Zuckerkomponente enthalten. Destillation (Abschn. 1.3.2, S. 27; Abschn. 14.10, S. 224). Trennung einer flüssigen Lösung (homogenes Gemisch) in ihre Komponenten durch Verdampfung und Kondensation. Bei der fraktionierten Destillation (Rektifikation) wird der Vorgang in einer Kolonne vielfach wiederholt. Diamagnetische Substanz (Abschn. 6.6, S. 91). Substanz, in der alle Elektronen gepaart sind. Sie wird von einem Magnetfeld abgestoßen. Diastereo(iso)mere (Abschn. 30.4, S. 486; Abschn. 33.1, S. 545). Stereoisomere, die sich durch die geometrische Anordnung der Atome unterscheiden, ohne Enantiomere zu sein. Die Isomeren unterscheiden sich in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften. Diazonium-Ion (Abschn. 32.9, S. 540 f.). Kation, in dem die — N+ an einen aromatischen Rest geDiazonium-Gruppe — N — — bunden ist. Dichteste Kugelpackung (Abschn. 12.3, S. 189 f.). Dichtest mögliche Packung von Kugeln; bei der hexagonal-dichtesten Kugelpackung sind hexagonale Kugelschichten mit der Stapelfolge ABAB . . . gepackt, bei der kubisch-dichtesten Kugelpackung ist die Stapelfolge ABCABC . . ..

Glossar Dipol-Dipol-Kräfte (Abschn. 11.1, S. 172). Anziehungskräfte zwischen polaren Molekülen aufgrund der Anziehung zwischen entgegengesetzten Polen. Dipolmoment (Abschn. 8.2, S. 120). Produkt aus dem Abstand zwischen den Ladungen und dem Betrag der Ladungen eines elektrischen Dipols. Disperses System (Abschn. 14.13, S. 227). Zwei- oder mehrphasiges System mit einer fein verteilten dispersen Phase in einem Dispersionsmittel. Dispersionskräfte siehe London-Kräfte Disproportionierung (Abschn. 15.3, S. 240). Reaktion, bei der eine Substanz gleichzeitig zum Teil oxidiert und zum Teil reduziert wird. Dissoziationsenergie siehe Bindungsenergie Dissoziationsgrad a (Abschn. 19.2, S. 296). Anteil der Gesamtkonzentration eines schwachen Elektrolyten, der zu Ionen dissoziiert ist. DNA siehe Desoxyribonucleinsäure Doppelbindung siehe kovalente Bindung Doppel-Helix (Abschn. 34.7, S. 580). Sekundärstruktur von DNA, bestehend aus einer Spiralkette aus zwei zusammengelagerten, komplementären DNA-Ketten. Dosis (Abschn. 35.6, S. 604; Abschn. 36.3, S. 631 f.). Aufgenommene Menge Strahlung oder einer Substanz pro Körpermasse. Dosisleistung (Abschn. 35.6, S. 604). Absorbierte Energiedosis pro Zeiteinheit. Dotierung (Abschn. 9.10, S. 151; Abschn. 12.5, S. 194). Gezielte Verunreinigung von Halbleitern oder Oxiden, um deren elektrische bzw. elektrooptische Eigenschaften zu beeinflussen. Downs-Zelle (Abschn. 29.4, S. 455). Elektrolyse-Zelle zur Gewinnung eines reaktiven Metalls wie Natrium durch Elektrolyse aus einem geschmolzenen Salz. Dreifachbindung siehe kovalente Bindung Drehachse (Abschn. 12.2, S. 187). Symmetrieelement, das zur Symmetrieoperation der Drehung gehört. Druck (Abschn. 10.1, S. 154). Kraft pro Fläche. d10s2-Ion. (Abschn. 7.6, S. 111) Kation mit der Elektronenkonfiguration (n – 1)s2(n – 1)p6(n – 1)d10ns2 für die Außenelektronen. Düngemittel (Abschn. 27.3, S. 410; Abschn. 27.10, S. 423 f.; Abschn. 27.12, S. 425). Stoffe, die von Pflanzen zum Aufbau von Proteinen und anderen lebenswichtigen Verbindungen benötigt werden. Ammoniumsalze, Nitrate und Phosphate sind wichtige Bestandteile.

E Edelgase (Abschn. 6.8, S. 97; Abschn. 6.9, S. 97; Kap. 25, S. 387). Elemente der 0. Gruppe (Gruppe 18) des Periodensystems mit Elektronenkonfiguration ns2np6 für die Schale mit der höchsten Hauptquantenzahl n (bzw. 1s2 bei Helium). Sie zeichnen sich durch besondere chemische Reaktionsträgheit aus.

Edelgaskonfiguration (Abschn. 6.8, S. 97 ff.; Abschn. 7.4, S. 108; Abschn. 7.6, S. 111). Elektronenkonfiguration 1s2 oder ns2np6, die besonders stabil ist. Edle und unedle Metalle (Abschn. 22.7, S. 351; Abschn. 29.11, S. 474). Edelmetalle haben ein Normalpotenzial E0 > 0 V und sind dementsprechend schwer oxidierbar. Je negativer das Normalpotenzial, desto unedler ist das Metall. Edman-Abbau (Abschn. 34.6, S. 578). Verfahren zum Abbau eines Proteins um dessen Aminosäure-Sequenz zu bestimmen. Edukt siehe Reaktand e.e.-Wert siehe Enantiomerenüberschuss. Effektive Atomgröße (Abschn. 7.1, S. 102). Aufgrund des Abstands zwischen Atomen ermittelte Größe eines Atoms. Je nach der Art der Bindung variiert die effektive Größe, die als Kovalenz-, Ionen-, Metall- oder Van-der-Waals-Radius zum Ausdruck gebracht wird. Effektive Kollision (Abschn. 16.4.1, S. 259). Kollision zwischen Teilchen, die zu einer Reaktion führt. Effusion (Abschn. 10.8, S. 164). Ausströmung eines Gases. Einatomiges Ion (Abschn. 3.1.2, S. 42). Geladenes Atom. Einfachbindung siehe kovalente Bindung Einlagerungshydrid (Abschn. 23.3, S. 370 f.). WasserstoffVerbindung eines Übergangsmetalls, in der H-Atome in nichtstöchiometrischer Menge in die Lücken der Metallatompackung eingelagert sind. Einlagerungsverbindung (Intercalationsverbindung) (Abschn. 28.2, S. 431). Verbindung bei der Atome, Ionen oder Moleküle zwischen die Schichten oder in Hohlräume einer anderen Verbindung in wechselnden Mengen eingelagert sind. Einprotonige Säure (Abschn. 15.4, S. 242). Säure, die nur ein Proton pro Molekül abgeben kann. Einsames Elektronenpaar (freies oder nichtbindendes Elektronenpaar) (Abschn. 8.1, S. 118). Valenzelektronenpaar, das nicht an einer kovalenten Bindung beteiligt ist. Einschlussverbindung (Clathrat) (Abschn. 11.2, S. 175). Verbindung, bei der Atome oder Moleküle in ein Gerüst anderer Atome eingeschlossen sind. Elektrische Leitfähigkeit (Abschn. 9.9, S. 149; Abschn. 22.1, S. 341). Maß für die Fähigkeit eines Stoffes, den elektrischen Strom zu leiten. Maßeinheit: Siemens (S = Ω–1). Elektrode (Abschn. 22.2, S. 342). Metallisch leitender Gegenstand, der zur Zu- oder Ableitung von elektrischem Strom in Kontakt mit einem Elektolyten ist. Elektrolyse (Abschn. 22.3, S. 343; Abschn. 22.4, S. 344). Chemische Reaktion, die durch elektrischen Strom bewirkt wird. Elektrolyt (Abschn. 14.11, S. 225). Ein Stoff, der in wässriger Lösung Ionen bildet. Oder: Flüssigkeit oder Feststoff mit elektrolytischer Leitfähigkeit. Elektrolytische Leitung (Abschn. 22.2, S. 342). Leitung von elektrischem Strom durch die Wanderung von Ionen durch eine Salzschmelze oder -lösung oder einen ionenleitenden Festkörper.

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Glossar Elektromagnetische Strahlung (Abschn. 6.1, S. 73). Strahlung, die sich im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit (c = 2,99792458 · 108 m/s) ausbreitet und je nach Experiment als Welle oder als Strahl von Photonen beschrieben wird. Elektromotorische Kraft (EMK) (Abschn. 22.6, S. 347; Abschn. 22.8, S. 352). Potenzialdifferenz zwischen den Elektroden einer galvanischen Zelle; sie ist ein Maß für die Tendenz zum Ablaufen einer Redoxreaktion. Elektron (Abschn. 2.2, S. 33). Subatomares Teilchen mit der Masse 0,00055 u und Ladung –e (Elementarladung). Elektronegativität (Abschn. 8.3, S. 121). Ein Maß für die relative Fähigkeit eines Atoms, Elektronen eines anderen Atoms an sich zu ziehen. Elektronenaffinität (Abschn. 7.3, S. 105). Die erste Elektronenaffinität ist die Energie, die umgesetzt wird, wenn in einem Gas ein Atom im Grundzustand ein Elektron aufnimmt. Die zweite Elektronenaffinität bezieht sich auf die Aufnahme eines zweiten Elektrons usw. Elektronen-Einfang (Abschn. 35.3.4, S. 598). Radioaktiver Prozess, bei dem ein Kern ein inneres Orbital-Elektron einfängt, wodurch ein Proton in ein Neutron umgewandelt wird. Elektronenkonfiguration (Abschn. 6.6, S. 89 ff.). Anordnung der Elektronen in einem Atom (Verteilung auf die Orbitale). Elektrophile Addition (Abschn. 31.5, S. 508 f.). Additionsreaktion, die durch den Angriff einer elektrophilen Gruppe (Lewis-Säure) an die p-Elektronen eines Alkens oder Alkins eingeleitet wird. Elektrophile Substitution (Abschn. 31.7, S. 510 f.). Substitutionsreaktion, die vor allem bei Arenen von Bedeutung ist. Die Reaktion wird durch Angriff einer elektrophilen Gruppe an das p-Elektronensystem des Arens eingeleitet. Elektrophile Verdrängungsreaktion (Abschn. 18.5, S. 289). Reaktion, bei der eine Lewis-Säure eine andere, schwächere Lewis-Säure verdrängt. Elektrophorese (Abschn. 1.3.2, S. 28). Chromatographisches Trennverfahren unter dem Einfluss einer elektrischen Spannung. Elektrostahl-Verfahren (Abschn. 29.5, S. 458). Verfahren zur Gewinnung von Stahl aus Roheisen und Schrott in einem elektrischen Lichtbogen. Element (Abschn. 1.2, S. 23 f.). Stoff, der in keine einfacheren Stoffe zerlegt werden kann. Elementarladung e (Abschn. 2.2.1, S. 34). e = 1,602 176 634 · 10–19 C. Das Elektron hat eine negative, das Proton eine positive Elementarladung. Elementarzelle (Abschn. 12.2, S. 185). Kleinste Baueinheit, aus der sich durch wiederholtes Aneinanderreihen ein Kristall aufgebaut denken lässt. Eliminierungsreaktion (Abschn. 32.1, S. 518). Umkehrung der Additionsreaktion: von zwei benachbarten C-Atomen wird je ein daran gebundener Substituent abgespalten, unter Bildung einer p-Bindung. Empirische Formel (Abschn. 3.2, S. 43; Abschn. 3.5, S. 46). Chemische Formel, die das einfachste ganzzahlige Verhältnis der Atome in einer Verbindung bezeichnet.

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Emulsion (Abschn. 1.2, S. 25). Heterogenes Gemisch aus zwei Flüssigkeiten. Enantiomere (optische Isomere) (Abschn. 30.4, S. 486 f.; Abschn. 33.1, S. 545). Stereoisomere, bei denen das eine chirale Molekül das Spiegelbild des anderen ist. Enantiomere haben gleiche physikalische Eigenschaften, ausgenommen ihr Verhalten gegen polarisiertes Licht. Enantiomerenüberschuss (Abschn. 33.2, S. 549). Zahl, die angibt, in welchem Überschuss ein Enantiomeres gegenüber dem anderen vorhanden ist. Enantioselektive Synthese (Abschn. 33.2, S. 549). Reaktion, bei der chirale Moleküle aus achiralen Edukten mit Hilfe eines chiralen Katalysators hergestellt werden. Endotherme Reaktion (Abschn. 5.4, S. 63). Chemische Reaktion unter Aufnahme von Wärme. Energie (Abschn. 5.1, S. 60). Die Fähigkeit, Arbeit zu leisten. Enthalpie H (Abschn. 5.4, S. 62 f.; Abschn. 21.2, S. 328). Thermodynamische Funktion, definiert durch H = U + pV. Für eine Reaktion bei konstantem Druck entspricht die Reaktionsenthalpie ΔH = ΔU + pΔV der umgesetzten Wärme. Entropie S (Abschn. 21.3, S. 329; Abschn. 21.4, S. 331 f.). Ein Maß für die Unordnung. Bei der Wärmeabgabe oder -aufnahme ΔH ist ΔSUmg = –ΔH/T die Entropieänderung der Umgebung. Enzym (Abschn. 16.8, S. 268 f.; Abschn. 34.10, S. 588). Biochemischer Katalysator, der selbst ein Protein oder Proteid ist. eg-Orbitale (Abschn. 30.5, S. 488 f.). Ein Satz von zwei entarteten d-Orbitalen in einem oktaedrischen Komplex. Erdalkalimetall (Abschn. 29.8, S. 462). Element der zweiten Hauptgruppe: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra. Erz (Abschn. 29.2, S. 449). Natürlich vorkommendes Material, aus dem ein oder mehrere Metalle (oder andere Stoffe) wirtschaftlich gewonnen werden können. Erzanreicherung (Abschn. 29.3, S. 450 f.). Verfahren, um die erwünschten Mineralien eines Erzes von der Gangart abzutrennen. Ester (Abschn. 32.6, S. 532 f.). Verbindung mit der Atomgruppe R1 — CO — OR2 (R1, R2: Alkyl- oder Aryl-Rest). Ether (Abschn. 32.4, S. 524). Verbindung, in der zwei Alkyloder Aryl-Reste über ein Sauerstoff-Atom miteinander verbunden sind: R1 — O — R2 (R1, R2: Alkyl- oder Aryl- Rest). Exotherme Reaktion (Abschn. 5.4, S. 63). Chemische Reaktion unter Abgabe von Wärme. Extraktion (Abschn. 1.3.1, S. 26; Abschn. 1.3.2, S. 27). Herauslösen eines reinen Stoffes aus einem homogenen oder heterogenen Gemisch.

F Fällung (Abschn. 15.1, S. 233). Reaktion in einer Lösung, bei der eine unlösliche Verbindung, ein Niederschlag, gebildet wird. Faltblattstruktur (β-Schicht) (Abschn. 34.6, S. 576). Eine der möglichen Sekundärstrukturen von Proteinen. ProteinKetten sind parallel oder gegenläufig parallel („antiparallel“) über Wasserstoff-Brücken aneinandergelagert.

Glossar Faraday-Gesetz (Abschn. 22.4, S. 344). Um durch Elektrolyse ein Äquivalent eines Stoffes umzusetzen, werden F = 96 485 C benötigt; F ist die Faraday-Konstante, sie entspricht der elektrischen Ladung von 1 mol Elektronen. Fette und Öle (Abschn. 34.3, S. 567). Gemische aus Estern des Glycerins mit Fettsäuren; Fette sind bei Raumtemperatur fest, Öle sind flüssig. Fettsäure (Abschn. 34.3, S. 567 f.). Gesättigte oder ungesättigte Monocarbonsäure, in der Regel mit 12 – 20 C-Atomen. Filtrieren (Abschn. 1.3.1, S. 26). Trennung eines festen von einem flüssigen oder gasförmigen Stoff mit einem Filter. Fischer-Tropsch-Synthese (Abschn. 31.1.2, S. 503). Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen aus Synthesegas (Gemisch aus CO und H2). Flächenzentriertes Kristallgitter (Abschn. 12.2, S. 188; Abschn. 12.3, S. 189 f.). Kristallgitter, bei dem sich durch Translation symmetrieäquivalente Punkte in den Ecken und in allen Flächenmitten der Elementarzelle befinden. Flotation (Abschn. 29.3, S. 451). Ein Erzanreicherungsverfahren; gemahlenes Erz wird mit einem Tensid und Wasser angerührt. Eingeblasene Luft erzeugt einen Schaum, der das gewünschte Mineral mitreißt. Flüssigkristall (Abschn. 12.6, S. 195). Flüssigkeit mit einer kristallähnlichen partiellen Ordnung. FMO-Theorie siehe Grenz-Molekül-Orbital-Theorie. Formalladung (Abschn. 8.4, S. 123). Eine willkürlich einem Atom zugewiesene elektrische Ladung, die sich ergibt, wenn die Bindungselektronen gleichmäßig auf die beteiligten Atome aufgeteilt werden. Formalladungen sind nützlich zur Bewertung und Interpretation von Formeln, Strukturen und Eigenschaften von Molekülen und Molekül-Ionen, geben aber nicht die tatsächliche Ladungsverteilung wieder. Fraktionierte Destillation siehe Destillation Frasch-Verfahren (Abschn. 26.7, S. 397). Verfahren, um verflüssigten Schwefel aus unterirdischen Lagerstätten zu fördern. Freie Enthalpie G (Abschn. 21.4, S. 331). Thermodynamische Funktion G = H – TS. Für Reaktionen bei konstantem Druck und konstanter Temperatur ist die freie Reaktionsenthalpie ΔG = ΔH – TΔS. Freie Standard-Bildungsenthalpie ΔG0f (Abschn. 21.5, S. 333). Freie Reaktionsenthalpie einer Reaktion, bei der ein Mol einer Verbindung in ihren Standardbedingungen aus den Elementen in ihren Standardbedingungen entsteht. Freies Elektronenpaar siehe einsames Elektronenpaar Frenkel-Defekt (Abschn. 12.5, S. 194). Defekt in einem Kristall, bei dem sich Ionen auf Zwischengitterplätzen befinden und Leerstellen hinterlassen haben. Fulleren (Abschn. 28.2, S. 431). Allotrope Kohlenstoff-Form, die aus käfigartigen Molekülen besteht, z. B. C60. Funktionelle Gruppe, Substituent (Abschn. 31.5, S. 507; Kap. 32, S. 515). Atomgruppe (oder Atom), die anstelle eines Wasserstoff-Atoms in einem Kohlenwasserstoff-Molekül gebunden ist. Furanose (Abschn. 34.2, S. 565). Monosaccarid mit FünfringStruktur.

G Galvanische Zelle (Voltaische Zelle) (Abschn. 22.5, S. 346; Abschn. 22.14, S. 361). Zelle, in der eine Redoxreaktion zur Gewinnung von elektrischer Energie ausgenutzt wird. Gamma-Strahlung (Abschn. 35.3.2, S. 597). Energiereiche elektromagnetische Strahlung, die bei radioaktiven Prozessen abgestrahlt wird. Gangart (Abschn. 29.2, S. 449). Unerwünschtes Gestein in einem Erz. Gashydrat (Abschn. 11.2, S. 175). Einschlussverbindung aus Gasmolekülen in einem festen Gerüst aus Wasser-Molekülen. Gay-Lussac-Gesetze (Abschn. 10.3, S. 157). Bei konstantem Druck ist das Volumen eines Gases proportional zur absoluten Temperatur. Bei konstantem Volumen ist der Druck eines Gases proportional zur absoluten Temperatur. Gefahrenpiktogramm (Abschn. 36.1, S. 620 f.). Bildliches Symbol, das auf eine gefährliche Eigenschaften wie akut toxisch, hautätzend, hautreizend, schwer gesundheitsschädlich, entzündbar, entzündend, brandfördernd, explosiv oder gewässerschädigend hinweist. Gefährlicher Stoff (Gefahrstoff) (Abschn. 36.1, S. 620). Stoff, von dem physikalische Gefahren, Gesundheitsgefahren oder Umweltgefahren ausgehen, die in der europäischen CLP-Verordnung aufgezählt sind. Gefahrstoffverordnung (Abschn. 36.2, S. 626 f.). Auf dem deutschen Chemikaliengesetz beruhende Verordnung, die den Umgang mit Gefahrstoffen regelt (ausgenommen Stoffe, für die spezielle Gesetze und Verordnungen gelten). Entsprechende Verordnungen gibt es in Österreich und der Schweiz. Gefrierpunkt, Schmelzpunkt (Abschn. 11.8, S. 179). Temperatur, bei der Flüssigkeit und Feststoff miteinander im Gleichgewicht sind. Gefrierpunktserniedrigung ΔTG (Abschn. 14.8, S. 220). Absenkung des Gefrierpunkts eines Lösungsmittels, wenn ein nichtflüchtiger Stoff darin gelöst ist; ΔTG = EG · b (EG = molale Gefrierpunktserniedrigung, b = Molalität). Gefriertrocknung (Abschn. 11.9, S. 180). Schonende Trocknung von feuchten Stoffen durch Sublimation des gefrorenen Wassers im Vakuum. Geiger-Müller-Zähler (Abschn. 35.4, S. 599). Gerät zur Messung von radioaktiver Strahlung. Die Strahlen ionisieren ein Gas zwischen zwei Elektroden und verursachen elektrische Impulse, die gezählt werden. Gel (Abschn. 14.13, S. 227). Gallertartiges zweiphasiges Material. Geminal (Abschn. 32.5, S. 526). Zwei gleiche Gruppen an einem Atom. Geminale Bindungen: benachbarte Bindungen am selben Atom. Gemisch (Abschn. 1.2, S. 24). Stoff, der aus mehreren reinen Stoffen in nicht festgelegtem Mengenverhältnis besteht. Homogene Gemische haben einheitliche Erscheinung, heterogene Gemische bestehen aus mehreren Phasen. Genauigkeit (Abschn. 1.5/6, S. 29 f.). Aussage über die Fehlerstreuung und über systematische Fehler bei einer Messung.

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Glossar Genetischer Code (Abschn. 34.8, S. 581 f.). Basentripletts in Matrizen-RNA, welche die Proteinsynthese steuern. Gentechnik (Abschn. 34.9, S. 584). Verfahren zum Eingriff in genetisches Material Geologische Altersbestimmung (Abschn. 35.7.1, S. 606). Methode zur Bestimmung des Alters eines Minerals durch Messung der Radioaktivität von Elementen aus einer radioaktiven Zerfallsreihe. Geometrische Isomere siehe Stereoisomere Gerüststruktur (Abschn. 12.1, S. 184 f.). Kristall, bei dem Atome zu einem dreidimensionalen Netzwerk kovalent miteinander verknüpft sind. Gesättigter Kohlenwasserstoff (Abschn. 31.1, S. 498). Alkan. Gesättigte Verbindungen enthalten keine CC-Mehrfachbindungen. Geschwindigkeitsbestimmender Schritt (Abschn. 16.6, S. 262). Der langsamste Schritt bei einer mehrstufigen Reaktion; von ihm hängt die Geschwindigkeit der Gesamtreaktion ab. Geschwindigkeitsgesetz (Abschn. 16.2, S. 253). Mathematischer Ausdruck, der die Reaktionsgeschwindigkeit und die Reaktandenkonzentrationen in Beziehung setzt. Geschwindigkeitskonstante (Abschn. 16.2, S. 253). Proportionalitätskonstante in einem Geschwindigkeitsgesetz. Gesetz der Erhaltung der Masse (Abschn. 1.1, S. 22; Abschn. 2.1, S. 33). Im Verlaufe einer chemischen Reaktion wird Masse weder verloren noch gewonnen. Gesetz der konstanten Proportionen (Abschn. 1.2, S. 24; Abschn. 2.1, S. 33). Eine Verbindung enthält immer die gleichen Elemente im gleichen Massenverhältnis. Gesetz der konstanten Wärmesummen siehe Satz von Hess Gillespie-Nyholm-Theorie siehe Valenzelektronenpaar-Abstoßungstheorie. Gitterenergie (Abschn. 7.5, S. 108). Freigesetzte Energie, wenn Ionen aus dem Gaszustand zu einem Ionenkristall zusammengefügt werden. Gitterkonstanten, Gitterparameter (Abschn. 12.2, S. 185). Die Kantenlängen a, b, und c sowie die Winkel a, β und g zwischen den Kanten einer Elementarzelle. Gleichgewichtskonstante K (Abschn. 17.1, S. 272 bis Abschn. 17.3, S. 276 ff.). Die Konstante im Massenwirkungsgesetz. Wird es mit Stoffmengenkonzentrationen formuliert, so erhält sie das Symbol Kc, wird es mit Partialdrücken von Gasen formuliert, so ist das Symbol Kp. Gleichionige Zusätze (Abschn. 20.2, S. 318). Wird einer Lösung eine an einem Gleichgewicht beteiligte Ionenart zugesetzt, so verschiebt sich das Gleichgewicht. Gleichionige Zusätze verringern im Allgemeinen die Löslichkeit von schwerlöslichen Verbindungen. Global harmonisiertes System (GHS) (Abschn. 36.1, S. 620). Weltweit gültige Methode zur Einstufung und Kennzeichnung von gefährlichen Stoffen. Glycolyse (Abschn. 34.10, S. 590). Erster Schritt beim Glucose-Abbau im Organismus und bei der alkoholischen Gärung. Goldschmidt-Verfahren siehe Thermit-Verfahren

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Graham-Effusionsgesetz (Abschn. 10.8, S. 164). Die Ausströmungsgeschwindigkeit eines Gases ist umgekehrt proportional zur Wurzel seiner Dichte oder zur Wurzel seiner molaren Masse. Gray (Abschn. 35.6, S. 604). Maß für die absorbierte Energiedosis. 1 Gray = 1 J/kg. Grenz-Molekül-Orbital-Theorie (FMO-Theorie) (Abschn. 31.6, S. 510). Theorie zur Deutung des Ablaufs chemischer Reaktionen. Grenz-Orbital (Abschn. 9.6, S. 143). HOMO und LUMO sind die Grenzorbitale. Grignard-Verbindung (Abschn. 32.2, S. 519). Organomagnesium-Verbindung der Zusammensetzung R — MgX (R: Alkyl- oder Aryl-Rest; X: Halogen-Atom). Grundzustand (Abschn. 6.2.1, S. 75). Zustand mit der geringsten möglichen Energie für ein Atom oder Molekül. Gruppe (Abschn. 6.3, S. 77). Einander ähnliche Elemente, die im Periodensystem in einer Spalte stehen.

H Haber-Bosch-Verfahren (Abschn. 27.6, S. 412). Syntheseverfahren zur Gewinnung von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff bei hohem Druck, hoher Temperatur und in Anwesenheit eines Katalysators. Halbacetal (Abschn. 32.4, S. 524). Verbindung, in der eine OH- und eine OR-Gruppe an dasselbe C-Atom gebunden sind (R: Alkyl-Gruppe). Halbleiter (Abschn. 9.10, S. 151). Stoff, der den elektrischen Strom schlecht leitet. n- und p-Halbleiter: Halbleiter, die durch Dotierung mit einem elektronenreicheren (n) bzw. elektronenärmeren (p) Element hergestellt wurden. Halbwertszeit (Abschn. 16.3, S. 255 ff.; Abschn. 35.5, S. 600 f.). Benötigte Zeit, bis bei einer Reaktion die Hälfte der Reaktanden verbraucht ist. Bei radioaktiven Substanzen: Zeit, die vergeht, bis die Hälfte der Probe zerfallen ist. Halbzelle (Abschn. 22.5, S. 346; Abschn. 22.7, S. 348). Hälfte einer galvanischen Zelle, in der entweder eine Oxidation oder eine Reduktion abläuft. Hall-Héroult-Prozess (Abschn. 29.4, S. 455). Prozess zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid in einer Na3AlF6-Schmelze. Halogen (Kap. 24, S. 373). Element der siebten Hauptgruppe des Periodensystems (Gruppe 17): F, Cl, Br, I, At, Ts. Halogenat (Abschn. 24.6, S. 381, S. 384). Verbindung mit dem Anion XO– 3 (X: Cl, Br oder I). Halogenido-Komplex (Abschn. 24.5, S. 381). Anionischer Komplex, der durch Anlagerung von Halogenid-Ionen an ein Halogenid-Molekül entsteht. Halogenwasserstoff (Abschn. 24.4, S. 379). Gasförmige Verbindung der Zusammensetzung HX (X: F, Cl, Br, I). Die wässrigen Lösungen sind sauer und heißen Flusssäure und Salzsäure für HF(aq) bzw. HCl(aq). Häm-Gruppe (Abschn. 30.1, S. 483; Abschn. 34.5, S. 573; Abschn. 34.6, S. 578; Abschn. 34.10, S. 590 f.). Substituiertes, eisenhaltiges Porphyrin, das im roten Blutfarbstoff enthalten ist.

Glossar Hauptgruppen (Abschn. 6.3, S. 80; Abschn. 6.7, S. 93; Abschn. 6.9, S. 97). Elemente, bei denen als letztes ein soder p-Orbital besetzt wurde. Hauptquantenzahl n (Abschn. 6.5, S. 85). Quantenzahl für die Energieschale, zu der ein Elektron gehört; n = 1, 2, 3, . . . 1. Hauptsatz der Thermodynamik (Abschn. 21.1, S. 327). Energie kann von einer Form in eine andere umgewandelt werden, sie kann aber weder vernichtet noch erzeugt werden. 2. Hauptsatz der Thermodynamik (Abschn. 21.3, S. 329). Jeder freiwillig ablaufende Prozess ist mit einer Zunahme der Entropie verbunden. 3. Hauptsatz der Thermodynamik (Abschn. 21.6, S. 333). Bei 0 K ist die Entropie einer perfekten kristallinen Substanz null. Heck-Reaktion (Abschn. 32.2, S. 520). Katalytische Reaktion um eine Alkyl-Gruppe an ein Alken zu knüpfen. Heisenberg-Relation siehe Unschärferelation Henderson-Hasselbalch-Gleichung (Abschn. 19.4, S. 303). Gleichung zur Berechnung des pH-Werts einer Pufferlösung: pH = pKs – lg [c(HA)/c(A–)]. Henry-Dalton-Gesetz (Abschn. 14.5, S. 214). Die Löslichkeit eines Gases in einer Flüssigkeit, mit der es nicht reagiert, ist proportional zum Partialdruck des Gases über der Lösung. Hess-Satz siehe Satz von Hess Heteroaren (Hetaren) (Abschn. 32.10, S. 541). Heterocyclisches Aren. Heterocyclische Verbindung (Abschn. 32.10, S. 541). Verbindung mit einem ringförmigen Molekülgerüst, das außer Kohlenstoff-Atomen auch ein oder mehrere Atome eines anderen Elements enthält. Heterogene Katalyse (Abschn. 16.8, S. 266). Reaktionsbeschleunigung an einem Katalysator, der in einer anderen Phase als die Reaktanden vorliegt. Heterogenes Gleichgewicht (Abschn. 17.2.1, S. 276). Gleichgewicht, an dem Substanzen in verschiedenen Phasen beteiligt sind. High-Spin-Komplex (Abschn. 30.5, S. 493). Komplex, bei dem die Konfiguration der d-Elektronen des Zentralatoms eine maximale Zahl von ungepaarten Elektronen hat. Hochofen (Abschn. 29.4, S. 453). Ofen, in dem Eisenoxid mit Koks zu Eisen reduziert wird. Roheisen, Schlacke und Gichtgas sind die Produkte. HOMO (Abschn. 9.6, S. 143; Abschn. 31.6, S. 510, Abschn. 34.5, S. 572). Höchstes besetztes Molekülorbital. Es hat maßgeblichen Einfluss auf den Ablauf chemischer Reaktionen. Homogene Katalyse (Abschn. 16.8, S. 266). Reaktionsbeschleunigung durch einen Katalysator, der in der gleichen Phase wie die Reaktanden vorliegt. Homologe Reihe (Abschn. 31.1, S. 498). Gruppe von Verbindungen, deren Vertreter sich der Reihe nach durch Einfügung von immer wieder der gleichen Atomgruppe in das Molekül ergeben. Die Alkane bilden eine homologe Reihe, deren Vertreter sich durch die Zahl der CH2-Gruppen im Molekül unterscheiden. Homolytische Spaltung oder Homolyse (Abschn. 16.6, S. 263; Abschn. 31.5, S. 508). Spaltung einer kovalenten Bindung, bei der jedes der beteiligten Atome eines der beiden Bindungselektronen behält.

Hormone (Abschn. 34.4, S. 570). Botenstoffe, die von einer Zelle abgegeben werden und in einer anderen Zelle bestimmte Reaktionen hervorrufen. H-Sätze (bis 2009 R-Sätze) (Abschn. 36.1, S. 620). Hinweise auf besondere Gefahren (Tab. 36.3, S. 624). Hückel-Regel (Abschn. 9.6, S. 144; Abschn. 31.4, S. 507). Delokalisierte p-Bindungssysteme mit 4n + 2 Elektronen sind besonders stabil (aromatische Verbindungen; n = Zahl der pElektronen). Hund-Regel (Abschn. 6.6, S. 90). Die Orbitale einer Unterschale werden so besetzt, dass eine maximale Zahl von ungepaarten Elektronen (mit parallelem Spin) resultiert. Hybridisierung (Abschn. 9.3, S. 135 f.). Mathematisches Verfahren, bei dem Wellenfunktionen von Atomorbitalen kombiniert werden, um Wellenfunktionen für einen neuen Satz von gleichwertigen Orbitalen zu erhalten. Hybridorbitale werden so gewählt, dass sie der tatsächlichen Struktur eines Moleküls entsprechen. Hydratation (Abschn. 14.2, 14.3, S. 212). Umhüllung von in Wasser gelösten Teilchen durch Wasser-Moleküle aufgrund von anziehenden Kräften. Hydratationsenthalpie (Abschn. 14.3, S. 212; Abschn. 14.4, S. 213). Energie, die freigesetzt wird, wenn Ionen aus dem Gaszustand in hydratisierte Ionen in wässriger Lösung überführt werden. Hydratisomerie (Abschn. 30.4, S. 486). Eine Art Konstitutionsisomerie, bei der zwei Komplex-Verbindungen sich darin unterscheiden, ob Wasser-Moleküle als Liganden im Komplex oder als getrennte Moleküle im Kristall vorhanden sind. Hydrid-Ion (Abschn. 23.3, S. 370). Das H–-Ion, das isoelektronisch zum Helium-Atom ist und in den salzartigen Hydriden der Alkali- und Erdalkalimetalle vorkommt. Hydrolyse (Abschn. 19.6, S. 307). Spaltung kovalenter Bindungen durch eine Reaktion mit Wasser. Hypervalentes Atom (Abschn. 9.8, S. 146). Atom, bei dem das Valenzelektronen-Oktett überschritten ist. Hypohalogenit (Abschn. 24.6, S. 381 ff.). Verbindung mit dem Anion XO– (X: Cl, Br, I).

I Ideale Gaskonstante R (Abschn. 10.3, S. 156). Proportionalitätskonstante im idealen Gasgesetz; R = 8,3145 kPa · L · mol–1 K–1. Ideale Lösung (Abschn. 14.7, S. 218). Lösung, die dem Raoult-Gesetz gehorcht. Ideales Gasgesetz (Zustandsgleichung eines idealen Gases) (Abschn. 10.3, S. 156). Druck p, Volumen V, Stoffmenge n und Temperatur T eines Gases hängen über die ideale Gaskonstante R gemäß pV = nRT miteinander zusammen. Indikator (Abschn. 15.7, S. 245; Abschn. 19.3, S. 300; Abschn. 34.5, S. 574). Substanz, die bei einer Titration das Erreichen des Äquivalenzpunktes anzeigt. Ein Säure-BaseIndikator hat verschiedene Farben bei verschiedenen pHWerten. Induktiver Effekt (Abschn. 31.7, S. 512). Beeinflussung der Elektronenverteilung in einem Molekül durch die Elektronegativität eines Atoms. Elektronegative Atome ziehen Elektronen an sich (–I-Effekt); elektropositive Atome lassen Elektronen von sich abziehen (+I-Effekt).

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Glossar Inerter Komplex (Abschn. 30.2, S. 484). Komplex, der kinetisch stabil ist und an Liganden-Austauschreaktionen nicht oder nur langsam teilnimmt. Innenzentriertes Kristallgitter (Abschn. 12.2, S. 188). Kristallgitter, bei dem sich durch Translation symmetrieäquivalente Punkte in den Ecken und in der Mitte der Elementarzelle befinden. Innere Energie U (Abschn. 5.4, S. 62; Abschn. 21.1, S. 327). Der Energieinhalt eines Systems. Die Reaktionsenergie ΔU ist die Differenz der inneren Energien von Produkten und Reaktanden. Innere Schale (Abschn. 6.7, S. 93). Schale mit einer niedrigeren Hauptquantenzahl als die der höchsten besetzten Schale. Intercalationsverbindung siehe Einlagerungsverbindung. Interhalogen-Verbindung (Abschn. 24.3, S. 377). Verbindung aus zwei Halogenen. Intermediat siehe reaktive Zwischenstufe. Intermolekulare Kräfte, Van-der-Waals-Kräfte (Abschn. 11.1, S. 172). Kräfte zwischen Molekülen, die diese in Feststoffen und Flüssigkeiten aneinander halten. Inversions(dreh)achse (Abschn. 12.2, S. 187). Symmetrieelement, das zur Symmetrieoperation der Inversionsdrehung gehört. Inversionspunkt (Symmetriezentrum) (Abschn. 12.2, S. 187). Symmetrieelement, das zur Symmetrieoperation der Inversion gehört. Ion (Abschn. 2.6, S. 37; Abschn. 3.1.2, S. 42). Ein Teilchen, das aus einem oder mehreren Atomen besteht und eine elektrische Ladung trägt, die positiv oder negativ sein kann. Ionenaustauscher (Abschn. 28.6, S. 439). Ein Kationenaustauscher hat eine anionische Gerüststruktur und bewegliche Kationen, die gegen andere Kationen ausgetauscht werden können. Bei einem Anionenaustauscher ist es umgekehrt. Ionenbindung (Abschn. 7.4, S. 107). Anziehende Kraft, die negative und positive Ionen zusammenhält und zu einem Ionenkristall führt. Sie kommt durch den Übergang von Elektronen von einer Atomsorte auf eine andere zustande. Ionenprodukt bei schwerlöslichen Verbindungen (Abschn. 20.2, S. 317 f.). Das wie beim Löslichkeitsprodukt gebildete mathematische Produkt der Ionenkonzentrationen einer Lösung. Ist es größer als das Löslichkeitsprodukt, so kommt es zur Fällungsreaktion. Ionenprodukt des Wassers (Abschn. 19.1, S. 294). Produkt aus der H+(aq)-Ionenkonzentration mit der OH–(aq)-Ionenkonzentration in wässrigen Lösungen; bei 25 °C: c(H+) · c(OH–) = KW = 10–14 mol2/L2. Ionenradius (Abschn. 7.7, S. 112). Radius für die effektive Größe eines einatomigen Ions in einem Ionengitter. Er wird aus den Abständen zwischen den Ionen berechnet. Ionenverbindung (Abschn. 7.4, S. 107). Verbindung, die aus Kationen und Anionen aufgebaut ist und durch die elektrostatische Anziehung zwischen ihnen zusammengehalten wird. Ionisationsisomerie (Abschn. 30.4, S. 486). Konstitutionsisomerie, bei der zwei Komplex-Verbindungen sich darin unterscheiden, ob sich ein Ion außerhalb oder als Ligand innerhalb der Koordinationssphäre des Komplexes befindet.

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Ionische Flüssigkeit (Abschn. 14.15, S. 229). Ionische Verbindung mit einem Schmelzpunkt unter 100 °C. Ionisierungsenergie (Abschn. 6.2, S. 76; Abschn. 7.2, S. 103). Aufzuwendende Energie, um einem Atom oder Ion das am schwächsten gebundene Elektron zu entreißen. Die erste Ionisierungsenergie betrifft das erste Elektron eines Atoms, die zweite das zweite Elektron usw. Isoelektronisch (Abschn. 7.4, S. 107). Teilchen mit gleicher Elektronenkonfiguration. Isolator (Abschn. 9.9, S. 150). Substanz mit einem voll besetzten Valenzband, das durch eine breite verbotene Zone von einem Leitfähigkeitsband getrennt ist, so dass Valenzelektronen keinen elektrischen Strom leiten können. Isolierte Doppelbindung (Abschn. 31.2, S. 505). Doppelbindung, die in einem Molekül durch mindestens zwei Einfachbindungen von einer anderen Mehrfachbindung getrennt ist. Isomere (Abschn. 27.7, S. 415; Abschn. 30.4, S. 485 f.; Abschn. 33.1, S. 544 f.). Verbindungen mit der gleichen Summenformel aber mit unterschiedlichen Strukturen. Isomere haben unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften. Siehe auch: cis-trans-Isomerie, Diastereomere, Enantiomere, Hydratisomerie, Ionisationsisomerie, Konstitutionsisomere, Koordinationsisomerie, Stereoisomere. Isomerisierung (Abschn. 31.1.2, S. 503). Reaktion, bei der Isomere ineinander überführt werden. Isotaktisches Polymeres (Abschn. 33.3, S. 552 f.). Polymermolekül, bei dem alle Seitengruppen auf derselben Seite sind. Isotope (Abschn. 2.7, S. 37 f.). Atome des gleichen Elements und daher gleicher Ordnungszahl, aber unterschiedlicher Massen- und Neutronenzahl.

J Joule (Abschn. 5.1, S. 60). SI-Einheit für die Energie; 1 J = 1 N · m = 1 kg · m2/s2. Joule-Thomson-Effekt (Abschn. 10.10, S. 167). Ein reales Gas kühlt sich bei Expansion ab.

K Kalorie (Abschn. 5.2, S. 60). Ältere Einheit für Wärmeenergie. Sie entspricht der Energie, die zum Erwärmen von 1 g Wasser um 1 °C benötigt wird. Kalorimeter (Abschn. 5.3, S. 61). Gerät zur Messung der umgesetzten Wärme bei chemischen oder physikalischen Vorgängen. Kanalstrahlen oder positive Strahlen (Abschn. 2.3, S. 34 f.). Strahlen von positiven Ionen. Katalysator (Abschn. 16.8, S. 265 f.). Substanz, die eine chemische Reaktion beschleunigt, ohne selbst verbraucht zu werden. Kathode (Abschn. 22.2, S. 342). Elektrode, an der die Reduktion erfolgt. Kathodenstrahl (Abschn. 2.2, S. 34). Strahl von Elektronen, die von der Kathode (negativen Elektrode) in einem evakuierten Rohr ausgehen.

Glossar Kation (Abschn. 3.1.2, S. 42; Abschn. 7.4, S. 107). Positiv geladenes Ion, entstanden durch Abgabe von einem oder mehreren Elektronen aus einem Atom oder einer Gruppe von kovalent miteinander verbundenen Atomen. Kelvin (Abschn. 10.3, S. 157). SI-Einheit zur Temperaturmessung auf der absoluten Temperaturskala. Die Temperatur in Kelvin ergibt sich aus der Temperatur in °C durch Addition von 273,15. Kernbindungsenergie (Abschn. 2.8, S. 39; Abschn. 35.9.1, S. 609). Das Energieäquivalent zum Massendefekt eines Atomkerns. Sie entspricht der Energie, die aufzubringen wäre, um den Atomkern in seine Nucleonen zu zerlegen. Kernfusion (Abschn. 35.10, S. 613). Vorgang, bei dem sehr leichte Atomkerne zu größeren Kernen verschmolzen werden. Kernmagnetische Resonanz-Spektroskopie (NMR-Spektroskopie) (Abschn. 13.2, S. 204). Methode zur Strukturaufklärung, bei der Atomkerne in einem Magnetfeld ihre SpinOrientierung ändern. Kernreaktor (Abschn. 35.9.3, S. 611). Apparat zur Durchführung der kontrollierten Kernspaltung, wobei Energie gewonnen wird. Kernspaltung (Abschn. 35.9.2, S. 610). Vorgang, bei dem schwere Atomkerne in leichtere gespalten werden. Kernspin (Abschn. 13.2, S. 204). Drehsinn eines Atomkerns, der für seine magnetische Eigenschaften verantwortlich ist. Er wird durch eine Kernspin-Quantenzahl I bezeichnet, die ganz- oder halbzahlig sein kann. Kernumwandlung (Abschn. 35.8, S. 607). Vorgang, bei dem ein Atomkern nach Beschuss mit anderen Teilchen in einen anderen Kern umgewandelt wird. Keton (Abschn. 32.5, S. 525 f.). Verbindung, in der eine Carbonyl-Gruppe an zwei Alkyl- oder Aryl-Gruppen gebunden ist: R1 — CO — R2 (R1, R2: Alkyl- oder Aryl-Gruppe). Ketose (Abschn. 34.2, S. 563). Zucker-Molekül mit einer Keto-Gruppe. Kettenreaktion (Abschn. 16.6, S. 263 f.). Vielstufige Reaktion, bei der nach einem Startschritt zwei Reaktionsschritte abwechselnd vielfach wiederholt werden. Kinetische Gastheorie (Abschn. 10.5, S. 160). Modell zur Erklärung der Eigenschaften von Gasen und zur Ableitung des idealen Gasgesetzes. Kinetische Stabilität (Abschn. 30.2, S. 484). Stabilität einer thermodynamisch instabilen Spezies, bedingt durch einen sehr langsamen Zerfall. Knallgas (Abschn. 23.3, S. 371). Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff, das bei Zündung explosionsartig zu Wasserdampf reagiert. Knotenfläche (Abschn. 6.4.3, S. 84). Fläche, auf der die Wellenfunktion und die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons null ist. Koeffizient (Abschn. 4.1, S. 50). Zahl vor der Formel für eine Substanz in einer chemischen Gleichung. Kofaktor siehe Cofaktor. Kohlehydrierung (Bergius-Verfahren) (Abschn. 23.3, S. 371). Prozess zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus fein verteiltem Kohlenstoff und Wasserstoff bei hohem

Druck, hoher Temperatur und in Anwesenheit eines Katalysators. Kohlenhydrat (Abschn. 34.2, S. 563). Ein Hydroxyaldehyd, ein Hydroxyketon oder eine davon abgeleitete Verbindung. Kohlenoxid-Konvertierung siehe Wassergas-Shift-Reaktion. Kohlenwasserstoff (Kap. 31, S. 497). Verbindung, die nur Kohlenstoff und Wasserstoff enthält. Kolloide Lösung (Abschn. 14.13, S. 227). Lösung, die Teilchen in der Größe von 1 – 1000 nm enthält. Komplex (Abschn. 20.4, S. 321; Kap. 30, S. 479). Verbindung, die durch Anlagerung von Liganden (Lewis-Basen) an ein Zentralatom (Lewis-Säure) entsteht. Komplexbildungskonstante, Stabilitätskonstante KK (Abschn. 20.4, S. 322 f.). Gleichgewichtskonstante für die Bildungsreaktion eines Komplexes. Komplexzerfallskonstante, Dissoziationskonstante KD (Abschn. 20.4, S. 322). Gleichgewichtskonstante für den Zerfall eines Komplexes; KD = 1/KK. Kompressibilitätsfaktor (Abschn. 10.9, S. 165). pV/RT; für 1 mol eines idealen Gases ist er immer gleich 1. Komproportionierung (Abschn. 15.3, S. 240). Reaktion, bei der zwei Verbindungen, in denen das gleiche Element mit unterschiedlichen Oxidationszahlen vorliegt, zu einer Verbindung mit einer dazwischen liegenden Oxidationszahl reagieren. Kondensationsenthalpie siehe Verdampfungsenthalpie Kondensiertes Ringsystem (Abschn. 31.1, S. 500). Molekül, in dem zwei Ringgerüste über zwei gemeinsame, direkt miteinander verbundene Atome verknüpft sind. Es wird auch anneliertes Ringsystem genannt. Konfiguration (Abschn. 30.4, S. 486; Abschn. 33.1, S. 545). Geometrische Gestalt eines Moleküls. Stereoisomere (Konfigurationsisomere) haben unterschiedliche Konfiguration. Konformation (Abschn. 31.1.1, S. 500). Orientierung von Molekülteilen zueinander, die sich durch Verdrehung um eine Einfachbindung ergibt. Sind in verschiedenen Molekülen die Molekülteile unterschiedlich zueinander verdreht, so handelt es sich um Konformationsisomere oder Konformere. Konjugierte Doppelbindungen (Abschn. 31.2, S. 505). Zwei Doppelbindungen in einem Molekül, zwischen denen sich genau eine Einfachbindung befindet. Konjugiertes (oder korrespondierendes) Säure-Base-Paar (Abschn. 18.2, S. 283). Brønsted-Säure-Base-Paar, das durch Abgabe bzw. Aufnahme eines Protons in Beziehung steht, z. B. NH+ 4 -Ion (Säure) und NH3 (Base). Konstitution (Abschn. 30.4, S. 486; Abschn. 33.1, S. 545). Sequenz der Verknüpfung der Atome in einem Molekül. Konstitutionsformel siehe Strukturformel Konstitutionsisomere (Abschn. 30.4, S. 486; Abschn. 31.1, S. 498; Abschn. 33.1, S. 545). Verbindungen mit der gleichen Summenformel, aber mit unterschiedlicher Konstitution, d. h. unterschiedlicher Verknüpfung der Atome. Kontaktverfahren (Abschn. 26.10, S. 401). Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure, bei dem SO2 katalytisch zu SO3 oxidiert wird, SO3 in H2SO4 gelöst wird und die gebildete H2S2O7 mit Wasser zu H2SO4 umgesetzt wird.

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Glossar Kontrollstäbe (Abschn. 35.9.3, S. 611). Stäbe aus Substanzen, die Neutronen einfangen können. Die Stäbe werden zwischen die Brennstäbe eines Kernreaktors mehr oder weniger weit eingeschoben, um den Neutronenfluss zu steuern. Konzentration (Abschn. 4.4, S. 54 f.; Abschn. 14.6, S. 215). Menge eines gelösten Stoffes in einem gegebenen Volumen einer Lösung. Konzentrationskette (Abschn. 22.9, S. 357). Galvanische Zelle, deren Halbzellen die gleichen Stoffe in unterschiedlichen Konzentrationen enthalten. Koordinationsisomerie (Abschn. 30.4, S. 486). Eine Art Konstitutionsisomerie, bei der jedes Isomere über wenigstens zwei verschiedene Zentralatome verfügt und sich die Verteilung der Liganden auf diese Atome unterscheidet. Koordinationspolyeder (Abschn. 30.1, S. 480). Raumkörper, der entsteht, wenn man sich die direkt an ein Zentralatom gebundenen Atome durch Linien verbunden denkt. Koordinationszahl (Abschn. 7.4, S. 107; Abschn. 30.1, S. 480 ff.). Die Anzahl der nächsten Nachbarionen um ein Ion in einem Ionenkristall oder die Anzahl der an ein Zentralatom direkt gebundenen Atome. Korrespondierendes Säure-Base-Paar siehe konjugiertes Säure-Base-Paar Kovalente Bindung (Abschn. 8.1, S. 117). Bindung, die durch gemeinsame Elektronen zwischen zwei Atomen bewirkt wird. Bei einer Einfachbindung ist ein gemeinsames Elektronenpaar vorhanden, bei einer Doppel- und einer Dreifachbindung sind es zwei bzw. drei gemeinsame Elektronenpaare. Kovalenzradius (Abschn. 7.1, S. 101). Radius für die effektive Größe eines Atoms, das durch kovalente Bindung mit einem anderen Atom verknüpft ist. Kristall (Einleitung zu Kap. 12, S. 183). Feststoff, in dem die Teilchen zu einem dreidimensional-periodisch geordneten Muster angeordnet sind. Kristallfeld-Theorie (Abschn. 30.5, S. 488). Theorie, welche die Bindungsverhältnisse in einem Komplex durch elektrostatische Anziehung zwischen einem positiv geladenen Zentralion und den negativen Ladungen der Elektronenpaare der Liganden erklärt. Kristallgitter (Abschn. 12.2, S. 185). Die Menge aller Translationsvektoren ua + v b + wc mit u, v , w = ganzzahlig in einem Kristall. Kristallisation (Abschn. 1.3.2, S. 27). Ausscheidung eines festen, kristallinen Stoffes aus einer Lösung, einer Schmelze oder aus der Gasphase. Kristallisationsenthalpie siehe Schmelzenthalpie Kristallstruktur (Abschn. 12.2, S. 185). Dreidimensional-periodische Anordnung von Atomen. Kristallstrukturtyp (Abschn. 12.3, S. 188; Abschn. 12.4, S. 191). Ein definiertes Muster der Anordnung von Atomen oder Ionen in einem Kristall gegebener Zusammensetzung; zur Bezeichnung dient ein bekannter Vertreter, z. B. NaClTyp. Kristallsystem (Abschn. 12.2, S. 188). Kubisch, hexagonal, trigonal, tetragonal, orthorhombisch, monoklin und triklin sind die sieben Kristallsysteme.

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Kritische Masse (Abschn. 35.9.2, S. 610). Mindestmenge eines spaltbaren Materials, damit die nukleare Kettenreaktion aufrecht erhalten wird. Kritischer Druck (Abschn. 10.10, S. 167; Abschn. 11.10, S. 182). Druck, der mindestens ausgeübt werden muss, um ein Gas bei der kritischen Temperatur zu verflüssigen. Kritische Temperatur (Abschn. 10.10, S. 167; Abschn. 11.10, S. 182). Höchste Temperatur, bei der ein Gas durch Druckausübung verflüssigt werden kann. Kroll-Prozess (Abschn. 29.4, S. 454). Verfahren zur Gewinnung eines Metalls durch Reduktion eines Halogenids mit Natrium, Magnesium oder Calcium. Kronenether (Abschn. 33.4, S. 557). Cyclischer Polyether, der als mehrzähniger Ligand wirken kann. Kryptand (Abschn. 33.4, S. 557). Käfigmolekül, das als mehrzähniger Ligand ein Ion umschließen kann. Kubisch-innenzentrierte Kugelpackung (Abschn. 12.3, S. 189). Packung von Kugeln mit kubisch-innenzentrierter Elementarzelle. Kumulierte Doppelbindungen (Abschn. 31.2, S. 505). Zwei Doppelbindungen an einem gemeinsamen Atom.

L Labiler Komplex (Abschn. 30.2, S. 484). Komplex, der sich an schnellen Liganden-Austauschreaktionen beteiligt. Ladungsdichte (Abschn. 6.4.4, S. 84 f.). Anteil der Elektronenladung pro Volumeneinheit. Wird synonym mit Elektronendichte oder Elektronen-Aufenthaltswahrscheinlichkeit gebraucht. Langsame Neutronen (Abschn. 35.8.2, S. 608). Neutronen, deren kinetische Energie derjenigen von Gasmolekülen entspricht; auch thermische Neutronen genannt. Lanthanoide (Abschn. 6.3.2, S. 79; Abschn. 6.9, S. 97; Abschn. 29.12, S. 475). Lanthan und die 14 Elemente, die ihm im Periodensystem folgen und bei denen von Element zu Element jeweils ein 4f-Orbital mit einem weiteren Elektron besetzt wird. Lanthanoiden-Kontraktion (Abschn. 29.11, S. 473). Die schrittweise Verringerung der Atom- und Ionen-Radien in der Reihe der Lanthanoide. Latenzzeit (Abschn. 36.3, S. 633). Zeitraum zwischen der Zufuhr eines Giftes und dem Ausbruch der Krankheitserscheinungen. Laugung (Abschn. 29.3, S. 451 f.). Verfahren, um die metallhaltige Komponente eines Erzes in Lösung zu bringen und so von der Gangart abzutrennen. Le-Chatelier-Prinzip siehe Prinzip des kleinsten Zwanges Leerstelle (Abschn. 12.5, S. 194; Abschn. 19.8, S. 312). Unbesetzte Position in einer Kristallstruktur. Leitfähigkeitsband (Abschn. 9.6, S. 145; Abschn. 9.9, S. 149). Unbesetztes Band in einem metallischen Kristall, in das Elektronen überwechseln können und dadurch frei beweglich werden. Letale Dosis (Abschn. 36.3, S. 631 f.). Tödliche Dosis eines Giftstoffs.

Glossar Lewis-Base (Abschn. 18.5, S. 288). Teilchenart, die ein Elektronenpaar zur Verfügung stellen kann unter Ausbildung einer kovalenten Bindung: ein Elektronenpaar-Donator, eine nucleophile Spezies. Lewis-Formel, Valenzstrichformel (Abschn. 8.1, S. 118). Darstellung der Bindungsverhältnisse in einem Molekül oder Molekül-Ion durch Valenzstriche. Striche zwischen Atomen repräsentieren die gemeinsamen Elektronenpaare von kovalenten Bindungen. Nichtbindende Valenzelektronen werden durch je einen Strich pro Elektronenpaar dargestellt (freie oder einsame Elektronenpaare). Lewis-Säure (Abschn. 18.5, S. 288). Teilchenart, die eine kovalente Bindung mit dem von einer Base zur Verfügung gestellten Elektronenpaar bilden kann: ein ElektronenpaarAkzeptor, eine elektrophile Spezies. Lichtquant siehe Photon Ligand (Abschn. 30.1, S. 480). Molekül oder Ion, das über ein Elektronenpaar verfügt, mit dem es sich an ein Zentralatom bindet und einen Komplex bildet. Ligandenfeld-Theorie (Abschn. 30.5, S. 490). Weiterentwickelte Fassung der Kristallfeld-Theorie. Linearbeschleuniger (Abschn. 35.8.1, S. 607). Gerät, in dem geladene Teilchen auf einer geradlinigen Bahn durch elektrische Felder beschleunigt werden, um auf eine Zielsubstanz geschleudert zu werden. Lipide (Abschn. 34.3, S. 567). Substanzen, die aus biologischem Material mit unpolaren Lösungsmitteln herausgelöst werden können. Dazu gehören Fette, Öle, einige Vitamine und Hormone sowie Bausteine aus Zellmembranen. Lokalelement (Abschn. 22.12, S. 360). Kleines, kurzgeschlossenes galvanisches Element an der Berührungsstelle von zwei verschiedenen Metallen; ist eine Elektrolytflüssigkeit anwesend, so wird das unedlere Metall oxidiert. London-Kräfte, Dispersionskräfte (Abschn. 11.1, S. 173). Stets vorhandene, zwischenmolekulare Anziehungskräfte. Sie werden durch Anziehung zwischen momentanen Dipolen bewirkt, die durch die Bewegung der Elektronen zustande kommen. Löslichkeitsprodukt (Abschn. 20.1, S. 315). Gleichgewichtskonstante für den Vorgang der Auflösung einer schwerlöslichen Verbindung. Die schwerlösliche Verbindung („Bodenkörper“) befindet sich im Gleichgewicht mit Ionen in der Lösung. Lösung (Abschn. 1.2, S. 24). Einheitliches Gemisch mehrerer reiner Stoffe ohne erkennbare Grenzflächen (homogenes Gemisch). Lösungsenthalpie (Abschn. 14.4, S. 213). Beim Lösen einer bestimmten Stoffmenge freigesetzte oder aufgenommene Wärme; sie hängt von der Temperatur und der Konzentration der Lösung ab. Lösungsmittelbezogene Base (Abschn. 18.6, S. 290). Substanz, die in Lösung das charakteristische Anion des Lösungsmittels bildet. Lösungsmittelbezogene Säure (Abschn. 18.6, S. 290). Substanz, die in Lösung das charakteristische Kation des Lösungsmittels bildet.

Low-Spin-Komplex (Abschn. 30.5, S. 493). Komplex, in dem die Konfiguration der d-Elektronen des Zentralatoms eine minimale Zahl von ungepaarten Elektronen hat. LUMO (Abschn. 9.6, S. 143; Abschn. 31.6, S. 510; Abschn. 34.5, S. 572). Energetisch tiefstes unbesetztes Molekülorbital. Es hat maßgeblichen Einfluss auf den Ablauf chemischer Reaktionen und die Farbigkeit von Verbindungen.

M Magnetquantenzahl ml (Abschn. 6.5, S. 86). Quantenzahl, welche die Orientierung eines Orbitals anzeigt. Sie kann die Werte –l bis +l annehmen (l = Nebenquantenzahl). Makromolekül (Abschn. 33.3, S. 549). Molekül mit sehr hoher Molekülmasse. Manometer (Abschn. 10.1, S. 154). Gerät zur Messung des Druckes in einem Behälter. Markovnikov-Regel (Abschn. 31.5, S. 508). Ist an den beiden C-Atomen einer Mehrfachbindung eine unterschiedliche Anzahl von H-Atomen gebunden, dann wird bei einer Additionsreaktion der positivere Teil des Addenden an das wasserstoffreichere C-Atom gebunden. Masse (Abschn. 1.2, S. 23). Maß für die Menge von Materie. Massenanteil w(X) (Abschn. 3.4, S. 45; Abschn. 14.6, S. 215). Anteil des Elements X an der Masse der Verbindung oder Konzentrationsangabe einer Lösung als Masse des gelösten Stoffes pro Masse Lösung. w · 100 % = Massenprozent. Massendefekt (Abschn. 35.9.1, S. 609). Differenz zwischen der Summe der Massen der Nucleonen eines Kerns und der Masse des Kerns. Das Energieäquivalent des Massendefekts ist die Kernbindungsenergie. Massenkonzentration g (Abschn. 14.6, S. 217). Konzentrationsangabe einer Lösung als Masse gelöster Stoff pro Volumen Lösung. Massenspektrometer (Abschn. 2.7, S. 38). Instrument, mit dem die Masse von Isotopen und deren relative Häufigkeit gemessen werden kann. Massenwirkungsgesetz (Abschn. 17.1 – 17.3, S. 272 ff.). Für ein System im chemischen Gleichgewicht gilt: Das Produkt aus den Stoffmengenkonzentrationen (oder Partialdrücken) der Substanzen auf der rechten Seite der Reaktionsgleichung, jeweils potenziert mit den zugehörigen Koeffizienten der Reaktionsgleichung, geteilt durch das entsprechende Produkt der Substanzen auf der linken Seite der Reaktionsgleichung, ist gleich der Gleichgewichtskonstanten Kc bzw. Kp. Massenzahl A (Abschn. 2.6, S. 37). Gesamtzahl von Protonen und Neutronen im Atomkern. Materie (Abschn. 1.2, S. 23). Alles, was Raum erfüllt und Masse besitzt. Matrizen-RNA, Boten-RNA oder Messenger-RNA, mRNA (Abschn. 34.8, S. 581). Ribonucleinsäure, die im Zellkern gebildet wird und eine komplementäre Basensequenz zu einem Stück DNA hat. Sie wandert zu den Ribosomen, wo sie die Synthese von Proteinen steuert. Maxwell-Boltzmann-Geschwindigkeitsverteilung (Abschn. 10.7, S. 164). Statistische Verteilung der Geschwindigkeiten der Teilchen in einem Gas.

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Glossar Mehratomiges Ion (Molekül-Ion) (Abschn. 3.1.2, S. 42). Ion, das aus mehreren Atomen besteht. Mehrprotonige Säure (Abschn. 15.4, S. 242). Säure, die mehr als ein Proton pro Molekül abgeben kann. Mehrzähniger Ligand (Chelat-Ligand) (Abschn. 30.1, S. 483). Ligand, der mehrere Bindungen über mehrere Koordinationsstellen mit einem Zentralatom eingehen kann. Mehrzentrenbindung (Abschn. 9.6, S. 142; Abschn. 28.9, S. 442; Abschn. 28.11, S. 444). Bindung, bei der drei oder mehr Atome durch ein Elektronenpaar in einem Molekülorbital verknüpft sind. Mesomerer Effekt (Abschn. 31.7, S. 512). Beeinflussung der Elektronenverteilung im p-Bindungssystem eines Moleküls durch Atome, die p-Bindungselektronen an sich ziehen (–MEffekt) oder zur Verfügung stellen (+M-Effekt). Er wird auch Konjugationseffekt genannt. Mesomerie (Resonanz) (Abschn. 8.5, S. 125). Formulierungsmethode für die Bindungen in Molekülen, die durch eine einzelne Lewis-Formel nicht richtig wiedergegeben werden können. Die tatsächlichen Verhältnisse sind als Mittel zwischen mehreren Grenzformeln anzusehen. Mesoporöses Material (Abschn. 12.7, S. 195). Material mit Poren von 2 bis 50 Nanometer Durchmesser. Metallurgie (Abschn. 29.3 – 29.6, S. 450 ff.). Die Lehre der Gewinnung von Metallen aus Erzen (Hüttenkunde) sowie ihrer Veredelung und Verarbeitung. Metathese-Reaktion (Abschn. 15.1, S. 232). Reaktion zwischen zwei Verbindungen, bei der Kationen und Anionen ihre Partner tauschen. Miller-Indices (Abschn. 13.1, S. 202). Zahlentripel zur Bezeichnung der Orientierung einer Ebenenschar in einem Kristall. Mitochondrien (Abschn. 34.10, S. 590). Zweimembranige Organellen, in denen die wesentlichen Reaktionen zur Energieumwandlung in Zellen erfolgen. Mittlere freie Weglänge (Abschn. 10.7, S. 163 f.). Mittlere Weglänge, die ein Teilchen in einem Gas zwischen zwei Kollisionen mit anderen Teilchen zurücklegt. Mizelle (Abschn. 14.14, S. 228). Kugelförmige Zusammenlagerung von Tensid-Molekülen, bei der sich die hydrophoben Molekülteile im Inneren und die hydrophilen Endgruppen an der Oberfläche befinden. Moderator (Abschn. 35.8.2, S. 608; Abschn. 35.9.3, S. 611). Substanz, die zum Abbremsen von schnellen Neutronen bei Kernreaktionen dient. Modifikationen (Abschn. 12.3, S. 190). Unterschiedliche Kristallstrukturen bei ein und derselben Substanz. Mol (Abschn. 3.3, S. 44). Stoffmenge, die aus NA = 6,022 140 76 · 1023 Teilchen besteht (Avogadro-Konstante). Molalität b (Abschn. 14.6, S. 216). Stoffanteil in einer Lösung in Mol gelöster Stoff pro kg Lösungsmittel. Molare Masse (Molmasse) (Abschn. 3.3, S. 44). Masse eines Mols. Wenn die relative Formel- oder Molekülmasse Mr = x beträgt, ist die Masse eines Mols x g. Molarität überholte, nicht mehr zu verwendende Bezeichnung für Stoffmengenkonzentration. Molekül (Abschn. 3.1.1, S. 41). Teilchen, das aus mehreren aneinandergebundenen Atomen besteht.

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Molekulare Genetik (Abschn. 34.7, S. 581). Die Lehre der Weitergabe des Erbguts auf molekularem Maßstab. Molekulare Passgenauigkeit („Molekulare Erkennung“) (Abschn. 33.4, S. 556). Assoziation von zueinander passenden Molekülen über zwischenmolekulare Kräfte nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. Molekülformel oder Molekularformel (Abschn. 3.1.1, S. 41 f.). Chemische Formel, welche die Art und Zahl der Atome in einem Molekül bezeichnet. Molekülion siehe mehratomiges Ion Molekülmasse (Abschn. 3.3, S. 44). Masse eines Moleküls in u-Einheiten. Molekülorbital (Abschn. 9.4, S. 137). Orbital, das zu einem Molekül und nicht zu einem einzelnen Atom gehört. Molvolumen Vm (Abschn. 10.2, S. 155). Volumen, das ein Mol eines Gases einnimmt. Bei Normbedingungen ist Vm = 22,414 L. Mond-Verfahren (Abschn. 29.5, S. 457). Verfahren zur Reinigung von Nickel durch chemische Transportreaktion mit Kohlenmonoxid. Monomeres (Abschn. 33.3, S. 550). Kleinstes Molekül, das sich mit Molekülen der gleichen Art zu größeren Molekülen zusammenschließen kann, d. h. polymerisieren kann. Monosaccharid (Abschn. 34.2, S. 563). Ein einfacher Zucker. Moseley-Gesetz (Abschn. 6.3.1, S. 79). Lineare Beziehung zwischen dem Quadrat der Ordnungszahl eines Elements und der Frequenz der von ihm emittierten Röntgenstrahlung. Mutation (Abschn. 34.8, S. 583). Veränderung in der DNA einer Zelle, aus der sich ein verändertes Protein ergibt, das von dieser Zelle synthetisiert wird.

N Nanoröhre (Abschn. 12.7, S. 196; Abschn. 28.2, S. 431). Röhrenförmige Molekülstruktur mit Maßen in der Größenordnung von Nanometern. Nanostrukturiertes Material (Abschn. 12.7, S. 195). Material mit Teilchengrößen oder mit Strukturmerkmalen in der Größe von 1 bis 100 Nanometer. Naszierender Wasserstoff (Abschn. 23.3, S. 371). Frisch entstehender Wasserstoff, der besonders reaktionsfähig ist. Nebelkammer (Abschn. 35.4, S. 599). Gerät, mit dem die Bahnen von ionisierender Strahlung als Kondensstreifen sichtbar gemacht werden können. Nebengruppen, Übergangselemente, Übergangsmetalle (Abschn. 6.3.2, S. 80; Abschn. 6.7, S. 93; Abschn. 6.9, S. 97; Abschn. 29.11, S. 470). Elemente, bei denen nach dem Aufbauprinzip als letztes ein d-Orbital besetzt wurde. Nebenquantenzahl l (Abschn. 6.5, S. 85). Quantenzahl zur Bezeichnung einer Unterschale und der räumlichen Gestalt eines Orbitals. Die Symbole s, p, d, f werden für die Unterschalen mit l = 0, 1, 2, 3 verwendet. Nematische Phase (Abschn. 12.6, S. 195). Flüssigkristalline Phase mit parallel ausgerichteten Molekülen. Nernst-Gleichung (Abschn. 22.9, S. 354 f.). Gleichung zur Berechnung des Reduktionspotenzials in Abhängigkeit von Temperatur und Konzentrationen.

Glossar Netto-Ionengleichung (Abschn. 15.1, S. 233). Reaktionsgleichung, bei der nur die miteinander reagierenden Ionen berücksichtigt werden. Neutralisation (Abschn. 15.4, S. 241). Reaktion zwischen einer Säure und einer Base. Neutrino (Abschn. 35.3.4, S. 598). Ungeladenes Teilchen mit sehr geringer Masse, das beim β+-Zerfall emittiert wird. Neutron (Abschn. 2.4, S. 35; Abschn. 35.1, S. 594). Subatomares Teilchen ohne elektrische Ladung, mit Masse 1,0087 u, das im Atomkern vorkommt. Neutronen-Einfang (Abschn. 35.8.2, S. 608). Kernreaktion, die beim Beschuss von Atomkernen mit langsamen Neutronen stattfindet; das Neutron wird dem Atomkern einverleibt. Newman-Projektion (Abschn. 31.1.1, S. 500). Formel zur Verdeutlichung der Konformation um eine Bindung. Nichtbindendes Elektronenpaar siehe einsames Elektronenpaar. Nichtstöchiometrische Verbindung (Abschn. 12.5, S. 194). Feststoff, dessen Zusammensetzung von der idealen Zusammensetzung der perfekten Kristallstruktur abweicht. Nitril (Abschn. 32.6, S. 531). Verbindung, in der die CyanoGruppe (Nitril-Gruppe, CN) an einen Alkyl- oder Aryl-Rest gebunden ist. Nivellierender Effekt (Abschn. 18.3, S. 284 f.). Effekt des Lösungsmittels auf die Säurestärke von Brønsted-Säuren und -Basen. Eine gelöste Säure kann nicht stärker sauer wirken als die zum Lösungsmittel konjugierte Säure; eine gelöste Base kann nicht stärker basisch wirken als die zum Lösungsmittel konjugierte Base. NMR-Spektroskopie siehe kernmagnetische ResonanzSpektroskopie. Normalpotenzial E0 (Abschn. 22.7, S. 349). Halbzellenpotenzial relativ zur Norm-Wasserstoffelektrode; alle anwesenden Stoffe müssen im Standardzustand vorliegen. Normbedingungen (Abschn. 10.2, S. 155). Druck p = 101,325 kPa und Temperatur T = 273,15 K. Norm-Wasserstoffelektrode (Abschn. 22.7, S. 348 f.). Bezugselektrode, deren Normalpotenzial willkürlich auf E0 = 0 V festgelegt ist. Sie besteht aus einem Platindraht, der von H2 bei 101,3 kPa umspült wird und in eine Lösung mit H+(aq)-Ionenaktivität von 1 taucht. Nucleinsäure (Abschn. 34.7, S. 579). Ein langkettiges Makromolekül, das aus Nucleotiden aufgebaut ist. Nucleon (Abschn. 2.6, S. 37; Abschn. 35.1, S. 594). Ein Proton oder ein Neutron. Nucleophile Substitution (Abschn. 16.6, S. 262 f.; Abschn. 32.1, S. 517). Reaktion, bei der in einem Molekül eine nucleophile Gruppe (Lewis-Base) durch eine andere substituiert wird. Bei der SN1-Reaktion wird zuerst die eine Gruppe abgespalten, dann die neue Gruppe angelagert; bei der SN2-Reaktion verlaufen Anlagerung und Abspaltung synchron. Nucleophile Verdrängungsreaktion (Abschn. 18.5, S. 289). Nucleophile Substitution, bei der eine Lewis-Base eine andere, schwächere Lewis-Base verdrängt.

Nucleophilie (Abschn. 32.1, S. 518). Qualitatives Maß für die Geschwindigkeit, mit der eine nucleophile Gruppe eine andere in einer SN2-Reaktion verdrängt. Nucleosid (Abschn. 34.7, S. 579). Molekül, das aus einer Pentose und einer stickstoffhaltigen, heterocyclischen Base aufgebaut ist. Nucleotid (Abschn. 34.7, S. 579). Molekül, das aus einem Nucleosid und einem Molekül Phosphorsäure aufgebaut ist. Nuclid (Abschn. 35.1, S. 594). Bezeichnung einer Atomsorte, die durch ihre Ordnungszahl und ihre Massenzahl spezifiziert wird.

O Oberflächenspannung (Abschn. 11.3, S. 176). In das Innere einer Flüssigkeit gerichtete Kraft, bedingt durch die intermolekularen Anziehungen. Öle siehe Fette und Öle Oktaederlücke (Abschn. 12.3, S. 190). Lücke zwischen sechs oktaedrisch angeordneten, sich berührenden Kugeln einer dichtesten Kugelpackung. Oktettregel (Abschn. 8.1, S. 118). Nichtmetalle (außer Wasserstoff) gehen so viele kovalente Bindungen ein, bis sie die acht Elektronen der folgenden Edelgaskonfiguration um sich haben. Das sind in der Regel 8 – N kovalente Bindungen, wenn N die Hauptgruppennummer ist. Oligopeptid (Abschn. 34.6, S. 575). Molekül, das durch Kondensationsreaktion aus einigen Aminosäure-Molekülen entstanden ist. Oligosaccharid (Abschn. 34.2, S. 563, S. 565). Ein Kohlenhydrat, dessen Moleküle aus einigen Monosaccharid-Einheiten aufgebaut sind. Orbital (Abschn. 6.4.4, S. 84). Wellenfunktion eines Elektrons in einem Atom; sie ist durch die Quantenzahlen n, l und ml charakterisiert. Zu jedem Orbital gehört ein definierter Energiezustand und eine definierte Verteilung der Ladungsdichte. Maximal zwei Elektronen mit entgegengesetztem Spin können dasselbe Orbital besetzen. Ordnungszahl (Abschn. 2.6, S. 37). Zahl der Protonen im Atomkern. Osmose (Abschn. 14.9, S. 221). Fluss von Lösungsmittel-Molekülen durch eine semipermeable Membran von einer verdünnten in eine konzentriertere Lösung. Ostwald-Verfahren (Abschn. 27.8, S. 417). Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure. Ammoniak wird katalytisch zu NO verbrannt, NO wird zu NO2 oxidiert und NO2 wird mit Wasser zu HNO3 umgesetzt. Oxidation (Abschn. 15.3, S. 237). Teil einer Reaktion, bei der es zur Abgabe von Elektronen, d. h. zur Erhöhung der Oxidationszahl kommt. Oxidationsmittel (Abschn. 15.3, S. 237). Substanz, die bei einer chemischen Reaktion reduziert wird und dadurch die Oxidation einer anderen Substanz bewirkt. Oxidationszahl (Abschn. 15.2, S. 235). Fiktive Ionenladung an einem Atom, die sich ergibt, wenn alle Elektronenpaare von kovalenten Bindungen dem jeweils elektronegativeren Bindungspartner zugeteilt werden. Oxonium-Ion (Abschn. 15.4, S. 240). Ion, das aus einem Proton und einem Wasser-Molekül gebildet wird, H3O+.

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Glossar

P Paramagnetische Substanz (Abschn. 6.6, S. 91). Substanz, die ungepaarte Elektronen enthält. Sie wird in ein magnetisches Feld hineingezogen. Parkes-Verfahren (Abschn. 29.5, S. 457). Verfahren zur Abtrennung von Silber aus Blei; das Silber wird selektiv mit flüssigem Zink extrahiert. Partialdruck (Abschn. 10.6, S. 161). Druck, den eine Komponente eines Gasgemisches ausüben würde, wenn sie als einzige im gleichen Volumen anwesend wäre. Partieller Ionencharakter (Abschn. 8.2, S. 121; Abschn. 8.3, S. 122. Zahlenwert (Prozent), der die tatsächliche Polarität einer kovalenten Bindung im Verhältnis zur hypothetischen Polarität angibt, die vorläge, wenn zwischen den Atomen eine Ionenbindung bestünde. Pascal (Abschn. 10.1, S. 154). SI-Einheit für den Druck; 1 Pa = 1 N/m2 = 1 kg · m–1s–2. Pauli-Prinzip siehe Ausschließungsprinzip Peierls-Verzerrung (Abschn. 9.6, S. 145). Auftreten von abwechselnd kurzen und langen Bindungen in einem System von delokalisierten Bindungen. Peptid-Bindung (Abschn. 32.8, S. 539; Abschn. 34.6, S. 575). Die Atomgruppe — CO — NH — , die unter Wasser-Abspaltung bei der Verknüpfung von Aminosäuren entsteht. Perhalogenat (Abschn. 24.6, S. 381, S. 385). Verbindung mit 5– dem Anion XO– 4 (X: Cl, Br, I) oder IO6 . Pericyclische Reaktion (Abschn. 31.6, S. 510). Reaktion, die über einen cyclischen Übergangszustand mit konzertierter Trennung alter und Knüpfung neuer Bindungen abläuft. Periode (Abschn. 6.3.2, S. 79; Abschn. 6.7, S. 92). Elemente, die in einer Zeile des Periodensystems stehen. Periodensystem (Abschn. 6.3, S. 77). Tabelle der chemischen Elemente, geordnet nach ihrer Ordnungszahl und nach ihren chemischen Eigenschaften. Peroxosäure (Abschn. 26.10, S. 403; Abschn. 32.6, S. 536). Säure, in der die Peroxo-Gruppe — O — O — Bestandteil des Moleküls ist. Phase (Abschn. 1.2, S. 24). In sich einheitliche Portion eines Stoffes ohne erkennbare Grenzflächen in ihrem Inneren. Phasendiagramm (Abschn. 11.10, S. 180). Diagramm, aus dem sich die Existenzbereiche der Phasen einer Substanz in Abhängigkeit von Druck und Temperatur ersehen lassen. Phenol (Abschn. 32.3, S. 522). Verbindung, in der eine OHGruppe direkt an das Ringgerüst eines Arens gebunden ist. Phlogiston-Theorie (Abschn. 1.1, S. 21 f.). Historische Theorie, wonach bei der Verbrennung Phlogiston (heute Energie genannt) an die Luft abgegeben wird. Phospholipid (Abschn. 34.3, S. 569). Verbindung, in der ein Molekül eines Alkohols wie Cholin, [(H3C)3N — CH2 — CH2 — OH]+, mit einem Molekül Phosphorsäure verestert ist, das seinerseits noch mit einem Glycerindifettsäureester verestert ist. Phospholipide sind wesentliche Bestandteile von biologischen Zellmembranen. Photochemischer Smog (Abschn. 27.9, S. 421). Schadstoffe in der Atmosphäre, die unter Sonnenlicht aus Kohlenwasserstoffen unter Mitwirkung von NO, NO2 und Ozon entstehen.

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Photon, Lichtquant (Abschn. 6.1, S. 74). Kleinste Energieportion von elektromagnetischer Strahlung. Seine Energie E ist der Frequenz n der Strahlung proportional: E = hn, wobei h = 6,62607 · 10–34 Js die Planck-Konstante ist. Photosynthese (Abschn. 28.5, S. 436; Abschn. 34.2, S. 567). Prozess, durch den Pflanzen Kohlenhydrate aufbauen; dabei wird Kohlendioxid aus der Atmosphäre entnommen und Sauerstoff abgegeben. pH-Wert (Abschn. 19.1, S. 294). Der negative Logarithmus der H+(aq)-Ionenkonzentration: pH = –lg c(H+)/(mol L–1). p-Bindung (Abschn. 9.4, S. 139). Kovalente Bindung, deren Ladungsdichte sich auf zwei Bereiche neben der Verbindungslinie zwischen den Atomkernen erstreckt. Pigment (Abschn. 29.11, S. 470). Feinverteilter Feststoff, der in Lack, Malerfarbe oder anderen Trägern suspendiert wird und diesen die deckende Farbe verleiht. p-Komplex (Abschn. 30.5, S. 494). Komplex, in dem ein Alken, Alkin oder Aren über seine p-Elektronen an ein Übergangsmetallatom gebunden ist. pK-Wert (Abschn. 19.2, S. 297 f.). Der negative Logarithmus einer Gleichgewichtskonstanten: pK = –lg K. Plasma (Abschn. 35.10, S. 613). Zustand der Materie bei sehr hohen Temperaturen, bei dem Kationen und Elektronen gasförmig vorliegen. pOH-Wert (Abschn. 19.1, S. 294). Der negative Logarithmus der OH–(aq)-Ionenkonzentration in mol/L. Polare kovalente Bindung (Abschn. 8.2, S. 120; Abschn. 9.7, S. 146). Kovalente Bindung mit partiellen Ladungen (d+ und d–) an den Atomen wegen einer ungleichen Verteilung der Bindungselektronen. Polyaddition (Abschn. 33.3, S. 556). Reaktion, bei der durch Additionsreaktionen Makromoleküle entstehen. Polyen (Abschn. 9.6, S. 145; Abschn. 31.2, S. 505; Abschn. 33.3, S. 553; Abschn. 34.5, S. 572). Alken mit vielen Doppelbindungen. Polyhalogenid (Abschn. 24.3, S. 378). Anion, das durch Anlagerung eines Halogen-Moleküls an ein Halogenid-Ion entsteht. Polyinsertion (Abschn. 33.3, S. 552). Reaktion, bei der mit Hilfe eines Katalysators ungesättigte Moleküle zur Polymerisation gebracht werden. Polykondensation (Abschn. 33.3, S. 555). Reaktion, bei der unter Abspaltung von Wasser Makromoleküle entstehen. Polymerase-Kettenreaktion (PCR) (Abschn. 34.9, S. 584). Verfahren zur Vervielfältigung eines Abschnitts einer Nucleinsäure. Polymeres (Abschn. 33.3, S. 550). Makromolekül, das aus gleichen oder gleichartigen Monomeren aufgebaut ist. Polymerisation (Abschn. 33.3, S. 550 f.). Reaktion, bei der ungesättigte Moleküle sich unter Aufhebung von je einer p-Bindung zu Makromolekülen verbinden. Polymorphie (Abschn. 12.3, S. 190; Abschn. 26.6, S. 396). Das Auftreten mehrerer Modifikationen für eine feste Substanz. Polypeptid (Abschn. 34.6, S. 575). Ein Makromolekül, das durch Polykondensation aus a-Aminosäure-Molekülen entstanden ist.

Glossar Polyphosphorsäuren (Abschn. 27.10, S. 423). Säuren mit mehr als einem P-Atom pro Molekül. Metaphosphorsäuren haben die allgemeine Zusammensetzung (HPO3)x. Polysaccharid (Abschn. 34.2, S. 563, S. 566). Ein Kohlenhydrat, dessen Moleküle aus vielen Monosaccharid-Einheiten aufgebaut sind. Stärke und Cellulose sind Beispiele. Porphyrin (Abschn. 30.1, S. 483; Abschn. 34.5, S. 573). Chelat-Komplex mit einem vierzähnigen Liganden, der sich vom Porphin ableitet. Positron (Abschn. 35.3.4, S. 598). Antiteilchen e+ des Elektrons. Potenziometrische Titration (Abschn. 22.10, S. 358). Titration, bei welcher der Äquivalenzpunkt durch Messung des Potenzials einer Elektrode ermittelt wird, das von der Konzentration des zu bestimmenden Stoffes abhängt. pp-dp-Bindung (Abschn. 30.5, S. 492). p-Bindung, die durch Überlappung eines p- und eines d-Orbitals entsteht. Präzision (Abschn. 1.6, S. 30). Aussage über die Fehlerstreuung bei einer wiederholten Messung. Primärer Alkohol (Abschn. 32.3, S. 521). Alkohol, bei dem die OH-Gruppe an ein primäres Kohlenstoff-Atom gebunden ist. Primäres Kohlenstoff-Atom (Abschn. 31.1, S. 499). Kohlenstoff-Atom, das mit genau einem weiteren Kohlenstoff-Atom verbunden ist. Primärstruktur eines Proteins (Abschn. 34.6, S. 576). Die Sequenz der Aminosäuren in einer Protein-Kette. Primer (Abschn. 34.9, S. 585). Synthetische Oligonucleotide, die bei der Polymerase-Kettenreaktion Anfang und Ende des zu vervielfältigenden DNA-Stücks markieren. Primitives Kristallgitter (Abschn. 12.3, S. 189). Kristallgitter, bei dem gleichartige Punkte nur in den Ecken der Elementarzelle auftreten. Prinzip des kleinsten Zwanges oder Prinzip von Le Chatelier (Abschn. 14.5, S. 214; Abschn. 17.4, S. 278). Wird auf ein im Gleichgewicht befindliches System ein Zwang ausgeübt, so weicht es aus und ein verlagertes Gleichgewicht stellt sich ein. Prochirales Molekül (Abschn. 33.1.1, S. 547). Achirales Molekül, aus dem bei einer chemischen Reaktion ein chirales Molekül entsteht. Produkt (Abschn. 4.1, S. 50). Substanz, die bei einer chemischen Reaktion entsteht. Prosthetische Gruppe (Abschn. 34.10, S. 589). Nichtproteinischer Bestandteil eines Enzyms, der fest an das Enzymprotein gebunden ist. Protein (Abschn. 34.6, S. 575). Ein Polypeptid mit einer biochemischen Funktion. Proton (Abschn. 2.3, S. 34; Abschn. 35.1, S. 594). Subatomares Teilchen mit positiver Ladung und Masse 1,0073 u, das im Atomkern vorkommt. Prozentuale Ausbeute (Abschn. 4.3, S. 54). Verhältnis der tatsächlichen Ausbeute zur theoretischen Ausbeute in %. Pseudohalogenid (Abschn. 27.6, S. 413; Abschn. 28.7, S. 440). Ion, das sich in wässriger Lösung ähnlich wie ein Halogenid verhält; Pseudohalogenide sind: Cyanid (CN–), Thiocyanat (NCS–), Cyanat (NCO–), Azid (N– 3 ).

P-Sätze (bis 2009 S-Sätze) (Abschn. 36.1, S. 620). Sicherheitshinweise (Tab. 36.4, S. 624). Pufferlösung (Abschn. 19.4, S. 301). Lösung, die eine schwache Säure und ihre konjugierte Base enthält. Sie ändert ihren pH-Wert nur geringfügig bei Zugabe begrenzter Mengen von Säuren oder Basen. Pyranose (Abschn. 34.2, S. 565). Monosaccharid mit Sechsring-Struktur.

Q Quartärstruktur eines Proteins (Abschn. 34.6, S. 578). Die Verknüpfung mehrerer Protein-Ketten in ihrer Tertiärstruktur zum vollständigen Protein.

R Racem-Form (Racemat, racemisches Gemisch) (Abschn. 30.4, S. 487; Abschn. 33.1, S. 545). Gemisch von zwei Enantiomeren im Molverhältnis 1 : 1. Racemisierung (Abschn. 33.2, S. 549). Reaktion, bei der aus einem Enantiomeren ein Racemat entsteht. Radienverhältnis (Abschn. 12.4, S. 192). Größenverhältnis zwischen Kation und Anion in einer Ionenverbindung; das Radienverhältnis beeinflusst, welchen Kristallstrukturtyp die Verbindung annimmt. Radikalische Substitution (Abschn. 31.5, S. 507). Substitutionsreaktion, bei der die zu öffnenden Bindungen homolytisch gespalten werden. Radioaktive Markierung (Abschn. 35.11, S. 616). Einbau eines radioaktiven Atoms in ein Molekül. Seine Strahlung verrät seinen Verbleib bei einer chemischen Reaktion. Radioaktive Zerfallsreihe (Abschn. 35.7, S. 605). Folge von radioaktiven Zerfallsprozessen, bei der nacheinander radioaktive Nuclide auftreten, bis ein stabiles Nuclid entsteht. Radioaktivität (Abschn. 2.5.1, S. 35; Abschn. 35.3, S. 596). Der spontane Zerfall von Atomkernen unter Ausstoß von ionisierender Strahlung und Umwandlung zu anderen Kernen; natürliche radioaktive Stoffe geben a-, β- oder g-Strahlen ab. Raffination (Abschn. 29.3, S. 450; Abschn. 29.5, S. 457). Prozess zur Reinigung eines Metalls. Es können dabei Substanzen zur Veränderung der Eigenschaften zugesetzt werden. Raoult-Gesetz (Abschn. 14.7, S. 218). Der Partialdruck einer Komponente einer idealen Lösung ist gleich Stoffmengenanteil der Komponente mal Dampfdruck der reinen Komponente. Raschig-Verfahren (Abschn. 27.6, S. 412). Verfahren zur Herstellung von Hydrazin aus Ammoniak und Natriumhypochlorit. REACH-Verordnung (Abschn. 36.2, S. 625). Verordnung der Europäischen Union zur Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe. Reaktand oder Edukt (Abschn. 4.1, S. 50). Substanz, die bei einer chemischen Reaktion verbraucht wird. Reaktionsenergie ΔU (Abschn. 5.4, S. 62; Abschn. 21.1, S. 327). Gesamtenergie, die bei einer chemischen Reaktion aufgenommen oder abgegeben wird; sie entspricht der Differenz der inneren Energien von Produkten und Reaktanden.

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Glossar Reaktionsenthalpie ΔH (Abschn. 5.4, S. 62; Abschn. 21.2, S. 328). Energie, die als Wärme bei einer chemischen Reaktion aufgenommen oder abgegeben werden kann: ΔH = ΔU + pΔV. Reaktionsgeschwindigkeit (Abschn. 16.1, S. 252). Konzentrationsabnahme eines Reaktanden oder Konzentrationszunahme eines Reaktionsprodukts pro Zeiteinheit; sie ändert sich in der Regel im Verlaufe der Reaktion. Reaktionskinetik (Kap. 16, S. 251). Lehre der Reaktionsgeschwindigkeiten und Reaktionsmechanismen. Reaktionsmechanismus (Einleitung zu Kap. 16, S. 251; Abschn. 16.6, S. 262). Beschreibung des Ablaufs einer chemischen Reaktion im Einzelnen. Reaktionsordnung (Abschn. 16.2, S. 253 ff.). Die Summe der Exponenten im Geschwindigkeitsgesetz. Reaktionsquotient Q (Abschn. 17.2, S. 276). Zahlenwert, der sich ergibt, wenn beliebige Stoffmengenkonzentrationen (oder Partialdrücke) in den Ausdruck des Massenwirkungsgesetzes eingesetzt werden. Wenn Q = Kc (bzw. Q = Kp), so herrscht Gleichgewicht; wenn Q < K, so läuft die Reaktion nach rechts ab, wenn Q > K, so läuft sie nach links ab. Reaktive Zwischenstufe (Intermediat) (Abschn. 31.5, S. 508). Während einer Reaktion kurzzeitig auftretende, schnell weiterreagierende Substanz. Reduktion (Abschn. 15.3, S. 237). Teil einer Reaktion, bei der es zur Aufnahme von Elektronen, d. h. zur Erniedrigung der Oxidationszahl kommt. Reduktionsmittel (Abschn. 15.3, S. 237). Substanz, die bei einer chemischen Reaktion oxidiert wird und dadurch die Reduktion einer anderen Substanz bewirkt. Reduktionspotenzial (Abschn. 22.7, S. 349). Halbzellenpotenzial für einen Reduktionsprozess. Reduzierende Chlorierung (Abschn. 24.5, S. 380). Verfahren zur Synthese von Chloriden aus Oxiden, Kohlenstoff und Chlor. Reformatsky-Reaktion (Abschn. 32.6, S. 533). Reaktion zur Herstellung von Hydroxycarbonsäuren mit Hilfe von zinkorganischen Verbindungen. Regioselektive Reaktion (Abschn. 31.5, S. 509). Reaktion, bei der von zwei oder mehreren möglichen konstitutionsisomeren Reaktionsprodukten überwiegend nur eines gebildet wird. Regulation (Abschn. 34.8, S. 583). Durch Transkriptionskontrolle sorgen Regulator-Proteine dafür, dass Proteine nur dann synthetisiert werden, wenn sie benötigt werden. Rektifikation siehe Destillation Relative Atommasse Ar (Abschn. 2.8, S. 38). Masse eines Atoms relativ zum zwölften Teil der Masse eines Atoms 126 C. Relative Formelmasse und relative Molekülmasse Mr (Abschn. 3.1, S. 42). Summe der relativen Atommassen Ar aller Atome in der Anzahl wie in der chemischen Formel bezeichnet. Replikation (Abschn. 34.7, S. 581). Verdoppelung von DNA. Resonanz siehe Mesomerie Rezeptor (Abschn. 33.4, S. 558; Abschn. 34.4, S. 571). Molekulare Gruppe in einem biochemischen Molekül, an das sich ein Botenstoff anlagern kann und damit ein Signal auslöst.

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Ribonucleinsäure (RNA) (Abschn. 34.7, S. 579). Nucleinsäure aus Nucleotiden, die Ribose als Zuckerkomponente enthalten. Ribosom (Abschn. 34.8, S. 582 f.). Partikel, an dem die Proteinsynthese stattfindet. Die Codons einer Matrizen-RNA werden eines nach dem anderen interpretiert und die entsprechende Aminosäure an die wachsende Polypeptid-Kette angebaut. RNA siehe Ribonucleinsäure Röntgenbeugung (Abschn. 13.1, S. 199). Verfahren zur Bestimmung von Kristallstrukturen, bei dem ein Röntgenstrahl auf einen Kristall gerichtet wird und die Richtung und Intensität der gebeugten Strahlen ausgewertet wird. Röntgenstrahlen (Abschn. 6.3.1, S. 79). Von einem Atom ausgehende Strahlung, nachdem Elektronen aus inneren Schalen herausgestoßen wurden und Elektronen aus äußeren Schalen auf die inneren Schalen springen. Rösten von Erzen (Abschn. 29.3, S. 452). Erhitzen von Erzen an Luft; dabei werden Sulfide und Carbonate in Oxide umgewandelt. Röstreaktion (Abschn. 29.4, S. 452). Reduktionsverfahren bei manchen Sulfiden (Cu2S, PbS), bei denen das Sulfid selbst als Reduktionsmittel wirkt. Ein Teil des Sulfids wird mit Luft in das Oxid umgewandelt, das Oxid und weiteres Sulfid reagieren zum Metall und SO2.

S s2-Ion (Abschn. 7.6, S. 111). Ion mit der Elektronenkonfiguration s2 für die Außenelektronen. Salzbrücke (Abschn. 22.7, S. 348). Rohr, das mit einer Salzlösung gefüllt ist und die zwei Halbzellen einer galvanischen Zelle verbindet. Salzeffekt (Abschn. 20.1, S. 317). Zusatz von Salzen zu einer Lösung erhöht die Löslichkeit von schwerlöslichen Verbindungen. Satz von Hess oder Gesetz der konstanten Wärmesummen (Abschn. 5.5, S. 64). Die Reaktionsenthalpie ist unabhängig davon, ob eine Reaktion in einem oder mehreren Schritten abläuft. Sauerstoff-Blasverfahren (Abschn. 29.5, S. 458). Verfahren zur Gewinnung von Stahl aus Roheisen. Mit einem Sauerstoffstrahl werden Verunreinigungen im flüssigen Roheisen oxidiert. Sauerstoff-Kohlendioxid-Zyklus (Abschn. 28.5, S. 436). Gruppe von natürlichen und künstlichen Vorgängen, durch die Sauerstoff und Kohlendioxid ständig der Atmosphäre entnommen und ihr wieder zugeführt werden. Säure (Abschn. 15.4, S. 240; Abschn. 18.1/2, S. 283; Abschn. 18.5, S. 288; Abschn. 18.6, S. 290). Nach Arrhenius: eine Wasserstoff-Verbindung, die in wässriger Lösung unter Abgabe von H+-Ionen und Bildung von H3O+-Ionen dissoziiert. Nach Brønsted: eine Verbindung, die H+-Ionen abgeben kann (Protonen-Donator). Nach Lewis: ein ElektronenpaarAkzeptor. Säureanhydrid, saures Oxid (Abschn. 15.5, S. 243). Nichtmetalloxid, das mit Wasser eine Säure bildet.

Glossar Säuredissoziationskonstante KS (Abschn. 19.2, S. 296). Gleichgewichtskonstante für die Dissoziation einer Säure. Schale (Abschn. 6.2.1, S. 75; Abschn. 6.5, S. 85). Gruppe von Orbitalen eines Atoms mit gleicher Hauptquantenzahl n. Schichtenstruktur (Abschn. 12.1, S. 185). Kristall, der aus Schichten besteht, in denen die Atome kovalent miteinander verbunden sind; zwischen den Schichten bestehen LondonKräfte oder Ionenanziehungen mit dazwischenliegenden Gegenionen. Schlacke (Abschn. 29.4, S. 452). Material, das bei Schmelzprozessen aus Zuschlagstoffen und der Gangart eines Erzes entsteht und in flüssiger Form abgetrennt wird; Zweck ist die Abtrennung der Gangart. Schmelzenthalpie (Abschn. 11.8, S. 179). Aufzuwendende Energie, um eine gegebene Menge eines Feststoffes bei gegebener Temperatur zu verflüssigen; die Kristallisationsenthalpie hat den gleichen Betrag, jedoch negatives Vorzeichen. Schmelzpunkt siehe Gefrierpunkt Schnelles Neutron (Abschn. 35.8.2, S. 608). Schnell bewegtes Neutron, das bei einer Kernreaktion entsteht. Schottky-Defekt (Abschn. 12.5, S. 194). Defekt in einem Kristall, bei dem Ionen paarweise fehlen. Schrödinger Gleichung (Abschn. 6.4.4, S. 84). Gleichung, mit der die Wellenfunktionen der Orbitale berechnet werden. Schutzgruppe (Abschn. 32.8, S. 539; Abschn. 34.9, S. 586 f.). Molekül, das an eine funktionelle Gruppe vorübergehend gebunden wird damit diese nicht reagiert. Schwache Säuren und Basen (Abschn. 15.4, S. 241). Säuren und Basen, die nur partiell H3O+- bzw. OH–-Ionen in wässriger Lösung bilden. Seigern (Abschn. 29.3, S. 451; Abschn. 29.5, S. 457). Abtrennen eines Minerals oder eines Metalls von Verunreinigungen durch Schmelzen und Abfließenlassen. Sekundärer Alkohol (Abschn. 32.3, S. 521). Alkohol, in dem die OH-Gruppe an ein sekundäres Kohlenstoff-Atom gebunden ist. Sekundäres Kohlenstoff-Atom (Abschn. 31.1, S. 499). Kohlenstoff-Atom, an das zwei weitere Kohlenstoff-Atome gebunden sind. Sekundärstruktur eines Proteins (Abschn. 34.6, S. 576). Die räumliche Anordnung einer Protein-Kette; dazu gehören die a-Helix und die Faltblattstrukturen. Seltene Erden (Abschn. 6.9, S. 97). Scandium, Yttrium und die Lanthanoide. Sesquiterpen (Abschn. 34.1, S. 562). Terpen-Molekül, das aus drei Isopren-Einheiten aufgebaut ist. Sesselform (Abschn. 31.1.1, S. 501). Konformation des Cyclohexan-Rings, die Ähnlichkeit zu einem Sessel hat. Siedepunkt (Abschn. 11.6, S. 178). Temperatur, bei welcher der Dampfdruck einer Flüssigkeit gleich groß ist wie der äußere Atmosphärendruck; der normale Siedepunkt wird bei einem Dampfdruck von 101,3 kPa beobachtet. Siedepunktserhöhung ΔTS (Abschn. 14.8, S. 220). Erhöhung des Siedepunkts eines Lösungsmittels, wenn ein nichtflüchtiger Stoff darin gelöst ist; ΔTS = ES · b (ES = molale Siedepunktserhöhung; b = Molalität). SI-Einheit (Abschn. 1.4, S. 28 und Einband vorne). Maßeinheit im Internationalen Einheitensystem.

Sievert (Abschn. 35.6, S. 604). Maßeinheit für die biologisch wirksame, absorbierte Energiedosis ionisierender Strahlung. Für die ältere Einheit rem gilt: 1 Sv = 100 rem. s-Bindung (Abschn. 9.4, S. 138). Kovalente Bindung mit hoher, rotationssymmetrisch verteilter Ladungsdichte im Bereich zwischen zwei Atomkernen. Signalstoff siehe Botenstoff Signifikante Stellen (Abschn. 1.5, S. 29). Anzahl der Ziffern eines Zahlenwertes, die aussagekräftig sind. Silan (Abschn. 28.4, S. 435). Verbindung, die nur aus Silicium und Wasserstoff besteht. Silbercoulombmeter (Abschn. 22.4, S. 345). Elektrolysezelle, in der Silber abgeschieden wird; aus der abgeschiedenen Silbermenge kann die durchflossene Elektrizitätsmenge berechnet werden. Sol siehe kolloide Lösung. Solvatation (Abschn. 14.3, S. 213). Umhüllung von gelösten Teilchen durch Lösungsmittel-Moleküle aufgrund von anziehenden Kräften. Solvay-Verfahren (Abschn. 29.7, S. 461). Verfahren zur Herstellung von Natriumcarbonat („Soda“). Sonderabfall (Abschn. 36.2, S. 630). Abfall, der Gefahrstoffe enthält und nur von dafür befugten Institutionen entsorgt werden darf. Sonogashira-Kupplung (Abschn. 32.2, S. 520). Katalytische Reaktion um eine Aryl-Gruppe an ein Alkin zu knüpfen. Spannungsreihe (Abschn. 22.7, S. 349). Liste der Normalpotenziale nach zunehmenden Werten. Spektrochemische Serie (Abschn. 30.5, S. 493). Eine Serie von Liganden, geordnet nach der Zunahme der Orbitalenergie-Aufspaltung Δo, die sie verursachen. Spektrum (Abschn. 6.1/2, S. 73 f.; Abschn. 34.5, S. 572). Durch Aufteilung von Licht in Abhängigkeit der Wellenlänge erhaltenes Muster. Weißes Licht, in dem alle Wellenlängen vorkommen, ergibt ein kontinuierliches Spektrum. Substanzen, die aus einem angeregten Zustand Licht emittieren, ergeben ein Linienspektrum. Spezifische Wärme (Abschn. 5.2, S. 60). Benötigte Wärmemenge, um 1 g einer Substanz um 1 °C zu erwärmen. Spiegelebene (Abschn. 12.2, S. 187). Symmetrieelement, das zur Symmetrieoperation der Spiegelung gehört. Spin (Abschn. 6.5, S. 87 f.). Siehe auch Kernspin. Deutung des Magnetfelds eines Elektrons als Folge einer Drehung um seine eigene Achse. Nur zwei Spinzustände sind möglich, die durch die Spinmagnetquantenzahl ms = + 12 oder –12 charakterisiert werden. Spinpaarungsenergie P (Abschn. 30.5, S. 493). Energie, die aufzubringen ist, um zwei Elektronen mit entgegengesetztem Spin in ein Orbital zu bringen. Spin-Spin-Kopplung (Abschn. 13.2, S. 205). Gegenseitige Ausrichtung der Spins von Atomkernen, die zur Aufspaltung von Signalen in der NMR-Spektroskopie führt. s2p6-Ion (Abschn. 7.4, S. 108; Abschn. 7.6, S. 111). Ion mit der Edelgaskonfiguration ns2np6. Spiran (Abschn. 31.1, S. 500). Verbindung, in der zwei ringförmige Molekülgerüste über ein gemeinsames C-Atom miteinander verbunden sind. Spontaner Prozess (Abschn. 21.3, S. 329). Prozess, der freiwillig abläuft.

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Glossar Sprungtemperatur siehe Supraleiter Spurenelement (Einleitung zu Kap. 34, S. 561). Für die biochemischen Lebensprozesse essentielles Element, das in kleinen Mengen vom Organismus benötigt wird. Dazu gehören Si, Se, I, V, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni, Cu und Zn. Stabilitätskonstante siehe Komplexbildungskonstante Standardabweichung (Abschn. 1.6, S. 30). Zahlenwert zur Abschätzung der Präzision eines Messwerts. Standard-Bildungsenthalpie siehe Bildungsenthalpie Starke Säuren und Basen (Abschn. 15.4, S. 241). Säuren und Basen, die in wässriger Lösung vollständig dissoziieren. Steam Reforming siehe Dampfreformierung. Stereogenes Atom (Abschn. 33.1, S. 545). Atom, das mit vier verschiedenen Atomen oder Atomgruppen verbunden ist. Stereoisomere (Abschn. 30.4, S. 486; Abschn. 31.1.1, S. 502; Abschn. 31.2, S. 504; Abschn. 33.1, S. 545). Verbindungen mit gleicher Konstitution, aber unterschiedlicher räumlicher Anordnung der Atome. Stereoisomere können Diastereomere (zum Beispiel cis-trans-Isomere) oder Enantiomere sein. Stereoselektive Reaktion (Abschn. 33.2, S. 549). Reaktion, bei der ein bestimmtes Enantiomeres entsteht. Sterische Hinderung (Abschn. 32.1, S. 517). Hinderung des Ablaufs einer chemischen Reaktion oder von einem bestimmten Reaktionsmechanismus durch die Anwesenheit von voluminösen Substituenten. Steroid (Abschn. 34.4, S. 570). Derivat des Cholesterols. Einige wichtige Hormone sind Steroide. Stickstoff-Fixierung (Abschn. 27.3, S. 409). Vorgang, bei dem elementarer Stickstoff in Stickstoff-Verbindungen umgewandelt wird. Stöchiometrie (Einleitung zu Kap. 3, S. 41). Die Lehre der quantitativen Mengenbeziehungen zwischen Elementen in einer Verbindung und zwischen Elementen und Verbindungen, die an einer chemischen Reaktion beteiligt sind. Stoffmengenanteil x (Abschn. 10.6, S. 162; Abschn. 14.6, S. 215). Verhältnis der Stoffmenge (in Mol) einer Komponente eines Gemisches zur gesamten Stoffmenge des Gemisches. Stoffmengenkonzentration c (Abschn. 4.4, S. 54; Abschn. 14.6, S. 216). Konzentrationsangabe einer Lösung als Stoffmenge gelöster Stoff pro Volumen Lösung (mol/L). Frühere (nicht mehr zu verwendende) Bezeichnung: Molarität. Strahlungsexposition (Abschn. 35.6, S. 604). Strahlungsmenge, der ein Objekt pro Masseneinheit ausgesetzt ist; Maßeinheit: Bq/kg. Strecker-Synthese (Abschn. 32.8, S. 539). Reaktion zur Herstellung von Aminosäuren aus Aldehyden mit HCN und Ammoniak. Strukturfaktor (Abschn. 13.1, S. 203). Mathematischer Ausdruck für die Beziehung zwischen den Atomlagen in einem Kristall und der Intensität eines gebeugten Röntgenstrahls. Strukturformel oder Konstitutionsformel (Abschn. 3.1.1, S. 42). Formel, in der jedes vorhandene Atom eines Moleküls einzeln bezeichnet ist und in der die miteinander verbundenen Atome durch Bindungsstriche angezeigt sind. Strukturisomere siehe Konstitutionsisomere. Sublimation (Abschn. 11.10, S. 181). Direkte Verdampfung eines Feststoffes ohne zwischenzeitliche Verflüssigung. Substituent siehe funktionelle Gruppe

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Substitutionsreaktion (Abschn. 31.5, S. 507; Abschn. 31.7, S. 510 f.; Abschn. 32.1, S. 517). Reaktion, bei der ein Substituent durch einen anderen Substituenten ersetzt wird. Substrat (Abschn. 4.1, S. 50; Abschn. 34.10, S. 588). Reaktand, auf den das Interesse gerichtet ist. Supraleiter (Abschn. 9.9, S. 150). Material, das unterhalb einer Sprungtemperatur TC keinen elektrischen Widerstand hat. Supramolekulare Chemie (Abschn. 33.4, S. 556). Teilgebiet der Chemie, das sich mit der Assoziation von Molekülen durch molekulare Passgenauigkeit befasst. Suspension (Abschn. 1.2, S. 25). Heterogenes Gemisch eines flüssigen und eines festen Stoffes. Symmetrieelement (Abschn. 12.2, S. 187). Inversionszentren, Drehachsen und Spiegelebenen sind Symmetrieelemente, die zu bestimmten Symmetrieoperationen gehören. Symmetrieoperation (Abschn. 12.2, S. 187). Abbildung (oder Bewegung) eines Körpers, nach deren Ausführung nicht erkennbar ist, ob eine Abbildung stattgefunden hat oder nicht. Syndiotaktisches Polymeres (Abschn. 33.3, S. 549 f.). Polymermolekül, bei dem sich die Seitengruppen abwechselnd auf der einen und anderen Seite befinden. Synthesegas (Syngas) (Abschn. 23.2, S. 368). Industriell hergestelltes Gemisch aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und eventuell weiteren Gasen, das zur chemischen Synthese organischer Verbindungen eingesetzt wird. System (Abschn. 21.1, S. 327). Teilstück der Natur, auf das die Betrachtung gerichtet ist. Szintillations-Zähler (Abschn. 35.4, S. 599). Gerät zur quantitativen Messung von radioaktiven Emissionen; diese erzeugen Lichtblitze auf einer fluoreszierenden Substanz, die photoelektrisch registriert und gezählt werden.

T Tautomerie (Abschn. 32.5, S. 529). Chemisches Gleichgewicht, bei dem zwei tautomere Moleküle miteinander im Gleichgewicht stehen. Tautomere Moleküle sind Konstitutionsisomere, die sich durch die Position eines Protons unterscheiden. Von besonderer Bedeutung ist die Keto-EnolTautomerie, an der ein 1,3-Diketon und ein Enol (ungesättigter Alkohol) beteiligt sind. Teilchen-Teilchen-Reaktion (Abschn. 35.8, S. 607). Kernreaktion, bei der ein Zielkern von einem nuklearen Projektil getroffen wird und ein neuer Kern unter Emission eines anderen Teilchens entsteht. Temperatur (Abschn. 5.2, S. 60; Abschn. 10.3, S. 156 und Abschn. 10.5.1, S. 161). Zustandsgröße von Materie, die bestimmt, in welcher Richtung Wärme fließt. Bei einem Gas ist sie der mittleren kinetischen Energie der Teilchen proportional. Tensid (Abschn. 14.14, S. 227; Abschn. 34.3, S. 569). Molekül, das ein hydrophiles und ein hydrophobes Ende besitzt. Terpene (Abschn. 34.1, S. 562). Kohlenwasserstoffe und sich davon ableitende Alkohole, Ether, Aldehyde und Ketone, deren Molekülgerüst aus mehreren Isopren-Einheiten (C5H8) aufgebaut ist. Die Duftstoffe der Pflanzenwelt sind Terpene.

Glossar Tertiärer Alkohol (Abschn. 32.3, S. 521). Alkohol, dessen OH-Gruppe an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebunden ist. Tertiäres Kohlenstoff-Atom (Abschn. 31.1, S. 499). Kohlenstoff-Atom, das mit drei weiteren Kohlenstoff-Atomen verbunden ist. Tertiärstruktur eines Proteins (Abschn. 34.6, S. 578). Die Abfolge der Sekundärstrukturen eines Proteins. Tetraederlücke (Abschn. 12.3, S. 190). Lücke zwischen vier tetraedrisch angeordneten, sich berührenden Kugeln einer dichtesten Kugelpackung. Theoretische Ausbeute (Abschn. 4.3, S. 54). Maximale Produktmenge bei einer chemischen Reaktion, nach der Reaktionsgleichung berechnet. Theorie des Übergangszustands (Abschn. 16.4.2, S. 260). Theorie, bei der das vorübergehende Auftreten eines Übergangszustands (oder aktivierten Komplexes) im Verlaufe eines Reaktionsschrittes angenommen wird. Thermische Neutronen siehe langsame Neutronen Thermit-Verfahren, Goldschmidt-Verfahren (Abschn. 29.4, S. 454). Reduktion eines Metalloxids mit Aluminium. Thermochemie (Einleitung zu Kap. 5, S. 59). Studium der bei chemischen Prozessen umgesetzten Wärmemengen. Thermodynamik (Einleitung zu Kap. 21, S. 326). Die Lehre der Energieänderungen, die chemische und physikalische Vorgänge begleiten. Thermonukleare Reaktion (Abschn. 35.10, S. 613). Kernfusionsreaktion, die bei sehr hohen Temperaturen stattfindet. Thiol (Abschn. 32.3, S. 523). Verbindung, in der die SH-Gruppe vorkommt. Titration (Abschn. 15.7, S. 245; Abschn. 19.7, S. 309; Abschn. 22.10, S. 358). Vorgang, bei dem eine Lösung bekannter Konzentration zu einer zu bestimmenden Lösung gegeben wird, um deren Konzentration zu ermitteln. Titrationskurve (Abschn. 19.7, S. 310; Abschn. 22.10, S. 358). Graph zur Darstellung des pH-Werts oder des Reduktionspotenzials als Funktion der zugegebenen Reagenzmenge im Verlaufe einer Tritration. t2g-Orbitale (Abschn. 30.5, S. 488). Ein Satz von drei entarteten d-Orbitalen in einem oktaedrischen Komplex. Toxikologie (Abschn. 36.3, S. 631). Lehre der Vergiftungen. Toxische Dosis (Abschn. 36.3, S. 631). Krankmachende Dosis eines Giftstoffs. Transfer-RNA (tRNA) (Abschn. 34.8, S. 581). Nucleinsäure, die eine spezifische Aminosäure trägt und ein Anticodon hat, das dieser Aminosäure entspricht. Transkription (Abschn. 34.8, S. 581). Biosynthese der Matrizen-RNA, bei der die Basenfolge einer DNA auf die RNA „umgeschrieben“ wird. Translation bei Kristallen (Abschn. 12.2, S. 187). Symmetrieoperation durch Verschiebung um einen Translationsvektor. Translation bei Proteinen (Abschn. 34.8, S. 582). Aufbau eines Proteins in einem Ribosom an einer mRNA. Transurane (Abschn. 35.8.3, S. 608). Die Elemente, die im Periodensystem dem Uran folgen. Triglycerid (Abschn. 34.3, S. 567). Ein Ester, der aus 1 mol Glycerin und 3 mol Fettsäuren entsteht. Fette und Öle sind Triglyceride.

Tripelpunkt (Abschn. 11.10, S. 181). Temperatur und Druck, bei dem von einer Substanz die feste, flüssige und gasförmige Phase miteinander im Gleichgewicht stehen. tRNA siehe Transfer-RNA Trockenreformierung (Abschn. 23.2, S. 368). Industriell durchgeführte Reaktion um CO-reiches Synthesegas aus Erdgas und Kohlendioxid zu gewinnen, CH4(g) + CO2(g) → 2 H2(g) + 2 CO(g).

U Übergangselemente(-metalle) siehe Nebengruppen Übergangszustand siehe aktiver Komplex Überspannung (Abschn. 22.11, S. 359). Zusätzliche Spannung, die über das theoretische Zellenpotenzial hinaus angelegt werden muss, um eine Elektrolysereaktion in Gang zu bringen. Umgebung (Abschn. 21.1, S. 327). Teilstück der Natur, auf das die Betrachtung nicht gerichtet ist. Umkehrosmose (Abschn. 14.9, S. 222). Osmose in umgekehrter Richtung, verursacht durch Druck. Unedle Metalle siehe Edle Metalle Ungesättigte Verbindung (Abschn. 31.2/3, S. 504 ff.). Verbindung, in der CC-Doppel- oder -Dreifachbindungen vorkommen. Unschärferelation (Abschn. 6.4.2, S. 82). Man kann von einem Teilchen nicht gleichzeitig Ort und Impuls exakt bestimmen. Unterschale (Abschn. 6.5, S. 85; Abschn. 6.8, S. 94). Durch die Nebenquantenzahl l bezeichnete Gruppe von Orbitalen gleicher Energie in einer Schale. Urethan (Abschn. 32.7, S. 538). Ester der Carbamidsäure, d. h. Verbindungen mit der Atomgruppe R1 — NH — CO — OR2 (R1, R2: Alkyl- oder Aryl-Gruppe).

V Valenzband (Abschn. 9.6, S. 145; Abschn. 9.9, S. 148). Band in einem Kristall, das mit den Valenzelektronen besetzt ist. Valenzelektronen (Abschn. 6.6, S. 92). Elektronen der äußersten Schale eines Hauptgruppenelements, der äußersten zwei Schalen eines Nebengruppenelements oder der äußersten drei Schalen eines Lanthanoids oder Actinoids. Valenzelektronenpaar-Abstoßungs-Theorie (Abschn. 9.2, S. 130). Theorie zur Voraussage der Molekülgestalt durch Beachtung der gegenseitigen Abstoßung zwischen bindenden wie auch nichtbindenden Valenzelektronenpaaren eines Atoms. Valenzstrichformel siehe Lewis-Formel Van-Arkel-de-Boer-Verfahren (Abschn. 29.5, S. 457). Verfahren zur Reinigung von Metallen durch chemische Transportreaktion mit Iod. Van-der-Waals-Gleichung (Abschn. 10.9, S. 166). Zustandsgleichung für reale Gase, die intermolekulare Anziehungskräfte und die Volumenbeanspruchung der Moleküle berücksichtigt. Van-der-Waals-Kräfte siehe intermolekulare Kräfte

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Glossar Van-der-Waals-Radius (Abschn. 7.1, S. 102). Radius für die effektive Größe eines Atoms, das nur durch Van-der-WaalsKräfte in Kontakt zu einem anderen Atom gehalten wird. Van’t-Hoff-Faktor i (Abschn. 14.12, S. 226). Verhältnis der beobachteten Gefrierpunktserniedrigung, Siedepunktserhöhung, Dampfdruckerniedrigung oder des osmotischen Druckes einer Elektrolyt-Lösung relativ zum Erwartungswert für eine Nichtelektrolyt-Lösung. Verbindung (Abschn. 1.2, S. 23 f.). Reiner Stoff, bestehend aus mehreren Elementen in festgelegtem Mengenverhältnis. Verbotene Energiezone (Abschn. 9.6, S. 145; Abschn. 9.9, S. 149). Zone im Energiediagramm für die Bänder eines Kristalls; kein Elektron kann eine Energie haben, die in diese Zone fällt. Verdampfungsenthalpie (Abschn. 11.4, S. 177; Abschn. 11.7, S. 178). Aufzuwendende Energie, um eine gegebene Flüssigkeitsmenge bei gegebener Temperatur zu verdampfen; die Kondensationsenthalpie hat den gleichen Betrag, jedoch negatives Vorzeichen. Verseifung (Abschn. 32.6, S. 533; Abschn. 34.3, S. 568). Hydrolytische Spaltung eines Carbonsäureesters in einen Alkohol und eine Carbonsäure. Bei der basischen Verseifung eines Triglycerids sind die Reaktionsprodukte Glycerin und Fettsäure-Anionen (Seifen). Viskosität (Abschn. 11.3, S. 176). Widerstand, den eine Flüssigkeit dem Fließen entgegensetzt. Vitamine (Abschn. 34.4, S. 571; Abschn. 34.10, S. 590). Essenzielle Nahrungsbestandteile, die als Bauteile von Coenzymen oder prosthetischen Gruppen in Enzymen benötigt werden. Voltaische Zelle siehe galvanische Zelle Volumenanteil φ (Abschn. 14.6, S. 217). Konzentrationsangabe als Verhältnis des Volumens einer Komponente zur Summe der Volumina aller Komponenten. Volumenarbeit pΔV (Abschn. 5.4, S. 62; Abschn. 21.2, S. 328). Arbeit, die geleistet wird, wenn ein Volumen um einen Betrag ΔV bei einem Druck p verändert wird. Volumetrische Analyse (Abschn. 15.7, S. 245). Quantitative chemische Analyse, die auf der Messung von Lösungsvolumina basiert.

W Wärme (Abschn. 5.2, S. 60). Energieform, die spontan von einem Körper höherer Temperatur zu einem niedrigerer Temperatur fließt. Wärmekapazität (Abschn. 5.3, S. 61). Benötigte Wärmemenge, um eine gegebene Masse um 1 °C zu erwärmen. Wassergas (Abschn. 23.2.1, S. 369). Gemisch aus CO und H2, das technisch durch Reaktion von Wasserdampf mit heißem Koks erhalten wird. Wassergas-Shift-Reaktion (Kohlenoxid-Konvertierung) (Abschn. 23.2, S. 368). Industriell durchgeführte Reaktion von CO mit Wasserdampf zu CO2 und H2. Wasserstoff-Brücke (Abschn. 9.8, S. 147; Abschn. 11.2, S. 174). Intermolekulare Anziehung zwischen dem Wasserstoff-Atom eines Moleküls und einem einsamen Elektronenpaar eines anderen Moleküls; das Wasserstoff-Atom muss eine relativ hohe d+ Partialladung haben, das einsame Elek-

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tronenpaar muss zu einem elektronegativen Atom gehören (vorzugsweise F, O oder N). Wellenfunktion y (Abschn. 6.4.3, S. 83). Mathematische Funktion zur Beschreibung eines Elektrons als Welle. y2 ist proportional zur Ladungsdichte des Elektrons. Williamson-Synthese (Abschn. 32.4, S. 524). Reaktion zur Synthese von Ethern aus Halogenalkanen und Alkanolaten. Wittig-Reaktion (Abschn. 32.5, S. 528). Reaktion zur Synthese von Alkenen, bei der ein Alkylmethylentriphenylphosphoran aus einem Alkyltriphenylphosphonium-Salz und Butyllithium hergestellt wird und dieses dann mit einem Keton umgesetzt wird. Wurzel aus dem mittleren Geschwindigkeitsquadrat (Abschn. 10.7, S. 163). Die Wurzel aus dem Mittelwert der Quadrate der Geschwindigkeiten von Molekülen in einem Gas.

Z Zentralatom (Abschn. 30.1, S. 480). Atom oder Ion im Mittelpunkt eines Komplexes, an das Liganden gebunden sind. Zerfallskonstante (Abschn. 35.5, S. 600). Die Geschwindigkeitskonstante für das Zerfallsgesetz eines radioaktiven Nuclids. Ziegler-Natta-Katalysator (Abschn. 33.3, S. 552). Katalysator für die Polyinsertionsreaktion, bestehend aus einer Übergangsmetall-Verbindung und Trialkylaluminium. Zintl-Phase (Abschn. 28.4, S. 435). Halbmetallische Verbindung mit einer Anionenteilstruktur, die den Valenzregeln entspricht. Zone der Stabilität (Abschn. 35.1, S. 595). Zone in einem Graphen, in dem die Zahl der Neutronen gegen die Zahl der Protonen aufgetragen ist und in der stabile Nuclide durch Punkte bezeichnet sind. Zonenschmelzen (Abschn. 29.5, S. 457). Verfahren zur Reinigung von Werkstoffen, bei dem eine Zone eines Stabes aufgeschmolzen wird und dann langsam durch den Stab gezogen wird. Die Verunreinigungen sammeln sich in der geschmolzenen Zone und finden sich schließlich am Ende des Stabes. Zustandsdiagramm siehe Phasendiagramm Zustandsfunktion (Abschn. 21.1, S. 327). Funktion, die vom Zustand (Temperatur, Druck, Zusammensetzung usw.) eines Systems abhängt. Sie ist unabhängig vom Weg, auf dem der Zustand erreicht wird. U, H, S und G sind Zustandsfunktionen. Zustandsgrößen (Abschn. 10.3, S. 156). Druck, Volumen und Temperatur sind die Zustandsgrößen eines Gases. Zwischengitterplatz (Abschn. 12.5, S. 194). Lage in einer Kristallstruktur zwischen den regulären Atompositionen. Zwischenprodukt (Abschn. 16.4, S. 258). Substanz, die im Verlaufe einer chemischen Reaktion entsteht und wieder verbraucht wird. Zwitterion, Betain (Abschn. 32.7, S. 537; Abschn. 32.8, S. 539). Molekül, das eine kationische und eine anionische Gruppe enthält, entstanden durch eine Säure-Base-Reaktion zwischen einer sauren und einer basischen Gruppe im Molekül.

Sachverzeichnis

Sachverzeichnis Seitenverweise in kursiver Schrift beziehen sich auf die Schlüsselworte im Glossar (S. 668 ff.). Halbfette Seitenzahlen bezeichnen die Hauptfundstellen im Text.

A Abbildung (Symmetrie) 187 f. Abdampfen 26 Abfallentsorgung 630 Abfallgesetze 626, 630 Abfallnachweisverfahren 630 Abgabe von Energie 62 f., 327 Abgangsgruppe 517 f. Abgaskatalysator 267 f. Abgasnorm, europäische 419 abgeleitete Maßeinheiten 29 abgeschlossenes System 327 Abschirmung 103 f., 668 absolute Ausbeute 54 absolute Entropie 333 f. absolute Messskala 157 absolute Standard-Entropie 333, 668 – Tabelle 334, 639 f. absolute Temperatur 157, 668 absoluter Nullpunkt 157, 333 absorbierte Energiedosis 604, 668 Absorptionsspektrum 493, 572 Abspaltungs-Additions-Mechanismus 517, 523 Abstand zwischen Kristallebenen 201 f. abstoßende Kraft 101, 191 Abstoßung zwischen Elektronenpaaren 130 ff. Acetal 524, 526, 668 Acetaldehyd 206, 253, 421, 525, 628 Acetamid 538 Acetanhydrid 531, 538 Acetat 283, 295 ff. – Löslichkeit 234 Acetat-Puffer 302 Acetessigester 535 f. Acetessigsäure 535 Aceton 525, 628 Acetonitril 206, 531, 538, 628 Acetophenon (Acetylbenzol) 532 Acetylaceton 529 Acetylchlorid 532 Acetyl-Coenzym A 563, 590 Acetylen (Ethin) 206, 395, 505 f. – Additionsreaktionen 508 – Bindungsverhältnisse 119, 141, 505 – Polymerisation 553 – Synthese 435, 506 – thermodynamische Daten 333 f., 639 Acetylendicarbonsäure 510 Acetyl-Gruppe 532 – Übertragung 532, 533, 590 Acetylid-Ion 435, 505 Acetylsalicylsäure 534 Achat 437 achiral 545 Acht-minus-N-Regel 118, 123 f.

Achtzehn-Elektronen-Regel 482, 491 f. Acrylnitril 554 Acrylsäure 534 Actinium 373 Actinoide 80, 97, 470, 668 Acylamin 538 Acylchlorid 532, 538 Acyl-Gruppe 512, 532, 668 Additions-Eliminierungs-Mechanismus 519, 526, 533, 668 Additionsreaktion 508 ff., 526 f., 668 Adenin 579 ff. Adenosin 579 Adenosindiphosphat (ADP) 423, 591 Adenosinmonophosphat 591 Adenosintriphosphat (ATP) 423, 563, 579, 591 Adipinsäure 530, 555, 556 Adrenalin 570 Adsorption 27, 266, 668 Aerosol 25 Aggregatzustand 25, 51, 171 f., 668 Airbag 159 Akkumulator 361 akkurat 30 aktives Isopren 563 aktives Zentrum 588, 668 aktivierende Substituenten 512 f. aktivierte Carboxy-Gruppe 540 aktivierte Essigsäure 563, 590, 668 aktivierter Komplex 260 f., 668 Aktivierungsanalyse 616, 668 Aktivierungsenergie 260, 264 ff., 266 f., 509, 668 Aktivität 299, 335, 347, 354, 668 – von radioaktiven Substanzen 601, 668 Aktivitätskoeffizient 299, 335, 347, 668 Aktivkohle 433 akut toxisch, Piktogramm und Legaldefinition 622 akute Vergiftung 632 β-Alanin 590 Alanin 577 Alaun 467 Alchemie 21 Aldehyd 525, 668 Aldehydrazon 527 Alder, Kurt 511 Aldimin 527 Aldohexose 564 Aldol 528 Aldoladdition 528, 668 Aldopentose 564 Aldose 563 f., 668 Aldosteron 570 Aldoxim 527 Alizaringelb 301 Alkali-Mangan-Zelle 361 f.

Alkalimetalle 80, 370, 455, 459 ff., 668 – Amide 412, 461 – Azide 413 – Halogenide 193, 380, 461 – Hydride 370, 461 – Hydroxide 234, 460 f. – Ionenradien 113, 459 f., 460 – Kronenether-Komplexe 557 f. – Lösungen in flüssigem Ammoniak 460 – Oxide 193, 242, 393, 460 – Phosphide 411, 461 – Reaktionen 370, 460 f. – Sulfide 399, 461 alkaline Zelle 361 Alkaloide 569, 571, 668 Alkan 498 ff., 668 – Substitutionsreaktionen 507 Alkanolat 521, 524 Alkanoylchlorid 532 Alken 504 f., 518, 520, 528, 530 f., 668 – Addition an 508 – Polymerisation 550 ff. Alkenol 529 Alken-p-Komplex 495, 520, 552 Alkenyl-Rest 504 f. Alkin 505 f., 520, 530, 668 – Polymerisation 553 Alkinid 505 Alkohol 516, 520 ff., 525, 668 Alkoholat, Alkoxid (Alkanolat) 521, 524 alkoholische Gärung 521, 567, 668 Alkylamin 536 f. Alkylammonium-Salz 537 Alkylcyanid 531 Alkylidentriphenylphosporan 528 Alkylisocyanat 538 Alkyllithium-Verbindung 519 Alkylmagnesiumhalogenid 519 f., 527 Alkylperoxid 421 Alkyl-Radikal 421, 507 f. Alkyl-Rest 499, 668 Alkyltriphenylphosphoniumbromid 528 Allen 505 allosterisch 571 allotherm 368 Allotropie 395 f., 668 Allred, A. L. 121 Allyl-Rest 504 Alpha-Aminosäure 575, 669 Alpha-Helix 576, 669 Alpha-Strahlen 36, 596, 604, 669 Alpha-Teilchen 36, 596, 607 Alpha-Zerfall 596 f., 669 Altersbestimmung 669 – geologische 606 – mit 14C 602, 669

Aluminium 229, 334, 440 f., 465 f. – anodische Oxidation 360 – Häufigkeit 23, 465 – Herstellung 455 – Ionenradius 113, 441 – Ionisierungsenergie 105, 441 – Kovalenzradius 102 – organische Verbindungen 519 – physikalische Eigenschaften 441 – Reaktionen 370, 393, 466 – als Reduktionsmittel 434, 454 -acetat 466 -amalgam 466 -bromid 381 -butylat 228 -carbid 435 -chlorid 288, 308, 380 f., 466, 511 f. -fluorid 380, 466, 516 -hydrid 467 -hydroxid 242, 323 f., 451, 466 -hydroxidoxid 196, 228, 324, 360 f., 449, 451 -iodid 381, 466 f. -nitrat 466 -nitrid 411, 466 -oxid 449, 454, 455, 466 – Bildung 454, 466 – thermodynamische Daten 333 f., 639 -phosphid 411 -salze, Löslichkeit 234 -selenid 466 -sulfat 467 -sulfid 399, 466 -triethyl 519, 552 aluminothermisches Verfahren 454 Alumosilicat (Aluminosilicat) 439 f., 669 Amalgam 451 Amanitine 631 Ameisensäure 530 – KS-Wert 300, 530, 637 Americium 609, 614 -oxid 615 Amid 284 f., 291, 412, 538 Amin 526 f., 536 f., 669 Aminobenzol (Anilin) 537 – KB-Wert 300 f., 537, 637 4-Aminobenzolsulfonsäure 537 Aminonitril 539 Aminosäure 539, 575 f., 581 Aminosäure-Sequenz 576, 578 Aminosäuren 575 f. Ammin-Komplex 480 ff. Ammin-Ligand 480 ff., 669 Amminpentachloridoplatinat(IV) 481 Ammoniak 55, 392, 412, 539 – Assoziation 174 f. – basische Eigenschaften 241, 285 f., 288, 298, 412

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Sachverzeichnis – Bildung und Zerfall 234, 257, 276, 278 – Dipolmoment 172 f. – KB-Wert 298, 300, 637 – als Komplexligand 321 ff., 484 ff., 493 f. – kritische Daten 167 – als Lösungsmittel 285, 290 f., 412, 460 – Molekülstruktur 42, 131 f., 136, 172, 412 – Pufferlösung mit 303 – Reaktion mit –– BF3 288, 442 –– Carbonsäurederivaten 527, 531, 538 –– Halogenalkanen 537 –– HCl 334 –– Kohlendioxid 538 – Synthese 278, 371, 412 – bei Synthesereaktionen 416, 423, 440, 461, 537 ff. – in der spektrochemischen Serie 493 – thermodynamische Daten 333, 334, 640 – Titration 311 – Verbrennung 412, 416 – Verwendung 425 – wässrige Lösung 175, 241, 283, 285, 298, 412 Ammoniakat 291 Ammoniumacetat 308, 538 Ammoniumcarbamat 538 Ammoniumchlorid 193, 307, 334 Ammoniumcyanid 308 Ammoniumdihydrogenphosphat 423, 425 Ammoniumiodid 193 Ammonium-Ion 123, 234, 242, 417, 460 – quartäres 537 – saure Eigenschaften 285, 291, 303, 307 – substituiertes 537 Ammoniumnitrat 415, 425 Ammoniumsalze, Löslichkeit 234 Ammoniumsulfat 425 Ammoniumsulfid 399 Amontons, Guillaume 157 amorph 183, 669 Ampère 28, 341, vord. Einband Amphibol 438 amphiphil 569 amphiprotisch 283 amphoter 242, 283, 324, 669 Amplifikation 584 Amplitude 73, 83, 137 Amylase 567 Amylopektin 566 Amylose 566 Analyse 45 f. – volumetrische 245 ff., 358 Analytische Chemie 22 angeregter Zustand 75, 669 – im Atomkern 597 Anhydrit 397, 465 Anilin 537, 628 – KB-Wert 300, 537, 637

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Aniliniumhydrogensulfat 537 Anion 42, 107 f., 111, 119, 342 f., 669 – Nomenklatur 114, 244 Anionenaustauscher 439 Anionenleiter 364 Anionensäure 284 anionische Polymerisation 551 Anisol 540 anisotrop 431 annelierte Ringsysteme 500 Anode 42, 79, 342 f., 346, 669 Anodenschlamm 398, 458 anodische Oxidation 359 Anomere 564 Anorganische Chemie 22 Anorthit 438 Anregungsenergie 76 Antagonismus 631 Anthocyan, Anthocyanidin 573 Anthracen 507 Anthrachinon 394, 523 Anthrachinon-Verfahren 394 Anthrahydrochinon 394, 523 Anthrazit 432 antibindendes Orbital 138 ff., 142 ff., 147, 490 f., 669 Anticodon 582, 669 Antifluorit-Typ 193 Antimon 378, 406 ff., 426, 449, 453 – Kovalenzradius 102, 407 -halogenide 380, 414 -(III)-oxid 408, 410 f., 424, 426 -(V)-oxid 425 -pentachlorid 378, 380, 414 f. -pentafluorid 290, 414, 516 -sulfid 321, 385, 411 f., 449 -tribromid 414 -trichlorid 414 -trifluorid 414 -triiodid 414 -triphenyl 520 -wasserstoff 413 Antimonat 425 Antimonid 407, 411, 413 Antimonit 424 Antimonyl-Ion 407 Antiteilchen 598, 669 Antozonit 376 Anziehungskraft – im Atomkern 36, 594 – elektrostatische 75, 107 f., 110, 120, 184 f., 191, 299 – intermolekulare 101 f., 165 ff., 171 ff., 176, 211 f., 218 f., 388, 556, 678 Apatit 194, 410 Äpfelsäure 533 apikale Position 133 Aqua-Komplex 308, 321, 482, 485 f. Aquasäure 308 äquatoriale Position 132 f., 501 Äquivalent 247, 344 Äquivalentdosis 604, 669 Äquivalentkonzentration 216, 248, 669 Äquivalentleitfähigkeit 380 Äquivalentmasse 247, 669 Äquivalentzahl 247 f., 669 Äquivalenzpunkt 245, 310 f., 358, 669

Arachidonsäure 568 Aramid 555 Arbeit 60, 328, 352 Arbeitgeber, Pflichten 627 ff. arbeitsmedizinische Beratung 629 Arbeitsplatz, Anforderungen 627 f. Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) 628, 669 Aren 506 f., 510 ff., 669 Arginin 577 Argon 387 ff. – Hydrat 175 – Wärmeleitfähigkeit 165 ff. Arin 523 Aromastoff 533, 562, 569 aromatisch 144 aromatische Kohlenwasserstoffe (Arene) 506 f., 510 ff., 669 Arrhenius, Svante 225, 240, 264, 283 Arrhenius-Base 241, 283, 669 Arrhenius-Gleichung 264, 669 Arrhenius-Neutralisation 241, 283, 669 Arrhenius-Säure 240 f., 283, 669 Arsan 371, 413 Arsen 378, 406 ff., 426, 452 – Kovalenzradius 102, 407 – Toxizität 632 -halogenide 378, 414 -kies (Arsenopyrit) 410 -(III)-oxid 380, 408, 410, 414, 424, 426, 631 -(V)-oxid 425 -pentachlorid 414 -pentafluorid 378, 414 -säure 304, 425 – KS-Wert 306, 637 -sulfid 227 ff., 321, 410 f., 632 -tribromid 414 -trichlorid 414 -trifluorid 380, 414 -triiodid 414 -vergiftung, Behandlung 484 -wasserstoff 371, 413 Arsenat 425 Arsenid 407, 411, 413 Arsenige Säure 424 Arsenik 424 Arsenit 424, 632 Arsenolith 410 Arsenopyrit 410 f., 452 Aryl-Rest 506, 669 Arzneimittelgesetz 626 Asbest 187, 197, 632 Ascorbinsäure 549, 571 Asparagin 577 Asparaginsäure 577 Asphalt 503 Aspirin 534, 631 Asservation bei Vergiftungen 634 Astat 373, 608 Aston, Francis 38 Asymmetriezentrum 545 asymmetrisch substituiertes Atom 545 ff., 669 asymmetrische Synthese 549 ataktisches Polymeres 553, 669 Atemluft 215, 395 Atemstillstand, erste Hilfe 634

Atmosphäre 154, 392, 396, 409, 418 ff. – Druckeinheit 154, vord. Einband Atmosphärendruck 62 f., 154, 178, 669 – und Siedepunkt 178, 219 Atmungskette 591 Atom 20, 32, 35 ff., 75, 669 – Größe 36, 101 f., s. auch Atom- und Ionenradien Atombindung 117 Atombombe 610 Atomformfaktor 203, 669 Atomgesetz 626 Atomgewicht 38 Atomkern 36, 75, 79, 594 ff., 669 – Radius 36, 40, 594 – Umwandlung 595 f., 607 f. Atomkoordinaten 187, 202 f. Atommasse 38 f., 43 f., 670 – mittlere 39 – relative 38 Atommasseneinheit 35, 38, 44, 575, vord. Einband Atommodell 36, 75 f. Atomorbital 84 ff., 135 ff., 487 ff. – Besetzung nach dem Aufbauprinzip 92 ff. – Energieabfolge 92, 94 – Überlappung von 135, 137, 142 ff. Atomradius 102 f. – Alkalimetalle 459 f. – Elemente der 3. Hauptgruppe 102, 441 – Elemente der 4. Hauptgruppe 102, 428 – Elemente der 5. Hauptgruppe 102, 407 – Erdalkalimetalle 462 – Hauptgruppenelemente 102 – Lanthanoide 476 – Metalle 103, 447 – Nebengruppenelemente 473 f. Atomspektrum 74 ff. Atomsymbol 37 Atomtheorie 32 ff. ATP 423, 579, 591 ätzend, Gefahrensymbol 622 ätzende Stoffe, erste Hilfe 632, 633 aufbauende Reduktion 527 Aufbauprinzip 92 ff., 137 ff., 670 Aufbewahrung von Gefahrstoffen 627 Aufenthaltsort eines Teilchens 82 Aufenthaltswahrscheinlichkeit 84 ff. Auflösungsprozess 211 f. Aufnahme von Energie 62 f., 328 Aufspaltung von Energieniveaus 148 ff., 490 ff. Aufspaltungsparameter Δ (Ligandenfeldparameter) 490 Aurichalcit 184 Auripigment 410 Ausbeute 54, 670 Ausbreitungsgeschwindigkeit von Strahlung 73 Ausflockung von Gelen 227 Ausgleich von Reaktionsgleichungen 50, 237 f. Aussalzen 568

Sachverzeichnis Ausschließungsprinzip 89, 670 Ausschütteln 27 Automobilabgase 415, 419 ff. autotherm 506 Autoxidation 508, 670 auxochrome Gruppe 572, 670 Avogadro, Amedeo 156 Avogadro-Gesetz 155, 670 Avogadro-Konstante 28, 43 f., 155, 670, vord. Einband axiale Position 132 f., 501 azeotropes Gemisch 225, 670 Azid 413, 440 Azin 541 Azogruppe 541 Azol 541 Azo-Verbindung 541, 670

B Bahn eines Elektrons 75 f. Balmer-Serie 75 f. Band, Energie- 145, 148 ff., 430, 447 Bändertheorie 148 ff., 670 Bandlücke (gap) 145, 149 Bandsilicat 438 Bar 154, 670, vord. Einband Barium 370, 393, 462 ff. – Ionenradius 113, 462 -amid 463 -azid 410 -bromid 463 -calciumquecksilbercuprat 150 -carbid 463 -carbonat 317, 333, 449, 464 -chlorid 42, 193, 463, 631 -chromat 464 -fluorid 463 f. -hydrid 370, 463 -iodid 463 -kaliumeisenarsenid 150 -nitrid 411, 463 -oxalat 464 -oxid 193, 242, 333, 463 f. -perchlorat 465 -peroxid 392, 394, 463 -phosphid 411, 463 -salze, Löslichkeit 234 -silicid 435 -sulfat 318, 401, 449, 464 -sulfid 193, 463 -titanat 471 -yttriumcuprat 150 Barometer 154, 670 Bartlett, Neil 388 basale Position 133 Base 241, 282 ff., 298 ff., 307 f., 517, 670 – Nomenklatur 243 – schwache 241, 298 ff., 307 f. Basenkonstante 298 ff., 670 – Tabelle 300, 537, 637 Basenstärke 298 f., 307 basische Lösung 294, 298 f. basisches Oxid 242 f., 283, 670 Basiseinheiten 28, vord. Einband Basisvektor 185, 670 BAT-Wert 628 Baufehler in Kristallen 183, 194, 200

Bauxit 324, 451, 466 Bayer-Verfahren 451, 670 Becquerel 601, 670, vord. Einband Becquerel, Henri 35, 594, 601 begrenzender Reaktand 53, 670 Benzen s. Benzol Benzenium-Ion 511 Benzin 503 1,4-Benzochinon 523 Benzoesäure (Benzolcarbonsäure) 529 – KS-Wert 300, 530, 637 Benzol 143 f., 179, 206, 220, 333, 443, 506, 511 f., 532, 629 Benzoldiazoniumchlorid 540 Benzoldiazonium-Ion 540 Benzol-1,2-dicarbonsäure (o-Phthalsäure) 530 Benzol-1,4-dicarbonsäure (Terephthalsäure) 554, 556 Benzolsulfonsäure 512 Benzoyl-Schutzgruppe 586 Bergius-Verfahren 371 Bergkristall 437 Berkelium 609 Berliner Blau 495 Bernoulli, Daniel 160 Bernsteinsäure 530, 531 Bernsteinsäureanhydrid 531 Beryll 438, 449 Beryllium 149, 462 ff. – Ionenradius 113 -aluminiumsilicat 449 -bromid 463 -carbid 435, 463 -carbonat 464 -chlorid 463 -fluorid 463 -hydroxid 464 f. -iodid 463 -nitrid 463 -oxid 463 f. -phosphid 411, 463 -sulfat 464 -sulfid 193, 463 Berzelius, Jöns Jakob 498 Beschäftigungsbeschränkungen 629 Beschleunigung 60 Besetzung von Orbitalen 89 ff., 138 ff., 142 ff., 147, 491 ff. besonders besorgniserregende Stoffe 625 Beta-Eliminierung 518, 522 Betain 537, 690 Betalain 573 Beta-Schicht 576, 674 Beta-Schleife 576 Beta-Strahlen 35 f., 598, 604, 670 Beta-Zerfall 598, 670 Betäubungsmittelgesetz 626 Betriebsanweisung 629, 670 Beugungswinkel 199 ff. Bewegungsenergie 60 Bezugselektrode 348, 357, 670 Bicarbonat 245 bicyclische Ringsysteme 500 bicyclische Verbindung 500, 670 Bicyclo[4.4.0]decan (Decalin) 500, 502

Bicyclo[2.2.1]heptan (Norbornan) 500 Bienenwachs 567 Bildungsenthalpie 65 ff., 109 ff., 670 bimolekulare Reaktion 261 binäre Verbindung 127, 670 bindendes Elektronenpaar 118 f., 130 ff., 670 bindendes Molekülorbital 138 ff., 143 ff., 147, 490 ff., 670 Bindung – Ionen- 100, 107 ff. – kovalente 100, 117 ff., 137 – metallische 100, 148 ff. Bindungsenergie 68 f., 121, 670 – des Atomkerns 39, 609 – Chalkogene 391 – Halogene 374 f. – Halogenwasserstoffe 123, 375 – Kohlenstoffverbindungen 428 f., 504, 505 – mittlere 68 – Siliciumverbindungen 429 – Tabelle 69, 640 Bindungsisomerie 485 f., 671 Bindungslänge 101 f., 498, 504, 505 506, 671 – Bestimmung 199 ff. Bindungsordnung 118, 125, 138, 140 ff., 671 Bindungspolarität 120 f., 122 f. Bindungsstrich 42, 118 f., 124, 138 Bindungswinkel 131 ff., 136 – Bestimmung 199 ff. Biochemie 23, 561 ff. biochemische Reparaturmechanismen 583, 605 Biogas 503 f., 671 Biohydrometallurgie 452 Biolaugung 452, 671 biologische Effekte der Radioaktivität 603 ff. biologische Zellmembran 569 biologischer Arbeitstoleranzwert (BAT) 628 biologischer Grenzwert (BGW) 628, 671 Biosynthese 563 Biozid 627 Bismut 181, 378, 406 ff., 426, 449, 453, 457, 595 -glanz 410 -halogenide 378, 414 -(III)-hydroxid 424 -ocker 410 -(III)-oxid 408, 410, 424 -(V)-oxid 408 -pentafluorid 378, 414 -perchlorat 407 -sulfid 321, 449 -tellurid 404 f., 426 -trichlorid 414 -trifluorid 407, 414 -triiodid 381, 414 -vanadat 471 -wasserstoff 413 Bismutan 413 Bismutid 407, 411, 413 Bismutyl-Ion 407, 424

Bisphenol-A-polycarbonat 555 Bistrifluormethylsulfonimid 229 Bisulfit 245, 400 Bittersalz 397 Bitumen 503 Blausäure 440 – KS-Wert 300, 637 Blei 150, 427 f., 432, 452, 457, 468 f., 595, 605 f. -(II)-acetat 399 -akkumulator 362 -azid 413 -(II)-bromid 381, 468 f. -carbonat 452 -(II)-chlorid 380, 429 f., 468 f. -(IV)-chlorid 380 f., 468 f. -(II)-fluorid 429, 468 f. -(IV)-fluorid 468 f. -glanz (PbS) 186, 397, 449, 469 -glätte (PbO) 468 -(II)-halogenide 380 f., 468 -hydrid 469 -(II)-hydroxid 469 -molybdänsulfid 150 -nitrat 416 -(II)-oxid 452, 468 f. -(II,IV)-oxid 468 -(IV)-oxid 362, 377, 468 f. -(II)-salze, Löslichkeit 234 -sulfat 362, 401, 449 f., 468 -sulfid 320 f., 399, 449, 452, 468 f. -tetraethyl 469 -titanatzirconat 471 -vergiftung, Behandlung 484 Bleichmittel 384 f., 386, 395, 536 Blockcopolymere 551 Blut 223 Boc (Schutzgruppe) 539 Böhmit 451 Bohr, Niels 75 f. Bohr-Atommodell 75 f., 82, 671 Bohr-Radius 85, vord. Einband Boltzmann, Ludwig 160, 163 Boltzmann-Konstante 28, 156, vord. Einband Bombenkalorimeter 61 Boot-Konformation 501, 671 Bor 151, 440 ff., 611 – Elektronenaffinität 106 – Kovalenzradius 102 -carbid 435 -hydride 443 f. -nitrid 411, 442 -oxid 442 f. -phosphid 411 -säure 242, 441, 443 -tribromid 442 -trichlorid 441, 442 -trifluorid 131 -triiodid 442 -wasserstoffe 443 f. Boran 443, 671 Borat 443 Borax 441 Borazin (Borazol) 443 Borid 442 Born, Max 108 Born-Haber-Kreisprozess 108 f., 671 Bosch, Carl 411

693

Sachverzeichnis Boten-Ribonucleinsäure (mRNA) 581, 681 Botenstoff 569 ff., 671 Botulinus-Toxin 631 Boudouard-Gleichgewicht 436, 453, 671 Boyle, Robert 21, 23, 32, 156 Boyle-Mariotte-Gesetz 156 f., 671 Brackett-Serie 77 Bragg, William Henry 201 Bragg, William Lawrence 201 Bragg-Gleichung 201, 671 Brandschutzzeichen 621 Braunkohle 432 Brennstab 611 f. Brennstoff 372, 503 Brennstoffzelle 363, 671 Brenztraubensäure 535 Briefumschlag-Konformation 501 Brillouin-Zone 148, 671 Brom 334, 373 ff., 383, 561, 628 – Elektronenaffinität 106 – Kovalenz- und van der WaalsRadius 102 – Reaktionen mit –– Alkalimetallen 461 –– Alkanen 507 –– Alkenen 508 –– Arenen 511 –– Elementen der 3. Hauptgruppe 466 –– Elementen der 4. Hauptgruppe 468 –– Elementen der 5. Hauptgruppe 378, 414 –– Erdalkalimetallen 463 –– Lanthanoiden 477 –– Schwefel 378 –– Übergangsmetallen 378, 475 –– Wasser 378, 382 –– Wasserstoff 263 f., 332, 371, 378, 379 -alkan 516 ff. -benzol 512 -chlorid 332, 377 f. -ethan 531 -fluorid 377 f. Bromid 380 f., 383, 449 – Ionenradius 113, 374 – Löslichkeit 234 – nucleophile Substitutionsreaktion 262 f., 517 – in der spektrochemischen Serie 493 Bromierung 507 f., 512 Bromkresolgrün 301 Brommethan 258, 262 f., 517 2-Brom-2-methylpropan (t-Butylbromid) 262, 517 Brompentafluorid 133, 377 f. 1-Brompropan 508 f. 2-Brompropan 508 f. 2-Brompropansäure 549 Bromsäure 381, 384 Bromthymolblau 301, 310 Bromtrifluorid 134, 377 Bromwasserstoff 286, 379 – Addition an Alkene 508 f. – Bildung 263 f., 332, 379 – Bindungsenergie 69, 123, 375

694

– Dipolmoment 123, 173 – Schmelz- und Siedepunkt 173 – thermodynamische Daten 332, 333, 334, 639 -säure 235, 242, 286, 379, 384 Brønsted, Johannes 283 Brønsted-Base 283 ff., 671 Brønsted-Säure 283 f., 671 Brucin 548 Bruttoreaktion 273 Bt-Toxin 584 Buckminsterfulleren 431 Bundesimmissionsschutzgesetz 626 Bürette 245 1,3-Butadien 143, 505, 510, 553 Butadiin 505 Butan 421, 498 f., 501 1,4-Butandiol 524 Butandisäure (Bernsteinsäure) 530 f. 1-Butanol 522 t-Butanol 262, 517, 522 4-Butanolid 534 Butanon 525 Butansäure (Buttersäure) 530 1-Buten 504 2-Buten 504 f. Butenin 505 Butindisäure 510 Buttersäure 530 Butyl-Rest 499 Butylalkohol 522 t-Butylbromid (2-Brom-2-methylpropan) 262, 517 f. Butyllithium 520, 528 Butylmethylimidazolimacetat 229 t-Butyloxycarbonyl-Rest (Boc) 539 f. Butyrolacton 534

C Cadmium 363, 449, 453, 470, 471, 472, 611 -fluorid 193 -iodid 208 -komplexe 482 -pigmente, Verbot 630 -salze, Löslichkeit 234 -sulfid 193, 321, 449, 471 -tellurid 471 Cahn-Ingold-Prelog-Regeln 546, 671 Calcinieren 21, 461 Calcit 186 Calcium 334, 370, 449, 454, 461 f., 561 – Häufigkeit 23 – Herstellung 343 – Ionenradius 113, 462 – Reaktion mit Kohlendioxid 437 – thermodynamische Daten 639 -acetat 308 -acetylid 435, 463, 505 -amid 463 -bromid 463 -carbid 208, 435, 463, 505 -carbonat 243, 400, 432, 449, 458, 464 f. – Reaktion mit Kohlendioxid 465 – thermodynamische Daten 333, 334, 639

– Zersetzung 243, 276, 278, 436, 451, 464 -chlorid 377, 380, 461, 463 -chloridhypochlorit 384 -chromat 464 -dihydrogenphosphat 423 -fluorid 375, 379, 463, 464 – Kristallstruktur 192 f. – Löslichkeitsprodukt 316 -hydrid 370, 463 -hydrogencarbonat 437, 465 -hydroxid 243, 380, 451, 461, 464 – thermodynamische Daten 333, 334, 639 -hypochlorit 384 -iodat 376 -iodid 463 -magnesiumcarbonat 449 -nitrid 411, 463 -oxalat 464 -oxid 193, 242 f., 276, 278, 451 f., 458, 464 – thermodynamische Daten 333, 334, 639 -phosphat 410, 422 f. -phosphid 411, 463 -salze von Fettsäuren 568 -salze, Löslichkeit 234 -silicat 410, 438, 452 -silicid 435 -sulfat 397, 400, 402, 423, 449, 464, 465 -sulfid 193, 463 Californium 609 Cambridge Structural Database 203 Campher 220, 562 Candela 28, vord. Einband Carbaldehyd 525 Carbamidsäure, -ester 538 Carbenium-Ion 508 f., 517, 540 f. Carbid 435, 454 Carbokation 508 Carbonat 234, 317, 432, 449, 464 Carbonsäure 288, 529 ff., 567 f., 671 Carbonsäureamid 529, 532, 538 f., 671 Carbonsäureanhydrid 529, 531 f., 538 Carbonsäurechlorid 529, 532, 538 Carbonsäureester 529, 532 f., 538 Carbonsäurenitril 531 Carbonylat-Ion 568 f. Carbonylchlorid (Phosgen) 133, 275, 290, 436, 532, 537 Carbonylfluorid 134 Carbonyl-Gruppe 524 ff. Carbonylhydrat 526 Carbonylmetall 436 Carbonylsulfid 436 Carbonyl-Verbindungen 436, 524 ff., 671 Carborund 435 Carboxy-Gruppe 288, 529 ff., 671 – aktivierte 540 Carboxylat-Ion 529, 568 f. Carboxylierung 534 Carnallit 376 Carnot, Sadi 329 β-Carotin 562, 572 Cas9-Enzym 587 Cäsium 393 ff., 459 ff.

– Ionenradius 113, 459 – Isotop 137Cs 614 -amid 461 -antimonid 461 -arsenid 461 -bromid 193, 461 -chlorid 461 – Gitterenergie 110 – Kristallstruktur 192 f. -fluorid 461 -fullerid 150 -hexachloridoplatinat 460 -hexanitrito-κN-cobaltat 460 -hydrid 370, 461 -hydroxid 461 -hyperoxid 393, 461 -iodid 193, 461 -oxid 110 -perchlorat 460 -phosphid 461 -salze, Löslichkeit 234 -selenid 461 -sulfid 461 -tellurid 461 Cativa-Verfahren 529 cDNA 585 Cellulose 229, 563, 566 f. Celsius, Grad 29, 60, 157, vord. Einband Cementit 435 Cer 471, 476 f. -halogenide 477 -oxid 197, 477 Chabasit 438 Chadwick, James 35, 596 Chalcedon 437 Chalkogene 80, 390 f., 671, s. auch bei den einzelnen Elementen Chalkopyrit (CuFeS2) 397, 449, 452 Chaperon 583, 671 Charles, Jacques 157 Charpentier, Emmanuelle 587 Chelat-Komplex 483 f., 529, 671 chemical vapor deposition (CVD) 196, 433 Chemie, Definition 19 Chemikalien-Gesetz (Deutschland, Österreich) 626 f. Chemikalien-Verbotsverordnung 626 f., 629 f., 671 Chemikalien-Verordnung (Schweiz) 626 Chemikalien-Verordnungen (Deutschland) 626 chemische Analyse 45 chemische Eigenschaften 25 chemische Formel 41 ff., 46 f., 671 chemische Reaktion 19, 32 chemische Reaktionsgleichung 50 ff., 671 chemische Transportreaktion 457, 671 chemische Verschiebung 204 ff., 671 chemischer Vorgang 25 chemisches Gleichgewicht 272 ff., 293 ff., 335 ff., 671 – und chemische Transportreaktion 457 – Druckabhängigkeit 278 – bei Fällungsreaktionen 317 ff.

Sachverzeichnis – bei Komplexbildungsreaktionen 321 ff. – bei Säure-Base-Reaktionen 283 ff., 295 ff. – Temperaturabhängigkeit 273, 279, 337 chemisches Symbol 23, 671 Chemisorption 266, 671 Chile-Salpeter 376, 377, 410 Chinolin 542 Chinon (Benzochinon) 523 chirale Hilfssubstanz 548 f. chiraler Katalysator 549 chiraler Pool 549, 672 chirales Molekül 195, 487 f., 545 ff., 672 chirales Zentrum 545 Chitin 566 f. Chlor 118, 373 ff., 561, 628 – Bildung, Herstellung 52, 342 f., 376 f. – Bindungsenergie 68 f., 109 f., 374 f., 640 – elektrolytische Abscheidung 342 f., 359, 376 f. – Elektronenaffinität 106, 109 – Häufigkeit 23 – Hydrat 175 – Isotope 37 ff. – als Katalysator 266, 421 – Kovalenz- und van der WaalsRadius 102 – Massenspektrum 38 – Normalpotenzial 350, 374, 383, 636 – Ozonabbau 421 – Reaktionen mit –– Alkalimetallen 461 –– Alkanen 507 f. –– Alkenen und Alkinen 508 –– Elementen der 3. Hauptgruppe 466 –– Elementen der 4. Hauptgruppe 468 –– Elementen der 5. Hauptgruppe 378, 414 –– Erdalkalimetallen 463 –– Kohlenmonoxid 275, 378, 436 –– Lanthanoiden 477 –– Schwefel 378, 398 –– Übergangsmetallen 378, 475 –– Wasser 378, 382 –– Wasserstoff 264, 371, 378 – thermodynamische Daten 334, 639 Chloralhydrat 526 Chloralkali-Elektrolyse 376 f. Chloralkan 507 f., 516 ff., 519 Chlorat 382 f., 384 f., 392 – Löslichkeit 234 Chlorbenzol 512, 523 2-Chlorbutadien 553 Chlordifluormethan 516 Chlordioxid 384 Chloressigsäure 530 Chlorethen (Vinylchlorid) 508, 554 Chlorfluorid 377 f. Chlorfluorkohlenwasserstoff 421, 516 Chlorid 376, 380 f., 383 f., 449, 480 f. – Ionenradius 113, 374

– Löslichkeit 234 – Titration 246 Chlorido-Komplexe 480 ff. Chlorierungsmittel 400, 415 Chlorige Säure 242, 287, 382, 384 – KS-Wert 300, 637 Chlorit 382 f., 384 Chlorkalk 384 Chlorknallgas 264, 379 Chlormethan (Methylchlorid) 205, 421, 508 Chlornitrobenzol 512 Chloroform (Trichlormethan) 179, 508, 516 Chlorophyll 436, 483, 573 Chloropren 553 Chloroschwefelsäure (Chlorsulfonsäure) 405 Chlorpentafluorid 377 f. 2-Chlorphenol 523 Chlorsäure 235, 242, 287, 382, 384 f. Chlortrifluorid 132, 377 f. Chlorwasserstoff 379 f., 386, 628 – Bildung, Herstellung 264, 371, 379, 508, 512 – Bindungsenergie 69, 123, 375, 640 – Dipolmoment 121, 123, 173 – Reaktion mit –– Alkenen und Alkinen 508 –– Alkoholen 516 – saure Eigenschaft 284 f., 286, 379 – Siedepunkt 173, 379 – thermodynamische Daten 333 f., 639 cholesterische Phase 195, 672 Cholesterol (Cholesterin) 570 Cholin 569 Chrom 454, 456, 458, 471 ff., 561 -(III)-bromid 381, 475 -eisenoxid (Chromeisenstein, Chromit) 451, 454 -halogenide 475 -hexacarbonyl 436 -hydroxidsulfat 471 -(III)-Komplexe 484, 486 -nitrid 475 -oxide 454, 471, 473, 475, 525 -(III)-salze, Löslichkeit 234 -sulfid 475 Chromat 473 Chromatographie 27 f., 672 Chromit (Chromeisenstein) 451, 454 Chromophore 572 Chromsäure 525 chronische Vergiftung 632 CIP-Regeln 546 f., 671 cis-trans-Isomere 415, 486 f., 504, 672 Citrat-Cyclus 590 Claisen-Kondensation 535 f., 672 Clathrat 175, 672 Claudetit 424 Claus-Prozess 398, 672 Clausius, Rudolf 22, 160, 329 Clausius-Clapeyron-Gleichung 337 CLP-Verordnung 620, 630, 672 CMR-Stoffe 622, 628 f. Cobalt 453, 456, 471, 474 f., 561 – Isotop 60Co 614 f.

-carbid 435 -halogenide 475 -Komplexe 482 f., 484 ff., 492 -oxid 439, 471, 475 -salze, Löslichkeit 234 -sulfid 475 Cocain 571 codierender Strang (DNA) 581 Codon 581 ff., 672 Coenzym 589 f., 672 Coenzym A 563, 589 f. Cofaktor 589, 672 Coffein 571 Cokatalysator 552 Colemanit 186, 441 Collins-Reagens 525 Cooper-Paare 150 Corticosteron 570 Cortisol 570 Coulomb 341, vord. Einband Coulomb-Energie 191 Coulombmeter 345, 672 Crack-Prozess 369, 502, 505, 672 Cram, Donald 556 Crick, Francis 579 f. CRISPR-Cas9 587 Cristobalit 437 Curie 601, vord. Einband Curie, Marie 594 Curie, Pierre 594 Curium 609 CVD (chemical vapor deposition) 196, 433 Cyanat 126, 403, 440 Cyanhydrin 526 f., 533 Cyanid 285, 408, 440, 633 – als Komplexligand 321, 440, 485 f., 493 f. – Reaktion mit Carbonylverbindungen 526 f. Cyanidlaugerei 451, 454, 672 Cyanido-Komplexe 440, 451, 454, 482, 484, 493 f. Cyanin-Farbstoff 572 f., 672 Cyansäure 440 – KS-Wert 300, 637 Cyanwasserstoff 133, 440, 526 f., 539 – KS-Wert 300 cyclische Ether 524, 541, 557 Cyclisierung 507 Cycloaddition 510, 672 Cycloalkan 500 ff., 672 Cyclobutan 500 Cyclodextrin 557 f., 566 Cyclohexan 501, 508 Cyclohexanol 522 Cyclohexen 508 f. Cyclopentadien 520 Cyclopentadienid 494, 520 – Komplexe 494 Cyclopentan 501 Cyclopropan 158, 500 Cyclotron 608, 672 Cysteamin 590 Cystein 576 f. Cytidin 579 Cytochrom c 590 Cytosin 579 f.

D Dalton (Einheit) 575, vord. Einband Dalton, John 33 Dalton-Gesetz der Partialdrücke 161 f., 672 Dalton-Theorie 32 f. Dampfdruck 177 f., 180 ff., 337, 616, 672 – Lösungen 218 ff., 224, 226 – Wasser 157, 162 f., 180 Dampfdruckkurve 177 f., 180 ff., 220 Dampfreformierung 368 Daniell, John F. 347 Daniell-Element 346 f., 672 Davisson, Clinton 82 Davy, Humphry 33 d-Block 92 f. De Broglie, Louis 81 De-Broglie-Beziehung 81 f., 672 Debye 120, vord. Einband Decalin 500, 502 Decan 499 Decarboxylierung 504, 535 f. Defekt-Struktur 194 Deformation der Elektronenhülle 119 dehydrierende Cyclisierung 507, 672 Dehydrierung 525 Dehydrobenzol 523 Dekantieren 26, 672 delokalisierte Bindung 125, 142 ff., 148, 672 – aromatische Ringe 143 f. – Benzenium-Ion 511 – Benzol 143 f. – Butadien 143 – Carbonat-Ion 125 – Carboxylat-Ion 529 – Cyclopentadienid-Ion 144, 494, 520 – Enolat 529 – Graphit 431 f. – Metalle 100 f., 148 f. – Nitrit 142 – Ozon 125 – Phenolat 522 – Polyacetylen 145, 553 Demokrit 20 Denaturierung 578 desaktivierende Substituenten 512 f. Desinfektionsmittel 374, 384, 386 Desoxyadenosin 579 Desoxycytidin 579 Desoxycytidinmonophosphat 579 Desoxyguanosin 579 Desoxyribonucleinsäure (DNA) 579 f., 672 Desoxyribose 579 Desoxythymidin 579 Destillation 27, 224 f., 672 Detergentien 569 Deuterium 368, 613 -oxid 611 Deuteron 607 Dextro-Form 487 Diacetylen 505 Dialkyldisulfan 523 Dialkylzink 519 f. Dialyse 223

695

Sachverzeichnis Diamagnetismus 91, 494, 672 Diamant 43, 184, 327, 430, 433 Diamin 537, 556 Diaminoethan (Ethylendiamin) 483, 494, 537 1,6-Diaminohexan (Hexamethylendiamin) 537, 555 f. Diammindichloridoplatin(II) 471, 486 Diamminkupfer(1+) 485 Diamminsilber(1+) 481, 482 Diammintetrachloridoplatin(IV) 481 Diammoniumhydrogenphosphat 423, 425 Diaspor 451 Diastereomere 486 f., 545, 547 f., 672 Diazin 541 Diazol 541 Diazomethan 540 Diazonium-Ion, -Salze 540 f., 672 Dibenzolchrom 494 Dibenzoylperoxid 550 Diboran 443 f. Dibortrioxid 442 f. 1,4-Dibrom-2-buten 509 3,4-Dibrom-1-buten 509 Dibromethan 508 Dibromidoiodat(1-) 134 Dibromoxid 383 Di-t-butyldicarbonat 539 Dicarbonsäure 530, 531, 555 f. 1,2-Dichlorcyclopropan 545 Dichlordifluormethan 385, 421 1,4-Dichlor-2,5-dimethylcyclohexan 545 1,1-Dichlorethan 508 Dichlorheptoxid 385 Dichloridoaurat(1–) 134 Dichloridobis(diaminoethan)-cobalt (III) 488 Dichloridocuprat(1–) 134, 482 Dichloridodicyclopentadienyl-titan 494 Dichloridoiod(1+) 134 f. Dichlormethan 508, 516, 545 Dichloroxid 383 Dichromat 377, 473, 529 f. Dichte, vord. Einband – Alkalimetalle 459 – Atomkern 594 – Erdalkalimetalle 462 – Flüssigkeiten 176 – Gase 155, 165 – Metalle 447 f. dichteste Kugelpackung 189 f., 411, 442, 447, 477, 672 Dicyan 440 Dicyanidoargentat(1–) 440, 451, 454 Dicyanidoaurat(1–) 482 Dicyanidoquecksilber 482 Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) 539 f. Dicyclohexylharnstoff 540 Dicyclopentadienyleisen 494 Dicyclopentadienyltitandichlorid 494 Diederwinkel 500 Diels, Otto 511 Diels-Alder-Reaktion 510 Dien 505, 509, 510, 553 Dienophil 510 Dieselöl 503 Diethanolamin 368

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Diethoxypropan 207 Diethylamin 537, 538 N,N-Diethylacetamid 538 Diethylammonium-Ion 537 Diethylether 177, 178, 179, 206, 519, 523 Diffusion 163, 176 Difluordiazen 415 Difluormethan 516 Dihydrogenphosphat 422 9,10-Dihydroxyanthracen (Anthrahydrochinon) 523 1,2-Dihydroxybenzol (Brenzcatechin) 523 1,4-Dihydroxybenzol (Hydrochinon) 523 3,4-Dihydroxyphenlylalanin (DOPA) 549 Diisocyanat 556 Diketon 529 Dikieselsäure 437 1,2-Dimercapto-1-propansulfonsäure 484 Dimethoxytrityl 587 Dimethylallyldiphosphat 563 Dimethylamin 536 f. – KB-Wert 300, 537, 637 4-Dimethylamino-azobenzol 541 N,N-Dimethylanilin 537 Dimethylbenzol 506 f. 2,3-Dimethylbutadien 553 1,3-Dimethylcyclohexan 502 1,2-Dimethylcyclopropan 502 Dimethylether 421, 523 f. Dimethylnaphthalin 507 Dimethylpropan 499 Dinitril 531 2,4-Dinitrofluorbenzol 519 Diol 521 f., 530, 555 f. d10-Ion 111 1,4-Dioxan 524, 541 Dioxygen-Ion 141, 388 Dipeptid 539, 575 Diphosphat 423, 579 Diphosphorsäure 423 Diphosphortetrahalogenide 415 Dipol 120, 172 f. Dipol-Dipol-Kräfte 172 f., 184, 673 Dipolmoment 120 f., 172, 673, vord. Einband Direkt-Reduktionsverfahren 454 dirigierende Wirkung von Substituenten 512 f. Disaccharid 565 Dischwefeldibromid 398 Dischwefeldichlorid 398 Dischwefelsäure 401, 402 f. Diselendichlorid 398 Disilicat 438 disperse Phase 227 disperses System 227, 673 Dispersionskräfte (London-Kräfte) 173 f., 184 ff., 211, 388, 557, 681 Dispersionsmittel 227 Disposition für Vergiftungen 631 Disproportionierung 240, 352, 673 – Chlor-Verbindungen 382 ff. Dissoziation 225, 322 – Säuren 241 f., 283 ff., 295 ff., 304 ff. Dissoziationsenergie 68 f., 109, 673

Dissoziationsgrad 296, 673 Dissoziationskonstante 296, 322, 687 – Tabelle 300, 306, 530, 637 f. Distickstoffdifluorid 415 Distickstoffoxid 413, 415, 418 – Bindungsverhältnisse 126, 134, 415 – Zerfall 253, 257, 266 f., 415 Distickstoffpentoxid 416 f. – Zerfall 253, 255, 417 Distickstofftetroxid 274, 290, 336, 416 Distickstofftrioxid 416 Disulfan 399, 523 Disulfan-Gruppe 523, 576, 578 Disulfat 402 f. Disulfid 399, 523 Diterpen 562 f. DNA 579 ff., 673 – Reparatur 583 DNA-Polymerase 581, 585 Döbereiner, Johann W. 77 Dodecan 499 Dodecansäure (Laurinsäure) 568 Dolomit 432 Domäne (in Proteinen) 578 DOPA 549 Doppelbindung 69, 118, 133, 140 ff., 504, 680 Doppelhelix 580 f., 673 Doppelsalz 467 d-Orbital 87 f., 92 ff., 136, 470, 488 ff. Dosis 604, 631 f., 673 Dosisleistung 604, 673 Dotierung 151, 194, 477, 673 Doudna, Jennifer 587 Downs-Zelle 455, 673 Drehachse 187, 673 Drehbarkeit um eine Bindung 141, 500 ff., 504, 576 Drehspiegelung 188 Drehung (Symmetrie-) 187 Dreierstoß 262 Dreifachbindung 69, 118 f., 140 f., 505, 680 Drei-Fünf-Verbindung 411, 442 dreistufige Reaktion 263 dreiwertiger Alkohol 521 Dreizentrenbindung 442, 444, 467 dritter Hauptsatz der Thermodynamik 333, 677 Druck 62 f., 154 ff., 673, vord. Einband – und chemisches Gleichgewicht 278 – auf Flüssigkeiten 176 – von Gasen 154 ff., 161 – kritischer 167, 177, 182 – und Löslichkeit 214 f. – Messung 154 – osmotischer 222 f. – und Phasenumwandlung 181 – und Reaktionsenthalpie 62 f., 328 f. – und Schmelzpunkt 180, 181 – und Siedepunkt 178, 181 Druckwasserreaktor 611 d10s2-Ion 111, 673 Dublett (NMR) 206 Dubnium 609 Duftstoff 558, 562, 569 Düngemittel 423, 425, 462, 673

Dünnschichtchromatographie 27 Dysprosium 476 f.

E Ebene in einem Kristall 200 ebener Winkel 29, vord. Einband Ebullioskopie 221 Edelgase 80, 92, 97, 191, 387 ff., 392, 673 Edelgaskonfiguration 97, 104, 108, 111, 118, 673 Edelmetall 351, 449, 474, 673 Edman-Abbau 578, 673 EDTA 483 Edukt 50, 685 e.e.-Wert 549, 673 f. effektive Atomgröße 102, 673 effektive Kernladung 102 effektive Kollision 259, 673 Effektpigment 197 Effusion 164, 673 Eigendissoziation von Wasser 294 einatomiges Ion 42, 107, 114, 673 Einfachbindung 69, 117, 138, 680 Einheiten, Maß- 28, vord. Einband Einkristall 199 Einlagerungscarbid 435 Einlagerungshydrid 370 f., 477, 673 Einlagerungsnitrid 411 Einlagerungsverbindung 370, 431, 442, 673 einmolekulare Reaktion 261 einprotonige Säure 242, 673 – KS-Werte 300, 637 einsames (freies) Elektronenpaar 118, 130 ff., 172 ff., 174 f., 480, 517, 673 Einschlussverbindung (Clathrat) 175, 673 Einstein, Albert 22, 74 f., 81 Einstein-Beziehung 22, 39, 596 einstufige Reaktion 258, 261 Einstufung von Gefahrstoffen 620, 627 einzähniger Ligand 483 Eis 175, 184, 330 – Dampfdruck 181 – Schmelzpunkt 179, 330 f. Eisen 471 ff., 561 – Häufigkeit 23 – Herstellung 453 f. – Ionenradius 113, 474 – Isotop 56Fe 615 – Komplexe 483 f., 494 – Korrosion 359 f. – Kovalenzradius 113 – Normalpotenziale 350, 351 ff., 474, 636 – Raffination 458 – Reaktion mit –– Sauerstoff 393, 475 –– Säuren 351, 370 –– Wasserdampf 51, 276, 278, 369, 475 -(III)-bromid 475 f., 511 -carbid 435 -carbonat 449 -(II)-chlorid 380 -(III)-chlorid 380 f., 475

Sachverzeichnis -disulfid 449, 452 -erz 453 -(II)-fluorid 193 -halogenide 475 -(II)-hydroxid 359 -hydroxidoxid 471 -niobat 449 -oxid – FeO 194 –– Bildung 393, 453 –– Reduktion 453 – Fe2O3 43, 45, 449 –– Bildung 393, 475 –– Reduktion 159, 453 –– thermodynamische Daten 333 f., 639 –– Verwendung 471 – Fe3O4 449, 453 –– Bildung 51, 276, 278, 393, 453, 475 –– Reduktion 453 –– Verwendung 471 -pentacarbonyl 436 -salze, Löslichkeit 234 -silicid 435 -sulfid 321, 398, 475 -titanat (Ilmenit) 449 -wolframat 449 Eiweißstoffe (Proteine) 410, 575 ff., 685 ekliptische Konformation 500 f. elektrische Energie 341, 346, 353 elektrische Kapazität vord. Einband elektrische Ladung 33 ff., 341, 344, vord. Einband elektrische Leitfähigkeit 149 ff., 341, 673 – Elektrolyte 225, 342 – Elemente der 4. Hauptgruppe 428, 431 – Feststoffe 184 f. – Graphit 431 – Halbleiter 150 f. – Metalle 81, 149 f., 341, 448 – Polyacetylen 145 f., 553 elektrische Maßeinheiten 341, vord. Einband elektrische Potenzialdifferenz 341 elektrische Spannung 341, 349 ff. elektrische Stromstärke 341, vord. Einband elektrischer Strom 341 f., 349 elektrischer Widerstand 341, 448 elektrisches Feld 120 elektrisches Potenzial 341, 347 Elektrizitätsmenge 341, 344 Elektrochemie 341 f. elektrochemische Oxidation 360 f. elektrochemische Spannungsreihe 349 f. Elektrode 342 f., 673 Elektrodenpotenzial 348 ff., 354, 358 f. Elektrodenprozesse 342 ff. Elektrolyse 341, 343 ff., 358 f., 673 – zur Aluminium-Gewinnung 455 f. – von Fluorwasserstoff 375 – von Kupfersulfat-Lösung 343, 458 – von Lithiumchloridschmelze 455 – zur Metallgewinnung 455 f.

– von Natriumchlorid-Lösung 343, 369, 376 f., 384 f. – von Natriumchlorid-Schmelze 342, 377, 455 – von Natriumsulfat-Lösung 343 – zur Raffination von Metallen 343, 456, 458 – von Schwefelsäure 403 f. – von Wasser 369, 392 Elektrolyt 225 f., 233 ff., 296, 342, 673 – schwacher 225, 233, 295 ff. elektrolytische Leitung 342 ff., 673 elektrolytische Raffination 343, 458 elektromagnetische Strahlung 73, 674 elektromotorische Kraft (EMK) 347 f., 349 f., 352, 354 ff., 674 Elektron 33 ff., 82, 83 ff., 674 – Ruhemasse vord. Einband – solvatisiertes 460 – ungepaartes 88, 91 Elektronegativität 121 ff., 236 f., 674 – Chalcogene 391 – Elemente der 4. Hauptgruppe 428 – Elemente der 5. Hauptgruppe 407 – Halogene 374 f. – und Säurestärke 286 f. – Tabelle 122, Ausklapptafel am Buchende Elektronenaffinität 105 f., 109, 111, 674 – Tabelle 106 Elektronenbahn 75 f. Elektronenbeugung 82, 200 Elektronendichte 84 ff. Elektronen-Einfang 598, 674 Elektronen-Emission 598 Elektronengas 100, 148, 185, 341 Elektronenkonfiguration 89 ff., 104 f., 107, 674 – Elemente 90 ff. –– Tabelle 90, 95 – gebundene Atome 94 – Ionen 107, 111 f. – in Komplexen 492 ff. – Kurzschreibweise 94 – Lanthanoide 476 – Nebengruppenelemente 470, 488 Elektronenloch 151, 360 Elektronenlücke 288 Elektronenmikroskopie 200 Elektronenoktett 118 f., 130 Elektronenpaar 89, 100, 118 f., 130 ff., 288, 480 Elektronenpaar-Abstoßungs-Theorie 130, 378, 389, 689 Elektronenpaar-Akzeptor 288 f. Elektronenpaar-Donator 288 f. Elektronenpaarbindung 117 elektronenreiche Mehrzentrenbindung 146 Elektronensprung 76 f., 79 Elektronenstruktur der Elemente 92 ff. Elektronenvolt 103, 596, vord. Einband elektrophil 289 elektrophile Addition 508 f., 674 elektrophile Gruppe 511 elektrophile Halogenierung 512

elektrophile Nitrierung 512 elektrophile Substitution 510 ff., 674 elektrophile Sulfonierung 512 elektrophile Verdrängungsreaktion 289, 674 Elektrophorese 28, 674 Elektrostahl-Verfahren 458 f., 674 Elektrostatische Anziehung 75, 107, 110, 120, 184, 191, 299 Elektrostatische Stofftrennung 26, 451 Element 23 f., 32, 674 – Einteilung 79, 97 – Elektronenkonfiguration 90 ff. –– Tabelle 95 – Häufigkeit 23 – Periodensystem 77, 78, 92 f., Ausklapptafel hinterer Einband – Symbol 23 –– Tabelle hinterer Einband Elementarladung 28, 34, 674, vord. Einband Elementarzelle 185, 191 ff., 201 ff., 674 Elementumwandlung 607 ff. Eliminierungs-Additions-Mechanismus 517, 523 Eliminierungsreaktion 505, 518, 674 Elixier 21 Elongation 585 Eloxal-Verfahren 360 empirisch 20 empirische Formel 43, 46, 674 Emulsion 25 f., 674 Enantiomere 486 f., 545 ff., 674 Enantiomerentrennung 548 f. Enantiomerenüberschuss 549, 674 enantioselektive Synthese 549, 674 enantiotop 547 endotherme Reaktion 63 ff., 261, 279, 332, 674 endothermer Lösungsvorgang 214 Endpunkt einer Titration 245 Endverknüpfung (DNA) 583 Energie 22, 39, 60 ff., 327 ff., 674, vord. Einband – bei biochemischen Reaktionen 590 f. – bei chemischen Reaktionen 62 ff., 260 f., 327 ff. – bei elektrochemischen Reaktionen 346 f., 352 – elektromagnetische Strahlung 74 – Elektron im Atom 75 f. – innere 62, 327 f., 678 – bei Kernreaktionen 596, 612, 613 – Maßeinheiten 60, vord. Einband – Orbital- 92, 138 ff., 142 ff., 491 ff. Energieband 145, 148 ff., 430 Energiedosis 604 Energiegap 149 Energieniveau 75 f., 148 ff. – im Atomkern 597 Energieniveaudiagramm 138 f., 140 f., 142 ff., 148, 490 ff. Energieterm 75 Energieumsatz 60 ff., 327 f. Energieumwandlung 60, 327 Energieverteilung von bewegten Molekülen 164, 259

Energiezustand 75 Enol 529 Enolat 529 Enstatit 438 Entartung 87, 90, 488 f. Enthalpie 63, 328, 674 Entionisieren von Wasser 439 Entkopplung (NMR) 207 Entropie 329 ff., 674 Entschwefelung 398, 400, 419, 504 Entsorgung von Abfällen 630 entzündbar, Gefahrenpiktogramm und Legaldefinition 623 entzündend, Gefahrenpiktogramm 623 Enzym 268, 549, 588 ff., 674 e-Orbitale 490 eg-Orbitale 488 f., 674 Epinephrin 570 Epoxid 524 Epoxidierung 524 equatoriale Position 132 f., 501 f. erbgutverändernde Stoffe 622, 629 Erbium 471 f., 476 Erdalkalimetalle 80, 370, 462 ff., 674; siehe auch bei den einzelnen Elementen – Carbide 463 – Carbonate 464 f. – Gewinnung 455 – Halogenide 380, 463 – Hydride 370, 463 – Hydroxide 235, 463 f. – Nitride 411, 463 – Oxide 242 f., 463 f. – Phosphide 411, 463 – Sulfate 464 – Sulfide 398, 463 Erde, Elementhäufigkeit 23 Erdgas 367, 387, 397, 432 Erdmetalle 80 Erdöl 367, 397, 432, 502 f., 505, 507 Erhaltung der Energie 60, 327, 677 Erhaltung der Masse 22, 33, 50, 676 Erlenmeyer-Regel 521 Erste Hilfe 633 f. Erster Hauptsatz der Thermodynamik 60, 327 f., 677 Erz 449 ff., 674 Erzanreicherung 450 ff., 674 Erzeugnis 620 Essigsäure (Ethansäure) 55, 206, 235, 242, 288, 290 f., 504, 529 ff. – aktivierte 563, 590 – Dissoziation 241, 283 ff., 295 ff. – KS-Wert 295, 300, 530, 637 – Titration 245, 310 f. -Acetat-Puffer 302 f. -amid (Acetamid) 538 -anhydrid 531, 538 -ethylester 532, 535 Ester 532 f., 567 ff., 674 Estradiol (Östradiol) 570 Ethan 52, 66, 141, 206, 333, 334, 499 ff. Ethanal (Acetaldehyd) 206, 253, 421, 525, 628 Ethandiol (Glykol) 521 f., 524, 554 Ethandisäure (Oxalsäure) 304, 530 f.

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Sachverzeichnis Ethanol 206, 288, 521 f., 529, 567, 628, 631 – Dampfdruck 177 – molale Gefrierpunktserniedrigung und Siedepunktserhöhung 220 – molare Schmelzenthalpie und Schmelzpunkt 179 – molare Verdampfungsenthalpie 178 – Siedepunkt 178, 220 Ethanolamin 398 Ethanolat 521, 524 Ethansäure s. Essigsäure Ethanthiol 523 Ethen s. Ethylen Ether 523 f., 674 etherisches Öl 562 Ethidiumbromid 585 Ethin (Acetylen) 206, 395, 505 f. – Additionsreaktionen 508 – Bindungsverhältnisse 118, 119, 141, 505 – Polymerisation 553 – Synthese 435, 505, 506 – thermodynamische Daten 63, 333, 334, 639 Ethindiid (Acetylid) 505 Ethoxid (Ethanolat) 521 Ethoxyethylhydroperoxid 524 Ethylacetat 532, 535 Ethylalkohol s. Ethanol Ethylamin 537, 628 Ethylammonium-Ion 537 Ethylbenzol 506 Ethylcyanid (Propannitril) 531 Ethyldiazonium-Ion 540 3-Ethyl-2,2-dimethylpentan 500 Ethylen (Ethen) 206, 504 f., 570 – Additionsreaktionen 508 – Bindungsverhältnisse 119, 141, 504 – Metall-Komplexe 495 – Polymerisation 550 f., 554 – thermodynamische Daten 66, 333, 334, 639 Ethylencarbonat 362 f. Ethylendiamin (Diaminoethan) 483, 537 Ethylendiamin-tetraacetat (EDTA) 483 Ethylenglykol (Glykol) 521 ff., 524, 554, 556 Ethylenoxid (Oxiran) 521, 524, 541, 551, 554 Ethylmagnesiumbromid 519 f. Ethylmethylketon 525 Ethylpropylether 524 Ethyl-Rest 499 Etikett, Vorschrift über 620 Europäische Chemikalienagentur 625 Europäische Union, Richtlinien und Verordnungen 620, 625 Europium 471, 476 f. Exciplex(Excimer)-Laser 389 Excisionsendonuclease 583 Exon 581 exotherme Reaktion 63 ff., 261, 674 – und chemisches Gleichgewicht 279, 332, 337

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exothermer Lösungsvorgang 214 Explosion 264 explosionsgefährlich 264 explosiv, Gefahrenpiktogramm und Legaldefinition 623 Exposition bei Vergiftungen 620, 631 Extraktion 26 f., 674 extrem entzündbar, Gefahrenpiktogramm und Legaldefinition 623

F Fallbeschleunigung, vord. Einband Fällungsreaktion 233, 317 ff., 674 Fällungstitration 246, 320 Faltblattstruktur 576, 674 Faraday, Michael 33, 344 f. Faraday-Gesetz 344, 675 Faraday-Konstante 344, vord. Einband Farbe von Komplexen 493 Färben von Glas 243, 439, 471 Farbkennzeichnung von Stahlflachen 395, 410 Farbstoff 541, 572 f. Farnesol 562 Faujasit 439 f-Block 92 Feldspat 438 Ferrocen 494 Ferrochrom 454 Ferrolegierung 454 Festdosismethode 632 feste Lösung 210 Festelektrolyt-Brennstoffzelle 364 Festphase (Gentechnik) 586 Feststoff 25, 171, 183 ff. – Aktivität 335, 354 – amorpher 183 – Dampfdruck 180 – Fehlstellen in 194, 311 – Löslichkeit 210 f., 214, 233, 315 f. – im Massenwirkungsgesetz 276, 315, 335 – Standardzustand 335 Fett 567 f., 675 Fetthärtung 568 Fettsäure 567 ff., 675 Fettsäureester 567 Feuerstein 471 Filtermaterialien 26 f. Filtrieren 26, 675 Filtriernutsche 26 Filtriertrichter 26 Fischer, Emil 546, 565 Fischer-Projektionsformel 546 ff., 564 f. Fischer-Tropsch-Synthese 503 Fixiersalz 403 Flachbildschirm 195 flächenzentriert 189, 675 Flammpunkt 623 Flammschutzmittel 423 Flerovium 427 Fliehkraftabscheider 26 Flotation 451, 675 fluid 177, 182 fluktuierende Dipole 173

Fluor 334, 373 ff., 389 – Elektronenaffinität 106 – Isotop 18F 616 – Kovalenz- und van der WaalsRadius 102, 374 – MO-Diagramm 140 – Reaktion mit –– Stickstoffmonoxid 258, 262 –– Wasserstoff 371, 379 Fluoralkan 385, 421, 516 Fluorapatit 376 Fluorchlorkohlenwasserstoff 421 18 Fluordesoxyglucose 616 Fluorid 375, 379, 380 f., 449, 493 ff. – Ionenradius 113, 374 – Löslichkeit 234 fluorierte Kohlenwasserstoffe 385, 421 Fluorierungsmittel 415 Fluorit 184, 376 Fluorit-Typ 192 f., 370 Fluormethan 205 Fluoroschwefelsäure, Fluorsulfonsäure 290 Fluorwasserstoff 235, 375, 377, 379 f., 516, 632 – Assoziation 174, 379 – Bindungsenergie 69, 123, 375 – Dipolmoment 123 – Säurestärke 235, 286, 379 – thermodynamische Daten 333, 334, 639 Flüssiggas 167 Flüssigkeit 175 ff. – ionische 229 Flüssigkeitschromatographie 28 Flüssigkristall 195, 675 Flusssäure 235, 243, 379 – KS-Wert 300, 637 Flussspat (Fluorit) 184, 376 Flussspat-Typ 192 f., 370 FMO-Theorie 510, 675 f-Orbital 85, 91, 470, 475 f. Formaldehyd 133, 205, 421, 525 f., 551, 631 Formalladung 123 f., 126, 146, 287, 675 Formamid 538 Formel 41 ff., 107, 671 Formelmasse 44 Formiat 531 Formylessigsäureester 525 Formyl-Gruppe 525, 532 Formylpyridin 525 fortpflanzungsgefährdende Stoffe 622, 629 fraktionierte Destillation 224 f., 672 Francium 459, 608 Frasch-Verfahren 397, 675 freie Enthalpie 331, 335 ff., 675 freie Reaktionsenergie 331 freie Reaktionsenthalpie 331 ff., 335 ff., 348 f., 352 f., 354, 675 freie Standard-Bildungsenthalpie 333, 675 – Tabelle 333 freie Weglänge 164, 176, 682

freies (einsames, nichtbindendes) Elektronenpaar 118, 130 f., 172 f., 174 f., 288, 480, 512, 673 freiwillig ablaufender Prozess 329 f., 331 f., 336, 348 Fremdatome in Kristallen 194, 312 Frenkel-Defekt 194, 675 Frequenz 73 Friedel-Crafts-Reaktion 512, 532 Frigen 385 Frisch, Otto Richard 610 Frost-Musulin-Diagramm 144 Frostschutzmittel 522 fruchtbarkeitsgefährdende Stoffe 629 fruchtschädigende (reproduktionstoxische) Stoffe 629 Fructofuranose 565 Fructopyranose 565 Fructose (Fruchtzucker) 521, 564 f. Fukui, Kenichi 510 Fulleren 431, 675 funktionelle Gruppe 507, 516, 675 funktionelle Gruppenisomerie 524 Furan 541 Furanose 565, 675

G Gadolinium 476 f. Galactopyranose 565 Galactose 564 Galenit 186 Gallium 181, 440 f., 456, 466 f. – Kovalenzradius 102 -arsenid 411, 426 -halogenide 466 f. -hydrid 467 -hydroxid 466 -nitrid 467 -oxide 466 -phosphid 411 -sulfid 466 Galvani, Luigi 345 f. Galvanische Zelle 341, 346 f., 361 ff., 675 Gamma-Radiographie 614 Gamma-Strahlen 36, 73 f., 597, 604, 675 Gangart 449, 451, 675 Ganzkörper-Dosisleistung 604 Gärung 503, 521, 567, 668 Gas 25, 153 ff. – Aktivität 335, 347, 354 – Bildung bei Metathese-Reaktionen 233 – im chemischen Gleichgewicht 276 ff., 335 f. – Gefahrenpiktogramm 621, 623 – Löslichkeit 214 f. – Normdruck 154 – Standardzustand 65, 335, 347 – Verflüssigung 167 – Volumenarbeit 62, 328 f. Gaschromatographie 27 f. Gasgemisch 153, 161 f., 330 – explosives 264 Gasgesetz, ideales 156 f., 161, 677 – reale Gase 165 f. Gashydrat 175, 675

Sachverzeichnis Gaskonstante 156, 677, vord. Einband Gaslaser 389 Gastheorie, kinetische 160 ff., 679 Gasvolumen 155 ff. Gaszyklon 26 Gauche-Konformation 501 Gauß vord. Einband Gay-Lussac, Joseph 155 Gay-Lussac-Gesetze 157, 675 Gebotszeichen 621 Gefahrenhinweise 620, 624 Gefahrenkategorie 620, 622 f. Gefahrenklasse 620, 622 f., 627 Gefahrenpiktogramm 620, 622 f., 675 Gefahrentafel 625 Gefahrgutbeförderungsgesetz (Österreich) 630 Gefahrgutklasse 625 Gefahrgutverordnung Straße, Eisenbahn und Binnengewässer (Deutschland) 626, 630 gefährliches Gemisch 620 Gefährlichkeitsmerkmal 627 Gefahrstoff 620 f., 675 – Aufbewahrung 627 – Einstufung 620, 627 – Einteilung 622 f. – Kennzeichnung 620 ff. – Tätigkeit mit 627 – Transport 625, 630 Gefahrstoffverordnung 626 ff., 675 Gefrierpunkt 179 ff., 330, 675 – von Lösungen 219 f. Gefrierpunktserniedrigung 220, 225 f., 675 Gefriertrocknung 180 Geiger, Hans 599 Geiger-Müller-Zähler 599, 675 Gel 227, 675 Gel-Elektrophorese 28 gelöster Stoff 210 ff. Gemenge 25 geminal 526, 675 Gemisch 24 ff., 620, 675 Genauigkeit 29 f., 675 genetische Information 580 f. genetische Schäden 603 f. genetischer Code 582, 676 genetischer Fingerabdruck 584 f. Genmanipulation 584 f. Genom-Editierung 585 Genschere 585, 587 Gentechnik 584 ff., 676 Gentechnikgesetz 626 geologische Altersbestimmung 606, 676 geometrische Isomere 486 Geraniol 562 Geranyldiphosphat 563 Gerlach, Walther 88 Germanit 469 Germanium 151, 427, 468 ff. – Gewinnung 455, 457 – Kovalenzradius 102 – Struktur 432 -dihalogenide 469 -dioxid 455, 468 -disulfid 468 -hydride 469

-tetrahalogenide 468 f. Germer, Lester 82 Gerüstsilicat 438 f. Gerüststruktur 184 f., 676, s. auch Raumnetzstruktur gesättigte Kohlenwasserstoffe 498 ff., 676 gesättigte Lösung 210, 214, 317 Geschwindigkeit 60, 81 f. – von Molekülen in Gasen 160 f., 163 ff. – einer Reaktion 251 ff., 264 f., 513, 517, 686 geschwindigkeitsbestimmender Schritt 262 f., 676 Geschwindigkeitsgesetz 253 ff., 261 ff., 676 Geschwindigkeitskonstante 253 ff., 264 ff., 676 Geschwindigkeitsverteilung 164 f., 259 Gesetz – der Erhaltung der Energie 60, 327 f., 677 – der Erhaltung der Masse 22, 33, 50, 676 – der konstanten Proportionen 33, 676 – der konstanten Wärmesummen 64, 686 – der multiplen Proportionen 33 – staatliches 625 f. gestaffelte Konformation 500 gesundheitsschädlich, Gefahrensymbol und Legaldefinition 622 gewässergefährdend, Gefahrenpiktogramm und Legaldefinition 623 Gewicht 23 gewinkeltes Molekül 131 f., 134 Gibbs, J. Willard 331 f. Gibbssche freie Energie 331 Gichtgas 454 Giftempfindlichkeit 631 giftig, Gefahrensymbol und Legaldefinition 622 Giftinformationsverordnung 626 Giftnotruf 633 Giftstoffe 631 f. Giftverordnung (Österreich) 626 Gillespie, Ronald J. 130 Gillespie-Nyholm-Theorie 130 ff. Gips 186, 397, 400, 465 Gitterenergie 108 ff., 213, 464 f., 676 Gitterkonstante, Gitterparameter 185, 676 Glas 184 f., 243, 379, 439 Glaselektrode 357 Gleichgewicht 177, 210 – chemisches 272 ff., 293 ff., 671 –– bei chemischen Transportreaktionen 457 –– Druckabhängigkeit 278 –– bei Fällungsreaktionen 317 ff. –– bei Komplexbildungsreaktionen 321 ff. –– bei Säure-Base-Reaktionen 283 ff., 295 ff. –– Temperaturabhängigkeit 272 ff., 279, 337

–– und thermodynamische Funktionen 335 f. – radioaktives 605 Gleichgewichtskonstante 273 ff., 276 ff., 676 – und elektromotorische Kraft 353 – bei Fällungsreaktionen 317 ff., 320 – bei Komplexbildungsreaktionen 321 f. – bei Säure-Base-Reaktionen 295, 304 ff. – Temperaturabhängigkeit 279, 337 – und thermodynamische Funktionen 335 ff. –– Tabelle 336 gleichionige Zusätze 318, 676 Gleitspiegelebene 187 Glimmer 185, 438 global harmonisiertes System (GHS) 620 ff., 676 Glucopyranose 565 Glucose (Traubenzucker) 521, 564 ff., 591 – Verbrennungswärme 61 glucosidische Verknüpfung 566 Gluon 595 Glutamin 577 Glutaminsäure 577 Glutarsäure 530 Glycerin 521 f., 567 ff. Glycerinaldehyd 546, 564 Glycerinester 567 f. Glycin 575, 577 Glycolyse 590, 676 Glykogen 566 Glykol 521 f., 524, 554, 556 Glykolsäure 533 Glyphosat 424 Gold 186, 351, 417, 448 f., 471 ff. – Gewinnung 451, 457 f. – Katalysator 266 f. -(III)-fluorid 388 -Komplexe 482 Goldschmidt-Verfahren 454, 689 Goldwaschen 450 Grad vord. Einband Graham, Thomas 164 Graham-Effusionsgesetz 164, 676 Granat 438 Granit 24 Graphen 197, 433 Graphen-Schicht 430 Graphit 185, 334, 430 f., 432 – Verbrennung 64 f. -Einlagerungsverbindung 362, 431 Grauspießglanz 410 Gray 604, 676, vord. Einband grenzflächenaktiv 227, 569 Grenzflächendarstellung 85 Grenzformel 125 ff., 142 f., 506 Grenz-Molekülorbital-Theorie 510, 676 Grenzorbital 143, 676 Grenzwerte für Gefahrstoffe 622 f. griechische Multiplikativzahlen 485 griechische Theorie 20, 32 griechische Zahlwörter 127, 485 Grignard, Victor 519

Grignard-Verbindung 519, 527, 530, 676 GroEL 583 Grundzustand 75, 89, 676 Gruppe im Periodensystem 77 f., 79, 676 Gruppensilicat 438 Guajazulen 562 Guanin 579 f. Guanosin 579 Gummi 553 Gute Laborpraxis, Verordnung (Schweiz) 626

H Haber, Fritz 108, 411 Haber-Bosch-Verfahren 371, 412, 676 Hafnium 457, 472, 474 Hahn, Otto 610 Halbacetal 524 f., 526, 676 halbbesetzte Unterschale 94, 105, 476 Halbleiter 145, 150, 151, 407, 411, 432, 448, 676 Halbmetall 81, 391, 407 Halbreaktion 349 ff., 355 f. Halbwertszeit 255 ff., 676 – bei radioaktiven Substanzen 600 ff., 605 Halbzelle (galvanische) 348 ff., 676 Hall-Héroult-Verfahren 455, 676 Halogen 80, 373 ff., 385, 507 f., 512, 676, s. auch bei den einzelnen Elementen Halogenalkan 507 ff., 516 ff., 537 Halogenaren 512 Halogenat 381 ff., 384 f., 676 Halogenglühlampe 478 Halogenid 375, 380 f., 449 Halogenido-Komplex 381, 485, 493, 676 Halogenige Säuren 381 ff. Halogenkohlenwasserstoff 421, 507 Halogen-Oxosäuren (Halogensäuren) 287, 381 Halogenwasserstoffe 286, 371, 379 ff., 516, 676 – Reaktion mit –– Alkenen und Alkinen 508 f. –– Alkoholen 516 f. Hämatit 453 Häm-Gruppe 483, 573, 578, 590, 676 Hämoglobin 483, 573, 578, 590 Handwerkskünste 20 Harnstoff 410, 425, 538 Härte 184 f., 430, 435, 447 harte Lewis-Säuren und -Basen 290 hartes Wasser 465, 568 Hassium 609 Häufigkeit der Elemente 23, 367, 387, 392, 434, 465 Hauptgruppe 80, 92, 97, 108, 677 Hauptquantenzahl 85 ff., 88, 92, 677 Hauptsatz der Thermodynamik – dritter 333, 677 – erster 327, 677 – zweiter 329 f., 677

699

Sachverzeichnis hautätzend, Gefahrenpiktogramm 622 Haworth, Norman 566 Haworth-Formel 564 Heck-Reaktion 520, 677 Heisenberg, Werner 82 Heisenberg-Unschärferelation 82 f., 689 Heizöl 503 Helium 215, 387 ff., 392, 597, 613 – kritische Daten 167 – Wärmeleitfähigkeit 165 Helix 576 f., 580 f. Helmholtz, Hermann von 22, 327 Henderson-Hasselbalch-Gleichung 303, 677 Henry, William 214 Henry-Dalton Gesetz 214, 677 Heptadecan 499 Heptan 218, 499 Hermann-Mauguin-Symbol 187 Hertz 73, vord. Einband Herzstillstand, erste Hilfe 634 Hess, Germain H. 22, 64, 327 Hess-Satz 64, 677 Heteroaren (Hetaren) 541, 677 Heteroatom 541 heterocyclische Verbindungen 494, 541 f., 677 heterogene Katalyse 266, 677 heterogenes Gemisch 24 ff. heterogenes Gleichgewicht 276, 677 Heterolyse 263 Hexacarbonylchrom 436 Hexachloridoantimonat(1–) 381 Hexachloridoplatinat(2–) 481, 485 f. Hexachloridoplumbat(2–) 429 Hexacyanidochromat 440 Hexacyanidoferrat 440 Hexadecan 499 Hexafluoridophosphat 134, 381 Hexafluoridosilicat 379, 381, 429 hexagonal 188 hexagonal-dichteste Kugelpackung 190 f. hexagonale Kugelschicht 189 Hexahydroxidoantimonat(1–) 425 Hexahydroxidoplumbat(2–) 468 Hexahydroxidostannat(2–) 468 Hexamethylendiamin 537 Hexammin-cobalt(2+) 484 Hexammin-cobalt(3+) 481 ff., 484, 493 Hexammin-eisen(2+) 493 Hexammin-platin(4+)-chlorid 481 Hexan 499, 507 1,6-Hexandiisocyanat 556 Hexandisäure (Adipinsäure) 530, 555, 556 1-Hexanol 522 Hexaquacobalt-(2+) und -(3+) 484 Hexaquatitan(3+) 493 High-Spin-Komplex 493 f., 677 Hinweise auf Gefahren (H-Sätze) 620, 624 Histidin 577 Hittorfscher Phosphor 409 Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie 28

700

Hochdruckpolyethylen (LDPE) 551, 554 Hochofen 453, 677 Hochtemperatur-Supraleiter 150 Hochtemperaturpyrolyse 506 Hoffmann, Roald 145 Holmium 476 f. Holzstaub 629 Holzverzuckerung 567 HOMO 143, 510, 572, 677 homogene Katalyse 266, 677 homogenes Gemisch 24, 27, 210 homologe Reihe 498, 677 homologe Rekombination 583, 587 Homolyse (homolytische Spaltung) 263, 508, 677 homonukleare Moleküle 140 homöopolare Bindung 117 homotop 547 Hormon 570, 677 H-Sätze 620, 624, 677 Hückel, Erich 144 Hückel-Regel 144, 507, 677 Hund, Friedrich 90 Hund-Regel 90, 493, 677 Hüttenkunde 450 Hybridisierung 135 ff., 677 Hybrid-Orbitale 135 ff., 487 Hydrargillit 451 Hydratation 212, 677 Hydratationsenthalpie 212 f., 462, 464, 677 hydratisierte Ionen 212, 308, 321, 324, 464, 466 Hydratisomerie 486, 677 Hydrat-Wasser 212, 465 Hydrazin 412 f., 425 – KB-Wert 300, 637 – substituiertes 527 Hydrazinium-Ion 413 Hydrazon 527 Hydrid 370 f. Hydrid-Ion 285, 370, 493, 677 Hydridoborat 372, 444 Hydrierung 371 Hydrochinon 523 Hydrocracking 502 Hydrogencarbonat 305, 306, 437, 449, 465 – KS-Wert 306, 637 Hydrogendifluorid 147 f., 375 f., 379 Hydrogenphosphat 304 f., 422 – KS-Werte 304, 306, 637 Hydrogensalz 244, 304 ff. Hydrogenselenat 402 Hydrogensulfat 305, 401 – KS-Wert 306, 637 Hydrogensulfid 285, 306, 320, 399 – KS-Wert 306, 637 Hydrogensulfit 306, 400 Hydrolase 549, 588 Hydrolyse 307, 677 – ATP 591 – Halogenide 381, 400, 414 f. – metallorganische Verbindungen 519 – Peptide 539, 575 – Peroxodischwefelsäure 403 – Polysaccharide 567

Hydrometallurgie 451 Hydroperoxid 508 hydrophil 227, 568 hydrophob 227, 568 hydrophobe Wechselwirkung 557 Hydroxid 343 f., 380, 439, 493 – Alkalimetalle 241, 460 – amphoteres 242, 324 – als Base 241 ff., 283 ff., 294 – Elemente der 3. Hauptgruppe 466 – Erdalkalimetalle 241, 463 ff. – Löslichkeit 234, 323 – Nomenklatur 243 Hydroxidoaluminat 323 f., 451, 466 Hydroxido-Komplex 323 3-Hydroxyalkansäure (β-Hydroxyalkansäure) 534 4-Hydroxyazobenzol 541 2-Hydroxybenzoesäure (Salicylsäure) 534 3-Hydroxybutanal 528 4-Hydroxybutansäure (g-Hydroxybuttersäure) 534 Hydroxycarbonsäure 533 f. Hydroxyessigsäure (Glykolsäure) 533 Hydroxy-Gruppe 520 ff. Hydroxylamin 290, 413 – substituiertes 526 Hydroxylammonium-Ion 290 Hydroxyl-Radikal 419, 421, 603 1-Hydroxynaphthalin 522 Hydroxynitril (Cyanhydrin) 526, 533 5-Hydroxypentansäure 534 2-Hydroxypropansäure (a-Hydroxypropionsäure, Milchsäure) 533 f., 545, 548 f. 3-Hydroxypropansäure (β-Propionsäure) 534 Hydrozyklon 26 Hygienemaßnahmen 629 hygroskopisch 401 – hygroskopische Substanzen 401, 422, 465 Hyperoxid 140, 393 f. hypertonisch 223 hypervalent 146, 677 Hypobromige Säure 287, 381 ff. – KS-Wert 300, 637 Hypobromit 383 f. Hypochlorige Säure 242, 287, 382 ff. – KS-Wert 300, 637 Hypochlorit 382 ff., 395 Hypofluorige Säure 381 Hypohalogenige Säuren 381 ff. Hypohalogenit 381 ff., 677 Hypoiodige Säure 287, 381 ff. Hypoiodit 383 Hypophosphorige Säure (Phosphinsäure) 287, 424 hypotonisch 223

I Iatrochemie 21 ideale Gaskonstante 156, 677, vord. Einband ideale Lösung 218, 677 ideales Gas 156 ideales Gasgesetz 156 ff., 161, 677

Identifikation von Substanzen 28 Ikosaeder 442 Imidazol 541 Immissionsschutzgesetz 626 Impfkristall 179, 211 Impuls 81, 82, 160 in vitro 591 in vivo 587, 591 Indigo 574 Indikator 245, 300 f., 310 ff., 574, 677 Indium 440 f., 456, 466 ff. – Kovalenzradius 102 -halogenide 466 f. -hydrid 467 -hydroxid 466 -nitrid 466 -oxid 194, 441, 466 -sulfid 466 -trichlorid 466 f. -zinnoxid (ITO) 194, 195, 467 Indol 542 induktiver Effekt 509, 512, 677 Industrienorm 625 induzierte Kernspaltung 610 f. induziertes Dipolmoment 173 inerter Komplex 484, 678 Infrarot-Spektroskopie 200 Infrarot-Strahlung 73 Inhibitor 589 Initialzünder 413 innenzentriert 189 f., 678 innere Energie 62, 327 ff., 678 innere Schale 93, 97, 678 inneres Salz 537 Inorganic Crystal Structure Database 203 Inselsilicat 438 Insulin 570, 576, 584 Intensität von Strahlung 73 interatomarer Abstand 101 f. Intercalationsverbindung 431, 673 Interhalogenverbindungen 377 f., 678 interionische Wechselwirkungen 226 Intermediat 508 intermolekulare Anziehungskräfte 101 f., 165 ff., 171 ff., 176, 218, 388, 557, 678 – und Auflösungsvorgänge 211 f. internationales Einheitensystem 28, vord. Einband Intron 581 inverse Mizelle 228 Inversion (Symmetrieoperation) 187 Inversions(dreh)achse, Inversionsdrehung 187, 678 Inversionszentrum, Inversionspunkt 187, 545, 678 Iod 211, 334, 373 ff., 414, 457, 561 – Elektronenaffinität 106 – Isotop 131I 601, 615 – Kovalenz- und van-der-WaalsRadius 102 – Reaktion mit Wasserstoff 63, 273, 278, 371 Iodalkan 519, 536 Iodat 377, 383 Iodbenzol 541 Iodfluorid 377 Iodheptafluorid 377 f.

Sachverzeichnis Iodid 119, 377, 380 f. – Ionenradius 112 f., 374 – Löslichkeit 234 Iodpentafluorid 134, 377 f. Iodpentoxid 53 Iodsäure 381 ff. Iodtrichlorid 377, 386, 656 Iodtrifluorid 377 f. Iodwasserstoff 379 – Bildung und Zerfall 256, 273, 278, 371, 379 f. – Bindungsenergie 69, 123, 375, 640 – Dipolmoment 123, 173 – Säurestärke 286 – Schmelz- und Siedepunkt 173 – thermodynamische Daten 333 f., 639 Iodwasserstoffsäure 235, 242, 379 Ion 37, 42, 191 ff., 211 ff., 342 ff., 678 – d10 111 – d10s2 111 – s2 108, 111 – s2p6 108, 111 – Nebengruppenelemente 112 Ion-Dipol-Anziehung 211, 557 Ionenarten 42, 110 ff. Ionenaustauscher 439 f., 678 Ionenbeweglichkeit 342 Ionenbindung 100, 107 ff., 191 f., 678 Ionenbindungsanteil 120, 122 Ionengleichung 233 ff. Ionenkanal 571 Ionenkristall 42, 107 f., 184, 187, 191 f. – Auflösung 212 Ionenladung 37, 105, 107 f., 110 f., 123, 235 f., 342 ff. Ionenprodukt 317, 678 – Wasser 294 f., 678 Ionenradienverhältnis 192 f., 685 Ionenradius 112 f., 192 f., 678 – Alkalimetalle 113, 459 – Chalkogenide 113, 391 – Elemente der 3. Hauptgruppe 113, 441 – Elemente der 5. Hauptgruppe 407 – Erdalkalimetalle 113, 462 – Halogenide 113, 374 – Lanthanoide 476 – Übergangsmetalle 474 Ionenverbindungen 42, 107 ff., 119 f., 678 – Kristallstrukturen 192 ff. – Löslichkeit 211, 234, 315 f. – Nomenklatur 114 f., 243 Ionisationsisomerie 486, 678 Ionisationsrauchmelder 615 ionische Flüssigkeit 229, 678 ionische Polymerisation 551 ionischer Charakter einer Bindung 122 Ionisierungsenergie 76, 103 ff., 109 f., 678 – Alkalimetalle 459 f. – Chalkogene 391 – Edelgase 387 – Elemente der 3. Hauptgruppe 441 – Elemente der 4. Hauptgruppe 428 – Elemente der 5. Hauptgruppe 407

– Erdalkalimetalle 462 – Halogene 374 Iridium 449, 472 ff. irreversible Vergiftung 633 ISO-Norm 215 Isobutan 498 Isobutyl-Rest 499 Isocyanat 537 f. isoelektrischer Punkt 227 isoelektronisch 107, 678 Isolator 150, 448, 678 Isoleucin 577 isolierte Doppelbindungen 505, 678 Isomerase 588 Isomere 415, 485 ff., 544 ff., 678 – Bindungs- 486, 672 – cis-trans- 415, 486, 504, 672 – Diastereo- 486, 545, 547, 548 f., 673 – Enantiomere 487 f., 545 ff., 548 f., 674 – funktionelle Gruppen- 524 – Hydrat- 486 – Ionisations- 486 – Konformations- 500 f., 679 – Konstitutions- 486, 498, 502, 504, 506, 509, 524, 545, 679 – Koordinations- 486 – optische 486 f., 545 ff. – Stereo-(Konfigurations-) 415, 486 f., 502, 545 ff., 564, 688 Isomerisierung 503, 678 Isopentan 499 Isopentenyldiphosphat 563 Isopeptid-Bindung 576 Isopren 553, 562 f. – aktives 563 Isopropanol 522 Isopropyl-Rest 499 isotaktisches Polymeres 552 f., 678 isotonisch 223 Isotop 37 f., 595, 678 Isotopengemisch 37, 39 isotopenreine Elemente 37 Isotopentrennung 165, 611 ITO (In2O3:Sn) 194, 195, 197 IUPAC-Nomenklatur 243 ff.

J Jahr vord. Einband Joule 60 f., 678, vord. Einband Joule, James 22, 60, 167 Joule-Thomson-Effekt 167, 678

K Kalilauge 243 Kalisalz 377 Kalium 393, 449, 459 ff., 561 – Gewinnung 343, 455 – Häufigkeit 23 – Ionenradius 112, 459 – Isotop 40K 604, 605 – Reaktion mit Halogenalkanen 519 -amid 461 -antimonid 461 -arsenid 461 -bromid 193, 380, 386, 461

-carbonat 412, 439, 460 -chlorat 265, 385, 392 -chlorid 193, 213, 377, 380, 449, 461 f. -cyanid 631 -dichromat 377, 471 -fluorid 193, 375, 461 -fullerid 150 -hexachloridoplatinat 460, 481 -hexacyanidoferrat(3–) 495 -hexacyanidoferrat(4–) 485, 495 -hexanitrito-κN-cobaltat(3–) 460 -hydrid 370, 461 -hydroxid 362 f., 461 -hyperoxid 461 -iodid 193, 461 -Kronenether-Komplex 557 -Kryptand-Komplex 557 -magnesiumchlorid 449 -nitrat 418, 425, 460, 462 -nitrit 308, 418, 460 -oxid 193 -perchlorat 385, 460 -permanganat 377, 471 -phosphid 411, 461 -salze, Löslichkeit 234, 460 -selenat 402 -selenid 461 -sulfat 462 -sulfid 461 -tellurid 461 -tetrachloridoplatinat(2–) 495 Kalk 243, 400, 432, 437, 451, 452, 454, 461, 465 Kalkbrennen 451, 464 Kalkspat 186 Kalorie 60, 678, vord. Einband Kalorimeter 61 f., 678 Kalzinieren 21, 461 Kanalstrahlen 34 f., 678 Kaolinit 187, 438 karzinogene Stoffe 622, 628 ff. Kassiterit 468 Katal vord. Einband Katalase 395 Katalysator 257, 265 ff., 279, 439, 471, 520, 588 f., 678 Katalysatorgift 267 Katalyse 265 ff. Kathode 34, 42, 342 f., 346, 678 Kathodenstrahlen 34 f., 79, 678 Kation 42, 107, 113, 120, 342 f., 679 Kationenaustauscher 439 Kationensäure 284 kationische Polymerisation 551 Kautschuk 404, 553, 562 KB-Wert 298 ff. – Tabellen 300, 537 Keilstrichformel 498, 546 Keim, Kristallisations- 179, 211 K-Einfang 598 Kelvin 28, 60, 157, 679, vord. Einband Kelvin, Lord 157 f., 167 Kennzeichnung von Gefahrstoffen 620, 622 f., 627 Keramik 471 Kernbindungsenergie 39, 609 f., 679 Kernchemie 23, 594 ff. Kernfusion 596, 610, 613 f., 679

Kernit 441 Kernkraft, starke 36, 594 f. kernmagnetische Resonanz-Spektroskopie 200, 204 ff., 679 Kernreaktionen 595, 607 ff. Kernreaktionsgleichung 596, 607 Kernreaktor 611 f., 679 – natürlicher 613 Kernseife 568 Kernspaltung 596, 598, 610 ff., 679 Kernspin 204 ff., 679 Kernumwandlung 596, 600, 607 ff., 679 Kerosin 503 Kesselstein 465 Ketazin 527 Ketimin 527 Ketocarbonsäure 535 Keto-Enol-Tautomerie 529, 536 Ketohexose 564 Keton 525 ff., 679 Ketonhydrazon 527 Ketonspaltung 536 Ketose 563 f., 679 Ketoxim 527 Kettenabbruchreaktion 264, 508, 550 f. Kettenfortpflanzungsreaktion 263, 508, 550 f. Kettenreaktion 263, 507, 679 Kettenrückschritt 264 Kettensilicat 438 Kettenstartreaktion 263, 508, 550 f. Kettenstruktur 185, 187 Kevlar 555 Kieselgel (Silicagel) 227, 437 f. Kieselgur 437 Kieselsäuren 437, 449 Kieserit 397 Kilopascal 154 Kinetik 251 ff., 589 kinetische Energie 60 – eines Elektrons 83, 118 – der Teilchen in einer Flüssigkeit 176 – der Teilchen in einem Gas 161, 163, 164 kinetische Gastheorie 160 f., 679 kinetische Kontrolle 510 kinetische Racematspaltung 549 kinetische Stabilität 327, 484, 679 kleinster Zwang 214, 278 f., 337, 685 Klonen 584 Klopffestigkeit 469, 503 Knallgas 371, 679 Knopfzelle 362 Knotenfläche 84 f., 86 ff., 139 f., 144, 679 Knotenlinie 84 Knotenpunkt 83 Knowles, William 549 Kobalt 471 ff. Kochsalz 42, s. Natriumchlorid Koeffizient in einer Reaktionsgleichung 50, 64, 155, 238, 679 Kofaktor 589 f., 672 Kohäsion 176 Kohle 397, 400, 418 f., 432, 613 Kohlehydrierung 371, 679

701

Sachverzeichnis Kohlendioxid 436 – Bildung 234 f., 243, 276 f., 368, 393, 436 f., 453 f., 464, 504, 532, 535 – Bindungsenthalpie 64, 66 – Bindungsverhältnisse 119, 436 – Dampfdruck 167, 181 – Entfernung aus Gasen 368, 412 – Kompressibilität 165 – kritische Daten 167 – in der Luft 392, 418 ff., 436 f., 602 – Molekülstruktur 42, 133, 436 – bei der Photosynthese 418, 436, 567, 616 – Reaktion mit –– Ammoniak 538 –– Grignard-Verbindungen 530 –– Kaliumcarbonat 412 –– Kalk 465 –– Kohlenstoff 436 –– Wasser 243, 305, 437 –– Wasserstoff 275, 279, 503 – thermodynamische Daten 333, 334, 639 – Verflüssigung 167 – Zustandsdiagramm 181 Kohlenhydrate 563 ff., 679 Kohlenmonoxid 436, 628 – in Abgasen 267 f., 419 – Bestimmung 53 – Bildung 393, 419, 436, 530 – Bildungsenthalpie 65, 66 – Bindungsverhältnisse 124, 141, 436 – Dipolmoment 173 – in der Luft 392, 419, 421 – Molekülstruktur 42, 124 – Reaktion mit –– Ammoniak 538 –– Chlor 275, 436, 532 –– Natriumhydroxid 530 –– Nickel 289, 436, 457 –– Wasserdampf 275, 279, 368, 412 –– Wasserstoff 267, 371, 503, 521, 523 – als Reduktionsmittel 436, 453 f. – Schmelz- und Siedepunkt 173 – thermodynamische Daten 333, 334, 639 – Toxizität 436, 484, 633 – Zerfall 436 Kohlenoxid-Konvertierung 368, 679 Kohlenoxidsulfid 436 Kohlensäure 234, 242, 437 – Dissoziation 305 – KS-Wert 306, 637 Kohlensäurediamid (Harnstoff) 410, 425, 538 Kohlensäuredichlorid (Phosgen) 133, 275, 290, 532 Kohlensäuremonoamid 538 Kohlenstoff 327, 427 ff., 430 ff. – absolute Entropie 334 – Elektronenaffinität 106 – Häufigkeit 23, 432 – Isotop 13C 204 f. – Isotop 14C 602 f., 616 – Kovalenz- und van-der-WaalsRadius 102

702

– Reaktion mit –– Sauerstoff 65, 393, 436 –– Schwefelsäure 402 –– Wasserdampf 369 – als Reduktionsmittel 410, 434, 453 ff. -Fasern 433 -Nanoröhren 197, 431 ff. Kohlenstoffdisulfid (Schwefelkohlenstoff) 440 Kohlenwasserstoff 367, 432, 497 ff., 562 f., 679 – in der Atmosphäre 420 f., 562 – Verbrennung 51, 394, 504, 507 Kokereigas 398, 433 Koks 369, 431, 432, 453 f., 507 Kolbe-Schmitt-Synthese 534 Kollisionen in einem Gas 160 f., 163, 259 f. Kollisionstheorie 259 f. kolloide Lösung 227, 679 Kolonne 224 f. kompetitive Hemmung 589 Komplex-Bildungskonstante 323, 679 komplexes Protein 589 Komplexladung 321, 480 Komplexligand 321 ff., 480 ff., 484 ff. Komplex-Verbindung 321, 480 ff., 679 Komplex-Zerfallskonstante 322, 484, 679 – Tabelle 638 Kompositmaterial 196 Kompressibilitätsfaktor 165 f., 679 Komproportionierung 240, 679 Kondensation 177, 526 Kondensationsenthalpie 179, 679 kondensiertes Ringsystem 500, 507, 679 Konfiguration 415, 545 ff., 679 Konformation 500, 545, 679 Konformationsisomere (Konformere) 500, 545 f., 679 Königswasser 418 Konjugations-Effekt 512 f. konjugierte Doppelbindungen 145, 505, 572, 679 konjugiertes Dien 505, 509, 510, 553 konjugiertes Säure-Base-Paar 283 f., 298, 303, 679 konstante Proportionen, Gesetz der 24, 33, 676 Konstante, kritische 167 Konstitution 415, 545, 679 Konstitutionsformel 42, 502, 688 Konstitutionsisomere 486, 498, 545, 679 – Alkane 499 f. – Alkene 504 – Alkine 505 – Benzolderivate 506 – Cycloalkane 502 – Ether 524 – Halogenalkane 509 – Komplexe 486 Kontakt-Verfahren 401, 679 Kontinuierliches Spektrum 74 Kontrollstab 611 f., 680 Konverter 458

Konzentration 54 f., 210 f., 215 ff., 680 – und chemisches Gleichgewicht 272 f., 278, 299, 335 – bei Fällungsreaktionen 317 ff. – bei Komplexbildungsreaktionen 322 – und Reaktionsgeschwindigkeit 252 ff., 261 ff. – und Reduktionspotenzial 354 ff. – bei Säure-Base-Reaktionen 295 ff., 302 f., 304 ff. – bei Titrationen 309 ff., 358 Konzentrationsänderung, zeitliche 252 ff. Konzentrationskette 357, 680 konzentrierte Lösung 55, 210, 299 konzentrierte Reagenzien (Tabelle) 55 Koordinaten, Atom- 202 f. Koordinationsisomerie 486, 680 Koordinationspolyeder 480 ff., 680 Koordinationssphäre 480 Koordinationszahl 107, 113, 189, 191 ff., 480 ff., 680 koordinative Bindung 487 Kopplungskonstante (NMR) 205 Kornberg-Enzym 581 korrespondierendes Säure-Base-Paar 283 f., 298, 302 f., 680 Korrosion 359 f., 466 Korrosionsschutz 359, 469, 471 korrosiv, Gefahrenpiktogramm 622 Korund 466 kosmische Strahlung 604 kovalente Bindung 100, 117 ff., 130 f., 184 f., 380, 680 – in Komplexen 490 f. Kovalenzradius 101 f., 113, 680 – Chalkogene 102, 391 – Elemente der 1. Hauptgruppe 113 – Elemente der 4. Hauptgruppe 102, 428 – Elemente der 5. Hauptgruppe 102, 407 – Halogene 102, 113, 374 – Hauptgruppenelemente 102 Kraft 60, vord. Einband Kraftfeldmikroskopie 200 krebserzeugende Stoffe 622 ff., 628 f. Krebsrisiko durch Radioaktivität 604 Krebstherapie 471, 615 f. Kristall 42, 107, 179, 184 ff., 680 – Auflösung 212 f. Kristallfeld-Theorie 488 ff., 680 Kristallgitter 185, 680 Kristallhydrat 212 Kristallisation 27, 179, 680 Kristallisationsenthalpie 179, 687 Kristallisationskeim 179, 196, 211 Kristallographie 183 Kristallstruktur 185 ff., 680 – Bestimmung 199 ff. – Dokumentation (Datenbanken) 203 – Ionenkristalle 191 ff. – Metalle 188 ff. Kristallstrukturtyp 188, 191 ff., 680 Kristallsystem 188, 680 Kristallwasser 212

kritische Konstanten 167 kritische Masse 610, 680 kritische Temperatur 167, 177, 182, 680 kritischer Druck 167, 177, 182, 680 kritischer Punkt 182 Kroll-Verfahren 454, 680 Kronenether 557, 680 Kronenform (Schwefel) 396 Krönig, August 160 Kryolith 376, 385, 455 Kryoskopie 221 Kryptand 557, 680 Krypton 387 ff., 392 – Wärmeleitfähigkeit 165 -difluorid 388 -monofluorid 389 KS-Wert 295 ff. – Tabellen 300, 530, 637 kubisch 188 kubisch-dichteste Kugelpackung 190 kubisch-flächenzentriert 189 f., 192 kubisch-innenzentriert 189 kubisch-innenzentrierte Kugelpackung 189, 680 kubisch-primitiv 187, 189 Kugelpackung 190 f. Kühlmittel 389, 421, 425 kumulierte Doppelbindungen 505, 680 künstlich hergestellte Elemente 607 ff. Kunststoffe 550 ff., 554 f. Kupfer 371, 471 ff., 561 – elektrolytische Abscheidung 343 ff., 358, 456, 458 – Gewinnung 452, 456 – Normalpotenziale 350, 352, 636 – Reaktion mit –– Salpetersäure 417 –– Schwefelsäure 402 – Vorkommen 449 -Beryllium-Legierung 465 -(I)-bromid 193, 381 -carbonat 451 -carbonathydroxid (Malachit, Azurit) 449 -(I)-chlorid 193, 381 -(II)-chlorid 343, 475 -erze 449 -halogenide 381, 475 -(I)-iodid 193, 381, 475 -kies 397 f., 452 -Komplexe 482 -konzentrat 452 -oxid 394, 449, 451, 475 -salze, Löslichkeit 234 -stein 452 -sulfat 343 f., 346 f., 402, 458, 561 -(I)-sulfid 449, 452, 475 Kupplungsreaktion 541

L labiler Komplex 484, 680 Lachgas 415 Lackmus 282, 301, 574 Lactat 533 Lactid 534

Sachverzeichnis Lacton 534 Lactose 534, 565 Ladung 33 f., 342 ff. – Atomkern 36 ff., 79, 102 – Elektron 34 f. – Ionen 37, 107 f., 110 ff., 124, 236, 342 – Komplexe 321, 480 – Proton 35 Ladungsdichte 83 ff., 87, 141 f., 680 Ladungsverteilung 84 f., 86 f., 120, 146 Laevo-Form 487 Lagerung von Gefahrstoffen 627 Lambda-Sonde 268 LaMer-Prozess 211 Länge 28, vord. Einband Länge einer Bindung 101 f., 498 f., 504, 505, 672 langsame Neutronen 608, 680 Lanthan 472, 476 f. -carbonatfluorid 449 -chlorid 454, 477 -Nickel-5 362, 370, 471 -oxid 471, 476 -phosphat 449 Lanthanoide 79, 97, 475 ff., 680 – Carbonate 477 – Carbonatfluoride 449 – Fluoride 381, 477 – Halogenide 381, 477 – Hydride 477 – Hydroxide 477 – Nitride 477 – Oxalate 477 – Oxide 471, 477 – Phosphate 449 – Sulfide 477 – Verwendung 471, 477 – Vorkommen 449 Lanthanoidenkontraktion 473 ff., 680 Laser 389 Latenzzeit bei Vergiftungen 633, 680 Laugung 451, 680 Laurinsäure 568 Läuterungsmittel 426 Lavoisier, Antoine 22 Lawrencium 609 LC50-Wert 622, 632 LD50-Wert 622, 632 Le Chatelier, Henri 214, 278 Le Chatelier-Prinzip 214, 278 ff., 685 lebende Polymere 551 lebenswichtige Stoffe 561, 571, 631 Lecksuche 615 Leclanché-Element 361 Leerstelle 194, 312, 680 Legaldefinition 620, 627 Legierung 210, 458 Lehn, Jean-Marie 556 f. leicht entzündbar, Gefahrenpiktogramm und Legaldefinition 623 Leinöl 568 f. Leistung vord. Einband Leit-RNA 587 Leitfähigkeit 145, 149 ff., 341, 447 f., 480 Leitungsband (Leitfähigkeitsband) 145 f., 149, 680

Lenz-Regel 91 letale Dosis (LC50, LD50) 622, 632, 680 Letternmetall 426 Leuchtdiode 555 Leuchtstoff 389, 467, 471, 477 Leucin 575 f. Leukipp 20 Lewis, Gilbert N. 118, 288 Lewis-Base 288 ff., 321, 480, 517 f., 681 Lewis-Formel 118 f., 124, 681 Lewis-Säure 288 ff., 321, 480, 681 – Substanzen 381, 415, 442, 467, 469 Licht 73 ff., 264, 507 Lichtabsorption 493, 572 Lichtgeschwindigkeit 73, vord. Einband Lichtquant 72, 76, 264, 507, 684 Lichtstärke 28, vord. Einband Liebig, Justus von 425 Ligand 321, 480 ff., 485, 681 Ligandenfeld 488 ff. – Parameter Δ 489 ff. -Theorie 490 ff., 681 Ligase 583, 588 Ligroin 503 Limonen 562 Linde, Carl von 391 Linde-Verfahren 167, 392 Linearbeschleuniger 607 f., 681 linearer Komplex 481 f. lineares Molekül 131, 134 f. Linearkombination (Orbitale) 137 f., 489 Linienspektrum 74 Linolensäure 568 Linolsäure 568 Linz-Donauwitz-Verfahren 458 Lipase 549 Lipid 567, 681 lipophil 569 f. liquidus 51 Liter 29, vord. Einband Lithium 393, 449, 459 ff., 561, 613 – Bindung in 148 f. – Gewinnung 455 – Ionenradius 112, 459 -acetylid (-carbid) 461 -aluminiumsilicat 449 -amid 461 -antimonid 461 -arsenid 461 -bromid 193, 461 -carbonat 214, 460 -chlorid 449, 455, 461 -cobaltoxid 362, 471 -eisenphosphat 362 -fluorid 193, 381, 460 f. -hexafluoridophosphat 363 -hydrid 370, 372, 444, 461 -hydroxid 460 f. -iodid 193, 461 -Ionenbatterie 362 f. -Mangandioxid-Zelle 362 -Molekül (Li2, Li3, Li4) 148 -nitrat 460, 461 -nitrid 411, 461 -organische Verbindungen 519

-oxid 193, 393, 460 f. -phosphat 460 -phosphid 411, 461 -salze, Löslichkeit 234 -selenid 461 -sulfid 461 -tellurid 461 -tetrahydridoaluminat 372, 444 -tetrahydridoborat 444 -titanat 363 Livermorium 390 Lockstoffe 569 Lokalelement 360, 681 London, Fritz 173 London-Kraft (Dispersionskraft) 173 f., 184, 187, 211, 388, 557, 681 Löschkalk 243, 464 Loschmidt-Zahl 43 Lösemittel (Lösungsmittel) 55, 210 f., 290, 503 Löslichkeit 175, 210, 616 – Ionenverbindungen 234, 315 f. – Temperatur- und Druckabhängigkeit 214 Löslichkeitsprodukt 315 ff., 681 – Erdalkalimetallsalze 464 – Tabelle 638 Lösung 24, 27, 55, 209 ff., 232, 681 – Dampfdruck 218 ff. – Gefrierpunkt 219 f. – gesättigte 210, 214, 317 – ideale 218, 335, 677 – Konzentration 54 f., 210, 215 ff. – osmotischer Druck 222 f. – Reaktionen in 233 ff. – von Salzen 234 f. – von Säuren und Basen 233, 240 ff., 282 ff., 290 f., 295 ff. – Siedepunkt 219 f. – Trennung 27 – ungesättigte 211, 317 – Volumen 54 f., 216 ff. Lösungsenthalpie 213, 681 Lösungsmittel 55, 210 f., 290, 503 lösungsmittelbezogene Basen und Säuren 290 f., 681 Lötmetall 426, 469 Lotus-Effekt 196 f. Low-Spin-Komplex 493 f., 681 Lowry, Thomas 283 Luft 387, 392, 409 f., 418 ff. – Grenzwerte für Schadstoffe 628 f. – Verflüssigung 167, 392, 410 – Verschmutzung 418 ff. – Wärmeleitfähigkeit 165 LUMO 143, 510, 572, 681 Lutetium 476 f. Lyase 588 Lyman-Serie 76 Lysin 577

M magische Zahlen 595 Magnesium 449, 462 ff., 561 – Gewinnung 451, 455 – Häufigkeit 23 – Ionenradius 113, 462 – Ionisierungsenergie 105, 110, 462

– als Reduktionsmittel 370, 454 – Verbrennung 393, 463 -borid 150, 442 -bromid 463 -carbonat 449, 464 -chlorid 109 f., 377, 449, 451, 454, 463 -fluorid 193, 197, 463 -hydrid 370 f., 463 -hydroxid 318, 324, 451, 464 -iodid 463 -nitrid 411, 463 -organische Verbindungen 519, 527, 530 -oxalat 464 -oxid 110, 193, 242, 393, 463 f. -perchlorat 465 -phosphid 411, 463 -salze, Löslichkeit 234 -silicid 435 -sulfat 464 -sulfid 463 magnetische Induktion 91, vord. Einband magnetische Messung 91 magnetische Werkstoffe 471, 477 Magnetit 186, 451 Magnetquantenzahl 86 f., 681 Makromolekül 549, 681 Makromolekulare Chemie 23, 549 ff. makroporös 360 MAK-Wert 628 Malachit 432 Maleinsäure 531 Maleinsäureanhydrid 510, 531 Malonsäure 530 Maltase 567 Maltose (Malzzucker) 534, 565 f. Mangan 449, 454, 456, 458, 471 ff., 561 – Häufigkeit 23 -dioxid 193, 265, 362, 377, 392, 395, 449, 471 -halogenide 475 -hydroxid 475 -nitrid 475 -(II,IV)-oxid 454, 475 -salze, Löslichkeit 234 -sulfid 475 Manometer 154 f., 681 Mariotte, Edmé 156 Markierung, radioaktive 616 Markovnikov-Regel 508, 681 Marmor 432 Marsh-Probe 413 Masse 23, 28, 33, 38, 44, 681, vord. Einband – Elektron 34 f., vord. Einband – Neutron 35, vord. Einband – Proton 35, vord. Einband – umgesetzte 52 Maßeinheiten 28, 44, 341, 604, vord. Einband Massenanteil 45, 215, 681 Massendefekt 39, 609, 681 Massenkonzentration 217, 681 Massenprozent 45, 215, 681 Massenspektrometer 38 f., 681 Massenspektrometrie 200

703

Sachverzeichnis Massenwirkungsgesetz 272 ff., 299, 335 f., 681 – bei Fällungsreaktionen 317 ff. – bei Komplexbildungsreaktionen 321 ff. – bei Säure-Base-Reaktionen 295 ff. Massenzahl 37, 596, 681 Materie 23 f., 681 Matrizen-Ribonucleinsäure (mRNA) 581 f., 681 maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK) 628 maximale Multiplizität 90 Maxwell, James C. 160, 163 Maxwell-Boltzmann-Geschwindigkeitsverteilung 164, 176, 681 Mayer, Julius Robert 22, 327 McLeod-Manometer 168 mechanische Energie (Arbeit) 60 mechanische Festigkeit 184 f. Mechanismus einer Reaktion 251, 262 ff., 507 ff., 511, 526, 616 medizinische Anwendung von Radionucliden 615 Meerwasser 376, 432, 437, 449 mehratomiges Ion 42, 107, 114, 236, 682 mehratomiges Molekül, Bindungen in 141 f. Mehrfachbindung 118, 133 f., 138, 141 mehrprotonige Säure 242, 304 ff., 682 – Ks-Werte 306, 637 mehrstufige Reaktion 64 f., 262 ff., 273 mehrwertiger Alkohol 521 f. mehrzähniger Ligand 483 f., 682 Mehrzentrenbindung 142, 146 f., 442, 444, 519, 682 Meitner, Lise 610 f. Membran, semipermeable 221 Membran-Verfahren 376 f. Mendelejew, Dmitri 77 Mennige 468 Menthol 562 Mercaptan 523 Mesitylen 507 mesomere Grenzformel 125 ff., 142 f., 506 mesomerer Effekt 512 f., 682 Mesomerie 125 f., 682 mesoporöses Material 195 f., 228, 360 f., 682 mesoskopische Struktur 195 Messenger 569 Messenger-Ribonucleinsäure (mRNA) 581 f., 681 Messfehler 30 Messing 210 Messkolben 55 Messnormal 28 Metaborsäure 443 Metall 80 f., 100, 104, 121, 341, 407, 447 ff. – Dichte 447 f., 459, 462 – elektrische Leitfähigkeit 149 ff., 341, 448 –– Tabelle 448 – Gewinnung 450 ff. – der 1. Hauptgruppe 459 f.

704

– der 2. Hauptgruppe 462 f. – der 3. Hauptgruppe 440 f., 465 f. – der 4. Hauptgruppe 468 f. – Kristallstrukturen 188 ff. – Oxidation 351 ff. – physikalische Eigenschaften 447 ff. – Raffination 450, 457 ff. – Reaktion mit –– Halogenen 378, 461, 463, 466, 468, 475 –– Sauerstoff 393 f., 475 –– Säuren 351, 370 –– Wasser 370 f. – Reduktionspotenzial 349 f., 355 – Schmelzpunkte 407, 428, 441, 447, 459, 462 – Übergangs- 80, 93, 97, 103, 447 f., 470 ff., 682 – Vorkommen 449 -carbid 435, 454 -carbonat 449 -carbonyl 436 -erz 449 -halogenid 380 f., 454, 475 -hydrid 370 -hydroxid 241 f., 323 -nitrid 411, 475 -oxid 242 f., 380, 439, 449, 475 -sulfid 398, 449, 452, 475 Metallatom-Radius 102, 189, 447 – Alkalimetalle 459 – Erdalkalimetalle 462 – Lanthanoide 476 – Übergangsmetalle 473 Metalle, Wiederaufbereitung 450, 458 metallische Bindung 100, 148 ff., 185 f. metallischer Glanz 149 metallischer Kristall 185, 188 ff. metallischer Leiter 149, 341 Metallkalk 21 Metallkunde 450 Metalloid 81 metallorganische Chemie 23, 519 ff. Metallurgie 450 ff., 682 Metaphosphorsäure 423 metastabil 181, 327, 484 meta-Stellung 506 Metathese-Reaktion 232 ff., 682 Meter vord. Einband Methan 205, 267, 435, 440, 498 f. – Bildungsenthalpie 65 f. – Diamant-Herstellung aus 433 – Dipolmoment 172 – Hydrat 175 – Kompressibilität 165 – kritische Daten 167 – in der Luft 392, 420 – Molekülstruktur 42, 132, 135 f., 498 f. – Reaktion mit Wasserdampf 368, 412 – Substitutionsreaktionen 507 f. – thermodynamische Daten 333, 334, 639 – Verbrennung 394 – Verbrennungswärme 329 – Vorkommen 392, 420, 502

Methanal (Formaldehyd) 133, 205, 421, 526, 551, 631 Methandiol 526 Methanid 435 Methanogenese 504 Methanol (Methylalkohol) 205, 211, 334, 368, 517, 521 f. – Bildung 262, 267, 371, 517, 521 – Giftigkeit 521, 631 – Löslichkeit in Wasser 175, 211, 521 – Reaktion mit HBr 263 Methanolat (Methoxid) 521 Methansäure (Ameisensäure) 530 f. – KS-Wert 300, 530, 637 Methionin 577 Methoxybenzol 540 N-Methylacetamid 538 a-Methylacrylsäuremethylester 554 Methylamin 536 f. – KB-Wert 300, 537, 637 Methylammoniumchlorid 537 Methylbenzol (Toluol) 506, 512, 529, 629 Methylbromid (Brommethan) 262, 517 Methylbutadien (Isopren) 553, 562 Methylbutan (i-Pentan) 499 3-Methylbutanal 525 2-Methyl-2-butanol 509, 521 3-Methyl-2-butanol 509, 521 3-Methylbutansäure 529 2-Methyl-1-buten 509 2-Methyl-2-buten 504 Methylcarbenium-Ion 540 Methylchlorid (Chlormethan) 421, 508 Methylchloroform 516 3-Methylcyclohexen 504 Methyldiazonium-Ion 540 Methylenblau 574 Methylenchlorid (Dichlormethan) 508, 516, 545 Methylendiphosphonat 615 Methylen-Gruppe 498 5-Methyl-3-hexanon 525 Methyl-Kation 509, 511 Methylmagnesiumhalogenid 519 Methylorange 300 f., 311 ff., 574 Methylphenylketon 532 Methylpropan 498 2-Methyl-2-propanol (t-Butanol) 262, 517, 522 Methylpropen 518 1-Methylpropyl-Rest 499 2-Methylpropyl-Rest 499 Methyl-Radikal 507 Methyl-Rest 499 Methylrot 301 Mevalonsäure 563 Meyer, Lothar 77 Michaelis-Menten-Kurve 589 Miescher, Friedrich 579 Mikrofilter 27 Mikroribonucleinsäure (miRNA) 583 Mikrosilica 434 Mikrowellen 74 Mikrowellen-Spektroskopie 200 Milchsäure 529, 534, 545, 548 Milchsäurelactid 534, 555 Milchzucker 565

Miller-Indices 202, 682 Millibar 154 Millikan, Robert 34 Mineralien (Bilder) 186 Mineralwasser 449 Minute 29, vord. Einband miRNA 581, 583 Mischbarkeit 210 Mischen von Orbitalen 136 Mitochondrien 590 f., 682 mittelstarke Säure 235, 300 Mittelwert 30 – bei Atommassen 39 mittlere Bindungsenergie 68, 673 – Tabelle 69, 640 mittlere freie Weglänge 164, 176, 682 mittlere Geschwindigkeit (Gasmoleküle) 163 mittlere kinetische Energie 163 mittlerer Atmosphärendruck 154, 178 Mizelle 196, 228, 569, 682 mobile Phase 27 Moderator 608, 611, 682 Modifikation 190, 396, 408, 430 f., 437, 682 Mol 28, 44 f., 682, vord. Einband molale Gefrierierpunktserniedrigung 220 molale Siedepunktserhöhung 220 Molalität 216, 682 molare Äquivalentmasse 247, 344 molare Formelmasse 44 molare Kondensationsenthalpie 179 molare Kristallisationsenthalpie 179 molare Masse (Molmasse) 44, 682 – Bestimmung 158, 165, 221, 222 molare Schmelzenthalpie 179 molare Sublimationsenthalpie 181 molare Verdampfungsenthalpie 177, 178 molares Volumen (Molvolumen) eines Gases 155, vord. Einband Molarität 54, 216, 682 Molekül 41, 117, 682 molekulare Erkennung 556, 682 molekulare Genetik 581, 682 molekulare Passgenauigkeit 556 f., 682 Molekularformel 41, 43, 47, 682 Molekulargewicht 44 Molekularsieb 439 Molekularvolumen 165 Molekülgeschwindigkeit in Gasen 160 ff., 163 ff., 259 Molekülion 42, 107, 682 Molekülkristall 184, 187, 214 Molekülmasse 44, 682 – Bestimmung 200 – relative 42, 44 Molekülorbitale 137 ff., 147, 490 f., 682 – Benzol 143 f. – Butadien 143 – delokalisierte 142 ff., 147 ff., 430 – -Diagramm (MO-Diagramm) 138 ff., 142 f., 491 ff. –– zweiatomige Moleküle 138, 140 ff. – Nitrit 142 f. – O2, O2–, O2– 140, 394 2

Sachverzeichnis – oktaedrische Komplexe 490 ff. – Polyacetylen 145, 553 Molekülstruktur 130 ff., 545 – Bestimmung 199 f. Molekülsymmetrie 187 – Bestimmung 200 f. Molekülverbindungen, Nomenklatur 127 Molenbruch 162, 215 Molmasse s. molare Masse Molvolumen eines Gases 155, 682, vord. Einband Molybdän 371, 455, 471 ff., 474, 561 -carbid 435 -disulfid 449, 471 -trioxid 455 Molybdat 473 Mond-Verfahren 457, 682 monochromatisch 73 Monokieselsäure 437 monoklin 188 Monomeres 550 ff., 554 f., 682 Monosaccharid 563 f., 682 Monosilicat 437 f. Morphin 571, 631 Mörtel 243, 464 Moscovium 406 Moseley, Henry G.J. 79 Moseley-Gesetz 79, 682 mRNA 581 f., 681 Mulliken, R.S. 121 Mullis, Kary 584 multiple Proportionen, Gesetz der 33 Multiplett (NMR) 206 Multiplikationsfaktor (Kernspaltung) 610 Multiplizität 90 Münzmetalle 474 Muskovit 438 mutagene Stoffe 622, 628 f. Mutation 583, 682 Mütter, Beschäftigungsbeschränkungen 629 Myristinsäure 568

N NAD+ 590 NADH 590 NADP+ 590 NADPH 563, 590 Nanodraht 196 Nanofilter 26 f., 222 Nanohohlkugel 228 Nanokugel 228 Nanoplatte 196 Nanoröhre 196, 431, 433, 682 Nanostab 196 Nanostrukturen 196 f., 682 – Herstellung 196 f., 211, 228, 360, 433 Nanoteilchen 196 Nanowaage 22 Naphthalin 220, 507 1-Naphthol 522 Narkosemittel 389, 415 naszierender Wasserstoff 371, 682 Natrid 557

Natrium 459 f., 561 – Häufigkeit 23 – Herstellung 342, 455 – Ionenradius 113, 459 – Ionisierungsenergie 103 ff., 109 – Isotop 24Na 615 – Kristallstruktur 189 – Reaktion mit –– Ammoniak 460, 461 –– Halogenalkanen 519 –– Sauerstoff 393, 461 –– Wasser 370, 461 – als Reduktionsmittel 454 – thermodynamische Daten 334 – Vorkommen 449 -acetat 299, 302 -acetylid (-carbid) 461 -amid 412, 461, 505 -antimonid 461 -arsenid 413, 461 -azid 159 f., 410, 413 -borat 462 -borhydrid (-tetrahydridoborat) 372, 528 -bromid 193, 379, 461 -carbonat 243, 437, 439, 461, 568 -chlorat 384 -chlorid 42, 107, 225, 449, 461 – Elektrolyse 342 ff., 369, 376 f., 384, 455, 461 – Gitterenergie 108 f. – Kristallstruktur 42 f., 107, 191 f. – Reaktion mit Schwefelsäure 379 – thermodynamische Daten 333, 334 – -Typ 192 f. -chromat 629 -cyanid 308, 451 -cyclopentadienid 520 -dihydrogenphosphat 242, 309, 422 -ethanolat (-ethoxid, -ethylat) 521, 535 -fluorid 193, 385, 461, 631 -formiat 530 -hexafluoridoaluminat 385, 455 -hexahydroxidoantimonat 425, 460 -hydrid 370, 461 -hydrogencarbonat 437, 461 -hydrogenphosphat 242, 309 -hydrogensulfat 242, 379 -hydrogensulfit 400 -hydroperoxid 395 -hydroxid 343, 369, 376 f., 461 -hypochlorit 384 -iodid 193, 379, 461 -Kryptand-Komplex 557 -nitrat 392, 410, 417 f., 460 -nitrit 392, 418, 460 -oxid 110, 192 -peroxid 392, 395, 461 -phenolat 534 -phosphat 242, 422 -phosphid 411, 461 -polyphosphat 423 -salicylat 534 -salze, Löslichkeit 234, 460 -selenid 461 -silicat 438, 462 -sulfat 214, 343, 462 -sulfid 461

-sulfit 400 -tellurid 461 -tetrahydridoaluminat 372, 467 -tetrahydridoborat 372, 528 -thiosulfat 403 -triphosphat 423 Natronlauge 243, 309 ff., 376 f. Natta, Giulio 551 natürliche radioaktive Elemente 604, 605 natürliche Strahlungsexposition 604 Naturstoffe 561 ff. nautische Meile vord. Einband Nebelkammer 599, 682 Nebengruppe 80, 93, 470, 682 Nebengruppenelement 80, 93, 97, 103, 112, 447 f., 470 f., 481 ff., 682, s. auch Übergangsmetalle Nebenquantenzahl 85 f., 682 negative Abweichung (RaoultGesetz) 218, 225 Nekrose 632 nematisch 195 f., 682 Neodym 471, 476 f. -oxid 471, 477 Neon 387 ff., 392 Neopentan 499 Neptunium 609, 611 Nernst, Walther 333, 354 Nernst-Gleichung 354 ff., 682 Netto-Ionengleichung 233 f., 683 Neurotransmitter 571 neutrale Lösung 294 Neutralisation 233, 241, 283, 291, 309 f., 683 Neutrino 598, 683 Neutron 35 ff., 595 f., 604, 608 f., 610, 683 – langsames (thermisches) 608, 680 Neutronen-Aktivierungsanalyse 616 Neutronenbeugung 200, 204 Neutronen-Einfang 608, 616, 683 Newlands, John A.R. 77 Newman-Projektion 500, 683 Newton 60, vord. Einband Newton, Isaac 32 n-Halbleiter 151 nichtbindendes Elektronenpaar 118 f., 130 ff., 172 f., 174 f., 288 f., 480, 512, 673 nichtbindendes Orbital 142, 147, 491 nichtdaltonide Verbindung 194 Nichtelektrolyt 225 f. nichtionisches Tensid 524 nichtkompetitive Hemmung 589 Nichtmetall 80, 103 f., 114, 121 f., 391, 393, 407 -hydrid 371 f. -oxid 243 nichtstöchiometrische Verbindung 194 f., 683 Nickel 370 f., 453, 456, 457 ff., 471 ff., 474 f., 561 -Cadmium-Zelle 362 -carbid 435 -fluorid 193 -halogenide 475 -hydroxid 362 -Komplexe 482

-Metallhydrid-Zelle 362 -oxid 193, 475 -salze, lösliche 234, 629 -sulfid 193, 449, 475 -tetracarbonyl 289, 436, 457, 485 Nicotin 571, 631 f. Nicotinamid-adenin-dinucleotid (NAD+) 590 Nicotinamid-adenin-dinucleotidphosphat (NADP+) 590 Nicotinsäureamid 571, 590 Niederschlag 233 f. Niggli-Formel 192 Nihonium 465 Niob 150 f., 454, 471 f., 474 -carbid 435 -Germanium (Nb3Ge) 150 -Zinn (Nb3Sn) 150, 471 Nitrat 134, 392, 409, 417 f. – Löslichkeit 234, 466 Nitrid 407, 411, 425 – Ionenradius 113, 407 Nitrierung 512 Nitril 531, 537 f., 683 Nitrit 134, 142, 416, 494 Nitrito-Ligand 485 f., 494 Nitrobenzol 512 f., 537 Nitroglycerin 425, 522 Nitro-Gruppe 512 f. Nitro-Ligand 485 Nitrophenol 523 Nitrophosphat 423 Nitrosylchlorid 261, 265, 274, 290, 418 Nitrosylfluorid 126, 258, 262 Nitrosyl-Ion 290, 416, 540 Nitrylfluorid 126 Nitryl-Ion 417, 511 nivellierender Effekt 284, 683 NMR-Spektroskopie 199, 204 ff., 683 Nobelium 609 Nomenklatur – Alkane 499 f. – Alkene 504 – Alkine 505 – Alkohole 521 f. – Anionen 114, 244 – binäre Molekülverbindungen 127 – Carbonsäuren 529, 533 – Carbonylverbindungen 525 – chirale Moleküle 545 f. – Enzyme 588 f. – heterocyclische Verbindungen 541 f. – Hydroxide 243 – Ionenverbindungen 114, 243 – Kationen 114 – Komplexe 485 – prochirale Moleküle 547 – Saccharide (Zucker) 563 f. – Salze 114, 244 – Säuren 243 f. – schwere Transurane 608 f. Nonan 499 Norbornan 500 Normal-Alkan 498 normaler Gefrierpunkt 179 normaler Siedepunkt 178 normales Salz 242

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Sachverzeichnis Normal-Fallbeschleunigung vord. Einband Normalität 248 Normalpotenzial 349 ff., 683 – Alkalimetalle 459 – Chalkogene 391, 402 – Elemente der 3. Hauptgruppe 441 – Erdalkalimetalle 462 – Halogene 374 f., 382 f. – Lanthanoide 476 – Nitrat-Ion 418 – Oxohalogensäuren 383 – Tabelle 350, 636 – Übergangsmetalle 474 Norm-Atmosphärendruck 63, 154 Normbedingungen 155, 683 Normdruck 63, 65, 154 Normen zu Konzentrationsangaben 215 ff. Norm-Wasserstoffelektrode 348 f., 683 Nuclease 586 Nucleinsäuren 579 ff., 683 nucleofuge Gruppe 517 Nucleon 37, 594, 683 nucleophil 262, 289 Nucleophil, nucleophile Gruppe 517 ff. nucleophile Substitutionsreaktion 262, 517 ff., 683 nucleophile Verdrängungsreaktion 289, 683 Nucleophilie 518 ff., 683 Nucleosid 579, 683 Nucleotid 579, 683 Nuclid 594, 683 Nummerierung der Gruppen im Periodensystem 80, 470 Nutsche 26 Nyholm, R.S. 130 Nylon 555

O Oberfläche eines Katalysators 266 Oberflächenspannung 176, 228, 683 Octadecadiensäure (Linolsäure) 568 Octadecansäure (Stearinsäure) 568 Octadecatriensäure (Linolensäure) 568 Octadecensäure (Ölsäure) 568 Octan 218, 499 Oganesson 388, 609 Ohm 341, vord. Einband Oklo, Naturkernreaktor 613 Oktaeder 133, 135, 482 Oktaederlücke 190, 683 oktaedrischer Komplex 481 ff., 487 ff. Oktavengesetz 77 Oktettregel 118 f., 683 – Abweichung 124, 130, 146, 378 Öle 503, 567 f., 675 OLED (organische Leuchtdiode) 555 Olefin 504, 668 Olefin-Metathese 505 Ölfarben 568 Oligodesoxyribonucleotid 586 Oligopeptid 575, 683

706

Oligosaccharid 563, 566, 683 Olivin 194, 438 Ölsäure 568 f. Onyx 437 Operon 581 Opferanode 360 optische Aktivität 487, 545 optische Antipoden 487, 545 optische Isomere 486, 545, 674 Orbital 84 ff., 117, 135 ff., 147, 683 – bindendes, antibindendes 138 – d 85, 87 f., 91, 92 ff., 136, 488 ff. – delokalisiertes 142 ff., 147 ff., 430 – dsp2, dsp3, d2sp3 136 f. – e 490 – eg 488 ff. – f 85, 91, 93 ff., 97 – p 85 ff., 90, 92, 135 f., 139 f., 141 – p 139 ff. – s 85 ff., 92 f., 135 f., 138 – sp 136 – sp2, sp3 135 – s 138 ff. – t2 490 – t2g 488 ff. Orbitalbesetzung 89 f., 92 ff., 138 ff., 142 ff. Orbitaldiagramm 90 f., s. auch Molekülorbitaldiagramm Orbitalenergie 92, 94, 138 ff., 142 ff. Ordnung 329 f. – einer Reaktion 253 ff., 261 ff. Ordnungszahl 37 f., 78 ff., 595 ff. Organische Chemie 497 ff. Organoaluminium-Verbindungen 519, 552 Organolithium-Verbindung 519 f. Organomagnesium-Verbindungen 519, 527, 530 Organophosphat 423 Organozink-Verbindungen 519, 533 f. Orthokieselsäure 437 Orthoklas 438 Orthoperiodat 382, 385 Orthoperiodsäure 385 Orthophosphorsäure 422 f., s. Phosphorsäure orthorhombisch 188 ortho-Stellung 506 Osmium 449 f., 470 ff. Osmose 221, 683 osmotischer Druck 222 f., 226 österreichische Gesetze und Verordnungen 625, 626, 630 Östradiol 570 Ostwald, Wilhelm 417 Ostwaldsches Verdünnungsgesetz 296 Ostwald-Verfahren 417, 683 Oxalat 483 Oxalessigsäure 535 Oxalsäure 304, 360, 530 f. – KS-Werte 306, 530, 637 Oxid 242 f., 392 ff., 449 – basisches 242 – Ionenradius 113 – saures 243 Oxidation 237 ff., 341 f., 349 ff., 683

Oxidationsmittel 237 ff., 350, 356, 683 – (oxidierende Substanzen) 377, 382 ff., 392 ff., 395, 400, 403, 417 f., 473 Oxidationszahl 235 f., 683 – und Säurestärke 287 – Übergangsmetalle 472 Oxid-Ion 242, 393 – Elektronenkonfiguration 108 Oxidoreduktase 588 Oxidschicht 360 f., 370, 465 Oxim 527 Oxiran 521, 524, 551, 554 3-Oxobutansäure (Acetessigsäure) 535 -ethylester 535 Oxocarbonsäure 535 Oxol 541 Oxolan 541 Oxonium-Ion 240, 283 ff., 294, 683 Oxosäure 243, 287 f., 381 ff. Oxyhämoglobin 484 Ozon 125, 388, 393, 395 – in der Atmosphäre 419 f. Ozonid 393

P Palladium 267, 370, 449, 471 f., 474 f. -chlorid 471 -Komplexe 482, 520 Palmitinsäure 568 -myricylester 567 Pantothensäure 590 f. Papier 566 Paracelsus 631 Paraffin 498 Paraffinwachs 503 paralleler Spin 90 Paramagnetismus 91, 684 para-Stellung 506 Parathion 631 Parkes-Verfahren 457, 684 Partialdruck 161 f., 684 – über Lösungen 214, 218 ff., 224 – im Massenwirkungsgesetz 276 – Umrechnung auf Aktivität 335, 354 Partialladung 121 f., 124, 172 Partielle Oxidation von Alkanen 368 f. partieller Ionencharakter 121 f., 684 Pascal 63, 154, 684 Paschen-Serie 76 Passivierung 475 Pasteur, Louis 548 Pauli, Wolfgang 89, 92 Pauli-Prinzip 89, 118, 137, 148, 670 Pauling, Linus 121 p-Block 92 f. PCR 584 Pearson, Ralph 290 Pearson’s Crystal Data 203 Pedersen, Charles 556 Peierls-Verzerrung 145, 684 Pentacarbonyleisen 436 1,4-Pentadien 505 Pentafluoridoantimonat(2–) 134 Pentafluoridoxenat 388 pentagonale Bipyramide 378

Pentamminaquacobalt(3+) 483 Pentamminchloridocobalt(2+) 483 Pentamminchloridoplatin(IV)-chlorid 481 Pentamminnitritocobalt(III)-chlorid 486 Pentan 499 Pentanatriumtriphosphat 423 2,4-Pentandion 529 Pentandisäure 530 1-Pentanol 520, 522 2-Pentanol 520 5-Pentanolid 534 Pentansäure 530 Pentele 80 2-Penten 504 Pentose 564, 579 Peptid 539 f., 575 f. Peptid-Bindung 539, 575, 684 Peptid-Faltung 576, 583 Peptid-Hormon 570 Perbromat 383, 385 Perbromsäure 381 Perchlorat 146, 284, 383, 385 Perchlorsäure 146, 235, 242, 284, 287, 382, 385 Perhalogenat 381 f., 385, 684 Perhalogensäure 381, 385 Perhydrol 395 pericyclische Reaktion 510, 684 Periodat 383, 385 Periode 79, 91 f., 684 Periodensystem der Elemente 77 ff., 92 ff., 684, Ausklapptafel am Buchende periodische Eigenschaften 103 f. Periodsäure 385 Permanganat 239 f., 377, 400, 473, 530 Perowskit 207 Peroxid 140, 392 ff., 421, 550 Peroxocarbonsäure 524, 536 Peroxodischwefelsäure 403 Peroxodisulfat 394, 403 Peroxo-Gruppe 395, 403 Peroxomonoschwefelsäure 403 Peroxo-Säure 403, 684 Peroxyacetylnitrat (PAN) 421 Perrhenat 473 persistent 625 Perxenat 388 Pestizide 423 Petrolether 503 Petrolkoks 431 Pflanzenöl 568 p-Halbleiter 151 Phase 24 f., 181, 684 Phasenbreite 194 Phasendiagramm 180 f., 684 Phasengrenze 24 Phasenumwandlung 181 f., 190 Phenanthren 507 Phenol 522 f., 631, 684 Phenolat 522 Phenolphthalein 291, 301, 310 f. Phenonium-Ion 511 Phenylalanin 577 Phenylamin (Anilin) 537 – KB-Wert 300, 537, 637

Sachverzeichnis Phenylendiamin 555 Phenylethen (Styrol) 550, 554 Phenylisothiocyanat 578 Phenyl-Kation 541 Phenyl-Rest 506 Phenylthiohydanthoin 578 Phlogiston 21 f., 684 Phosgen (Carbonylchlorid) 133, 275, 290, 436, 532, 537, 538, 628 Phosphan 286, 411, 413, 424 Phosphat 146, 410, 422 f., 425, 449 Phosphatieren 426 Phosphid 407, 411, 413 – Ionenradius 407 Phosphinat 424 Phosphinsäure 424 3-Phosphoglycerinsäure 616 Phospholipid 569, 684 Phosphoniumiodid 413 Phosphonsäure 287, 424 Phosphor 378, 393, 406 ff., 422, 461, 463, 561 – Elektronenaffinität 106 – Häufigkeit 23 – Kovalenz- und van-der-WaalsRadius 102, 407 – Modifikationen 408 f. – weiß 408, 413, 424 -amidit-Methode 586 f. -dichloridtrifluorid 133 -halogenide 379, 414 f. -nitrid 411 -(III)-oxid 393, 408, 422, 424 -(V)-oxid 393, 416, 422 f., 425 -oxidbromid 415 -oxidchlorid 415, 423, 426 -oxidfluorid 415 -pentabromid 378, 414 -pentachlorid 275 f., 378, 414 f., 426, 532 -pentafluorid 132, 289, 378, 380, 414 -säure 55, 210, 235, 242, 379, 422 ff., 425 – -ester 423 – Bildung 415, 422 – Bindungsverhältnisse 146 – Dissoziation 242, 304, 422 – KS-Werte 304, 306, 637 – Säurestärke 235, 285, 287 -(V)-sulfid 426 -tribromid 378 f., 414, 516 -trichlorid 275 f., 378 ff., 414, 424, 520 -trifluorid 134, 414 -trihalogenide 379 f., 381, 414 -triiodid 378 f., 414 -wasserstoff 286, 411, 413, 424 Phosphorige Säure (Phosphonsäure) 287, 379, 424 f. – KS-Werte 306, 637 Phosphorit 410 Phosphotransferase 591 photochemische Reaktion 379, 420 f., 517 photochemischer Smog 421, 684 photoelektrischer Effekt 98, 404, 459 photoelektrochemische Oxidation 361

photographischer Prozess 386, 403, 523 Photon 74, 81, 684 photonische Kristalle 197, 361 Photosynthese 418, 436, 484, 573, 591, 616, 684 Photozelle 404, 460 o-Phthalsäure 530 pH-Wert 294 ff., 684 – Berechnung 294 ff., 302 f. – Messung 357 – der Ozeane 437 – von Salzlösungen 307 ff. Phycocyanin 573 physical vapor deposition (PVD) 196 physikalische Atmosphäre 154, vord. Einband Physikalische Chemie 23 physikalische Eigenschaften 25 – von Festkörpern 194 physikalischer Vorgang 25 physiologische Kochsalzlösung 223 Pi-Bindung, Pi-Elektronen, Pi-Orbital 139 ff., 141 ff., 430, 492 f., 504 ff., 684 Picometer 28 Pigment 433, 469 ff., 684 Pi-Komplex 494 f., 552 f., 684 Piktogramme (Gefahrenzeichen) 620, 622 f. Pinen 562 pK-Wert 297, 684 – Tabellen 300, 530, 537, 637 Placard 621 planar-quadratische Koordination 133, 136, 481 f., 490 f., 494 Planck, Max 22, 73 f., 81 Planck-Beziehung 74 Planck-Konstante 28, 74, vord. Einband Plasma 613, 684 Plasmid 585 plastischer Schwefel 396 Platin 267, 348, 371, 395, 401, 416, 417 f., 449 f., 458, 471 f., 474 f., 605 Platin-Komplexe 480 f., 485 f. Platinmetalle 474 Plato 20 Plexiglas 554 Plücker, Julius 34 Plumban 469 Plutonium 609, 611 Pnicogen, Pnictid, Pnictogen 80 pOH-Wert 294 ff., 298, 684 Poise vord. Einband Pol in einer galvanischen Zelle 342, 346, 361 polare kovalente Bindung 120 f., 146, 684 polares Lösungsmittel 211 f. polares Molekül 120 ff., 172 f., 211 f. Polarisation 120 f. Polarisierbarkeit 120, 173, 509 polarisiertes Ion 120 polarisiertes Licht 195, 487, 545 Polarität 122 f., 172 Polonium 390 f., 397, 597 Polyacetylen 145, 553 f. Polyacrylnitril 554

Polyaddition 556, 684 Polyalkene 554 Polyamid 556 Polyborat 443 Polybutadien 554 Polycarbonat 555 polychromatisch 73, 572 polycyclisches Ringsystem 500 Polyen 505, 553 f., 572, 684 Polyester 554, 555 f. Polyether 554, 557 Polyethylen 550 ff., 554 Polyethylendioxy-thiophen 555 Polyethylenglykol 551, 554 Polyethylenterephthalat 554, 556 Polyhalogenid 378, 684 Polyinsertion 552 f., 684 Polyisopren 553, 562 Polykieselsäuren 437 f. Polykondensation 555 f., 684 Polymerase 585 Polymerase-Kettenreaktion (PCR) 584 f., 684 Polymerchemie 549 f. Polymere 550 ff., 684 – lebende 551 Polymerisation 550 f., 684 – anionische 551 – kationische 551 – radikalische 550 – ringöffnende 551 Polymetaphosphorsäure 423 Polymethacrylsäuremethylester 554 Polymilchsäure 555 polymorphe Form 190 Polymorphie 190, 396, 437, 684 Polypeptid 575 f., 684 Poly-1,4-phenylenvinylen 555 Polyphosphat 423 f. Polyphosphorsäure 423, 685 Polypropylen 552 f., 554 Polysaccharid 563, 566, 685 Polyselenid 399 Polysilicat 438 Polystyrol 550, 554 Polysulfan 399 Polysulfid 399 Polytellurid 399 Polytetrafluorethylen 385, 516, 554 Polyurethan 555, 556 Polyvinylchlorid 554 p-Orbital 85 ff., 92, 139 f., 141 ff. poröse Materialien 195 f. Porphin 483 Porphyrin 483 f., 573, 685 positive Abweichung (Raoult-Gesetz) 218, 225 Positron 598 Positronenemissions-Tomographie 616 Potenzial, elektrisches 341, 347 ff. Potenzialkurve 101 potenziometrische pH-Messung 357 potenziometrische Titration 358, 685 ppb 215 pp-dp-Bindung 492, 685 ppm 204, 215 Präfixe bei Maßeinheiten 28, vord. Einband

Präfixe, griechische 127 Praseodym 476 f. -oxid 477 Präzision 30, 685 Primärbatterie 361 primärer Alkohol 521, 525, 527, 685 primäres Amin 536 f. primäres Atom 499, 685 primäres Carbenium-Ion 509 Primärnormal 28 Primärstruktur von Proteinen 576, 685 Primer 585, 685 primitives Kristallgitter 187, 189, 685 Prinzip des kleinsten Zwanges 214, 278 f., 337, 685 Prioritätsregeln nach Cahn, Ingold, Prelog 546 f. Prochiralität 547, 685 Produkt 50, 685 Produkt-Hemmung 589 Produktidentifikator 620 Progesteron 570 Projektionsformel 498, 546, 564 Prolin 577 Promethium 476 Promille-Konzentration 215 Promotor 267 Propadien (Allen) 505 Propan 421, 498 f. Propanal (Propionaldehyd), NMRSpektrum 205 f. Propandiol (Propylenglykol) 521 f. Propandisäure (Malonsäure) 530 Propannitril 531 1-Propanol (Propylalkohol) 522 2-Propanol (Isopropanol) 522 Propanon (Aceton) 525 f. Propansäure (Propionsäure) 530 Propantriol (Glycerin) 521 f., 567 Propen (Propylen) 504 f., 508 f., 521 f., 552 Propennitril (Acrylnitril) 554 Propensäure (Acrylsäure) 534 Propin 508 Propionitril 531 Propionsäure 530 Propylalkohol 522 Propylamin 537 Propylen (Propen) 504 f., 508 f., 521, 552 Propylenoxid 522 Propyl-Rest 499 prosthetische Gruppe 589, 685 Protactinium 611 Proteid 589 Protein 410, 575 f., 685 – Data Bank 203 – Edman-Abbau 578 – Molmassenbestimmung 222 f. – Synthese 581 f. protisches Lösungsmittel 518, 568 Protolyse 284 Proton 34 ff., 594 ff., 607 f., 685 – bei Säure-Base-Reaktionen 240 ff., 283 ff., 295 ff., 372 Protonen-Akzeptor 174, 283 Protonen-Donator 174, 283 Protonenelektrolytmembran (PEM) 363, 369

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Sachverzeichnis Proust, Joseph-Louis 24, 33 Prozentgehalt, prozentuale Zusammensetzung 45 f. prozentuale Ausbeute 54, 685 prozentualer Massenanteil 215 prozentualer Volumenanteil 217 P-Sätze 620, 624, 685 Pseudohalogenid 413, 440, 685 Pufferlösung 301 ff., 310, 685 Punktdefekt 194 Purin 542 PVD (physical vapor deposition) 196 Pyranose 565, 685 Pyrazin 541 Pyrazol 541 Pyridazin 541 Pyridin 541 – KB-Wert 300, 637 2-Pyridincarbaldehyd 525 Pyridinium-Ion 542 Pyrimidin 541 Pyrit 397 Pyrokohlenstoff 433 Pyrophosphorsäure 423 Pyroschwefelsäure 402 Pyroxen 438 Pyrrolysin 577 Pyruvat 535, 590

Q quadratisch-antiprismatisch 134 quadratisch-planar 133 f. quadratisch-planarer Komplex 481, 489, 494 quadratische Pyramide 133 Quant 74 Quantentheorie 73, 81 Quantenzahl 85 f., 88 quartäres Ammoniumhydroxid 537 quartäres Ammonium-Ion 537 quartäres Atom 499 Quartärstruktur eines Proteins 578, 685 Quartett (NMR) 205 Quarz 185, 379, 434, 437 f. Quecksilber 150, 334, 351, 417, 451, 466, 470, 472 – Gewinnung 452, 457 -chlorid 131, 631 -halogenide 381 -oxid 334, 383, 392 -salze, Löslichkeit 234 -säule 154, vord. Einband -sulfat 401 -sulfid 321, 449, 452 -vergiftung, Behandlung 484

R Racemat (Racemform, racemisches Gemisch) 487, 545, 548, 685 – Trennung 548 f., 685 Racemisierung 549, 685 rad (radioaktive Dosis) 604 radiale Aufenthaltswahrscheinlichkeit 84 ff. Radiant vord. Einband Radienverhältnis von Ionen 192 ff., 685

708

Radikal 264, 507 f., 517, 550 Radikalbildner 550 radikalische Polymerisation 550 radikalischer Reaktionsmechanismus 508 radikalische Substitution 507 f., 685 Radikalkettenreaktion 264 f., 379, 507 f. radioaktive Altersbestimmung 602, 606 f. radioaktive Elemente 604 f., 608 f. radioaktive Markierung 403, 616, 685 radioaktive Nuclide 595 f., 607, 609 – Verwendung 614 radioaktive Strahlung 35, 596 ff. radioaktive Zerfallsenergie 596 ff. radioaktive Zerfallsgeschwindigkeit 600 f. radioaktive Zerfallskonstante 600 f. radioaktive Zerfallsreihe 605 f., 685 radioaktives Gleichgewicht 605 radioaktives Zerfallsgesetz 600 f. Radioaktivität 35 f., 596 ff., 601, 685 – biologische Effekte 603 f. – Messung 599 f. – natürliche 35, 387, 604 Radiocarbon-Altersbestimmung 602 Radiotracer 615 Radiowellen 74 Radium 387, 390, 449, 462 Radius, Bohrscher 75 Radon 387 f., 389, 604 f. Raffination 343, 450, 457 ff., 502, 685 Raketentreibstoff 372 Raman-Spektroskopie 200 Raoult-Gesetz 218 ff., 225, 685 Raschig-Verfahren 412, 685 Raster-Tunnelmikroskopie 200 Rauchgas-Entschwefelung 400, 419 Rauchmelder 615 Raumerfüllung bei Kugelpackungen 189 f. Raumnetzstruktur 187 – Diamant 430 – SiO2, Silicate 437 f. Raumwinkel vord. Einband raumzentriert (innenzentriert) 189 REACH-Verordnung 625, 685 Reaktand 50, 685 – begrenzender 53 Reaktion 32 – dritter Ordnung 253, 262 – endotherme 63 – erster Ordnung 254 f., 257, 261, 263 – exotherme 63 – bei konstantem Druck 62, 328, 331 – bei konstantem Volumen 62, 328, 331 – nullter Ordnung 257 – zweiter Ordnung 256, 257, 261, 262 Reaktionsenergie 62 ff., 260 f., 266, 327 ff., 685 Reaktionsenthalpie 62 ff., 328 ff., 337, 352, 686 Reaktionsentropie 331 f., 352 Reaktionsgeschwindigkeit 252 ff., 510, 513, 686 – Temperaturabhängigkeit 264 f.

Reaktionsgleichung 50 – bei Kernreaktionen 597, 607 – Metathese-Reaktion 232 f. – bei Redoxreaktionen 237 ff. Reaktionskinetik 252 ff., 686 Reaktionskoordinate 260 Reaktionsmechanismus 251, 262 ff., 509, 511, 517, 526, 616, 686 – radikalischer 508 Reaktionsordnung 253 ff., 261 ff., 686 Reaktionsquotient 276, 354 ff., 686 Reaktionsschritt 261 ff. Reaktionswärme 62, 327 reaktive Zwischenstufe 508, 686 reale Gase 165 f. Realgar 186, 410 Recycling 458, 503 Redox-Indikator 574 Redox-Reaktion 237 ff., 247 f., 341 f., 350 ff., 588 Redox-Titration 247 Reduktion 237 ff., 341, 349 ff., 452 ff., 686 Reduktionsmittel 237 f., 351, 356, 686 – (reduzierende Substanzen) 371, 372, 400, 413, 424, 453, 454 f., 460, 463, 467, 523 Reduktionspotenzial 349 ff., 355 ff., 686 reduzierende Chlorierung 380, 686 Referenz-Elektrode 348, 357, 670 Reformatsky-Reaktion 533, 686 Reformierung 368 regioselektiv 509, 686 Regulation 583, 686 reiner Stoff 24 ff. Rektifikation 224, 672 relative Äquivalentmasse 247 relative Atommasse 38, 43 f., 686 relative Formelmasse 247, 686 relative Molekülmasse 42, 44 f., 686 rem 604, vord. Einband Reparaturmechanismen, biochemische 583, 604, 605 Replikation 581, 686 Repressor 583 Reproduktionsfaktor (Kernspaltung) 610 reproduktionstoxische Stoffe 622, 629 Re-Si-Nomenklatur 547 Resonanz 125, 682 Resorption bei Vergiftungen 632 Restriktionsendonuclease 585 Retention 27 Retinal 562, 571, 572 Retinol 562 Retortenkoks 431 Rettungszeichen 621 Reverse Transkriptase 585 reversible EMK 347, 352 reversible Reaktion 266, 272 reversible Vergiftung 633 Rezeptor 558, 570 f., 686 Rhenium 455, 472 ff. – Isotop 187Re 605 Rhodanid (Thiocynat) 290, 440, 486 Rhodium 416, 449, 471 ff. Rhodopsin 563, 571 rhombisch 188

Ribofuranose 565 Ribonucleinsäure (RNA) 579, 581, 686 Ribopyranose 565 Ribose 564 f., 579, 590 Ribosom 582 f., 686 Ribulosebiphosphat-CarboxylaseOxygenase 591, 616 Ribulose-diphosphat 616 Richtigkeit eines Messwerts 30 Richtlinien der Europäischen Union 620, 625 f. ringförmige Moleküle, Bindungen in 143 ringöffnende Polymerisation 551 Ringsilicat 438 Ringspannung 500 Risiko (Gefahrstoffe) 620, 632 RNA 579, 581, 686 RNA-Polymerase 581, 583 Rochow, E.G. 121 Rohrzucker 565 Röntgenbeugung 199 ff., 686 Röntgenium 609 Röntgenspektrum 79 Röntgenstrahlen 73 f., 79, 199 ff., 598, 604, 686 Rost 359 Rösten von Erzen 399, 449, 452, 686 – von Sulfiden 394, 399, 411, 449, 452 Röstreaktion 452, 686 Rostschutz 359 f., 469, 471 R-Sätze 624 Rubidium 449, 459 ff., 605 – Ionenradius 113, 459 -amid 461 -antimonid 461 -arsenid 461 -bromid 193, 461 -carbonat 460 -chlorid 193, 461 -fluorid 193, 461 -hexachloridoplatinat 460 -hexanitrito-κN-cobaltat 460 -hydrid 370, 461 -hydroxid 461 -hyperoxid 461 -iodid 193, 461 -oxid 193 -perchlorat 460 -phosphid 461 -salze, Löslichkeit 234, 460 -selenid 461 -sulfid 461 -tellurid 461 RubisCO 591, 616 Rückkopplungs-Hemmung 589 Ruhemasse – Elektron vord. Einband – Neutron vord. Einband – Proton vord. Einband Ruß 431, 433 Ruthenium 449, 470, 472 ff. Rutherford, Ernest 35 f., 594, 607 Rutherford-Atommodell 36 Rutherfordium 609 Rutil-Typ 193 f.

Sachverzeichnis

S Sabatier-Reaktion 503 Saccharase 567 Saccharose (Rohrzucker) 565, 567 Salicylsäure 534 Salpetersäure 55, 124 f., 398, 400, 417 f., 423, 425, 511 f., 628 – Bildung, Herstellung 409, 417 ff. – Säurestärke 235, 242, 285, 287, 417 Salpetrige Säure 235, 242, 287, 418, 540 – KS-Wert 300, 637 Salz 241, 283 – Löslichkeit 234, 317 – Lösung, pH-Wert 307 f. – Nomenklatur 114, 244 f. – saures 242, 307 salzartige Carbide 435 salzartige Hydride 370 Salzbrücke 348, 686 Salzeffekt 317, 686 Salzsäure 55, 225, 235, 242 f., 295, 379 f. – Titration 309 f. Samarium 471, 476 f., 605 Sammler 451 Sand 243, 434, 437 Sanger, Frederick 575 Satz der Erhaltung der Energie 60, 327 ff., 677 Satz der Erhaltung der Masse 22, 33, 676 Satz von Hess 64 f., 686 Sauerstoff 108, 390 ff., 484, 591 – Bindungsenergie 69, 392 – elektrolytische Abscheidung 343 f., 359 – Elektronenaffinität 106 – Entstehung bei der Photosynthese 436, 567 – Gewinnung 265, 343 f., 392 – Häufigkeit 23, 392 – Isotope 392, 598, 606, 607 – Kovalenz- und van-der-WaalsRadius 102, 391 – kritische Daten 167 – MO-Diagramm 140, 394 – als Oxidationsmittel 359, 363 f., 393 f., 458, 523 f., 525 – Reaktionen 392 f. – Singulett 393 – thermodynamische Daten 334, 640 – Verwendung 395, 458 – Vorkommen 392 -Blasverfahren 458, 686 -difluorid 383 -Kation O+ 140 -Kohlendioxid-Zyklus 436, 686 -verzehrkathode 377 Saugflasche 26 Säulenchromatographie 27 Säure 233, 240 ff., 283, 297 ff., 686 – mehrprotonige 242, 304 ff. – Nomenklatur 243 f. – schwache 235, 241 f., 284 f., 295 ff., 300, 307 ff. –– pH-Wert 297

– starke 235, 241 f., 284 f., 300, 308 – Tabelle 242, 300, 530, 568 saure Lösung 294 Säureamid 538 Säureanhydrid 243, 283, 529, 531 f., 686 Säure-Base-Reaktion 233, 241 f., 283 ff., 309 ff. Säure-Base-Titration 245, 309 ff. Säure-Dissoziation 241 f., 283, 296 ff., 304 ff. Säure-Dissoziationskonstante 296 ff., 304 ff., 687 – Tabelle 300, 306, 530, 637 saurer Regen 419 saures Oxid 243, 686 saures Salz 242 Säurespaltung 536 Säurestärke 235, 241, 284 ff., 300 s-Block 92 f. Scandium 472 ff., 474 -silicat 449 -Verbindungen 477 Schädlingsbekämpfungsmittel 423, 426, 627 Schale 75, 85 f., 92 ff., 687 Schallgeschwindigkeit 165 Scheele, Carl Wilhelm 393 Scheidetrichter 26 Scherbenkobalt 410 Schichtenstruktur 185, 187, 687 – Aluminiumchlorid 380 f. – Arsen 409 – Bismuttriiodid 381, 414 – Graphit 430 f. – schwarzer Phosphor 409 Schichtsilicat 438 Schlacke 243, 410, 452 f., 454, 458, 687 Schmelzelektrolyse 342 f., 377, 455, 459, 462 f. Schmelzen von DNA 585 Schmelzenthalpie (Schmelzwärme) 179, 330, 687 Schmelzpunkt 179, 675 – Kristalle 184 f. – Metalle 407, 428, 441, 447 f., 459, 462 Schmelzpunktskurve 181 Schmieröl 503 Schmierseife 568 schnelle Neutronen 608, 687 Schock, erste Hife 634 Schoenflies-Symbol 187 Schottky-Defekt 194, 687 Schrägbeziehung 460, 465 Schraubenachse 187 Schrödinger, Erwin 83, 84 Schrödinger-Gleichung 84, 135, 137, 687 Schutzgas 389, 425 Schutzgruppe 526, 539, 586 f., 687 Schutzmaßnahme 627 schwache Base 241, 284 ff., 298 ff., 307 f., 687 schwache Elektrolyte 225, 233 f., 295 ff., 299 schwache Säure 235, 241 f., 284 ff., 297 f., 299, 307 f., 310, 687

Schwangere, Beschäftigungsbeschränkung 629 Schwefel 371, 378, 390, 396 ff., 440, 461, 463, 468, 502, 553, 561 – Elektronenaffinität 106 – Häufigkeit 23 – Kovalenz- und van-der-WaalsRadius 102, 391 – thermodynamische Daten 640 -dichlorid 398, 400 -dioxid 290, 378, 399 ff. – Bildung 237, 394, 399 ff., 403, 452 – Entfernung aus Rauchgasen 400 – in Luft 392, 419 – Oxidation 267, 278, 394, 400, 401 – Reaktion mit Wasser 243, 289, 306, 400 – als Reduktionsmittel 377, 400 – thermodynamische Daten 333 f. -halogenide 378, 398 -hexafluorid 133, 146 f., 380, 398 -kohlenstoff (Kohlendisulfid) 394, 440 -nitrid 411 -säure 55, 235, 362, 375, 379, 401 f., 419, 424, 511, 521 – Bildung 402 – Bindungsverhältnisse 146, 402 – Dissoziation 242, 306, 401 – Herstellung 401 – Hydrate 401 – KS-Werte 306, 637 – Säurestärke 242, 287, 306, 401 -tetrachlorid 398 -tetrafluorid 132, 398 -trioxid 243, 267, 276, 277, 394, 401 -wasserstoff 150, 378, 392, 398 ff., 502 – Bildung und Zerfall 234, 371, 398 f. – Dissoziation 306 f. – Säurestärke 242, 286, 306, 399 – Siedepunkt 174 – und Sulfidfällung 320 f. – thermodynamische Daten 333, 334, 639 – Verbrennung 398 -wasserstoffsäure 242, 306 f., 399 – KS-Werte 637 Schweflige Säure 234, 242, 287, 400 – KS-Werte 306, 637 Schweißen 372, 389, 395 schweizerische Gesetze und Reglemente 620, 625 f. schweres Wasser 611 Schwerspat 397 Schwingungs-Spektroskopie 200 Seaborgium 609 Sedimenteren 26 Seife 568 Seigern 451, 457, 687 Sekundärbatterie 361 f. sekundär-Butyl-Rest 499 sekundärer Alkohol 521, 525, 527, 687 sekundäres Amin 536 f. sekundäres Atom 499, 687 sekundäres Carbenium-Ion 509 Sekundär-Reformierung 412 Sekundärstruktur eines Proteins 576, 687

Sekunde vord. Einband Selen 390 f., 396 ff., 404, 561 – Elektronenaffinität 106 – Kovalenz- und van-der-WaalsRadius 102, 391 -dioxid 398, 400, 402 -hexafluorid 398 -tetrabromid 398 -tetrachlorid 398 -tetrafluorid 398 -wasserstoff 286, 391, 398 f. Selenat 402 Selenid, Ionenradius 113, 391 Selenige Säure 398, 400, 402 Selenit 400 Selenocystein 577 Selensäure 402 Seltene Erden (Lanthanoide) 79, 97, 471, 475 ff., 680, 687 – Carbonate 477 – Carbonatfluoride 449 – Fluoride 381, 477 – Halogenide 381, 477 – Hydride 477 – Hydroxide 477 – Nitride 477 – Oxalate 477 – Oxide 471, 477 – Phosphate 449, 477 – Sulfide 477 – Verwendung 471, 477 – Vorkommen 449 semipermeable Membran 221 Senarmontit 410 sensibilisierend 622, 631 Sequencer 578 Sesquiterpen 562 f., 687 Sesselkonformation 501 f., 687 Sexualhormone 570 Shirakawa, Hideki 553 SI-Einheiten 28, 687 Sicherheitsdatenblatt 627, 629 Sicherheitshinweise 620, 624 Siderit 186, 432 Siebbodenkolonne 224 Sieben-Helix-Rezeptor (7TM) 571 f. Siedepunkt 173 f., 178, 334, 687 – Lösungen 219 ff. Siedepunktserhöhung 220 ff., 225, 687 SI-Einheiten vord. Einband Siemens 341, 448, vord. Einband Sievert 604, 687, vord. Einband Sigma-Bindung, Sigma-Orbital 138, 687 Sigma-Komplex 511 Signalstoff 569 f., 671 Signaltransduktion 592 Signalwort 620 ff. signifikante Stellen 29, 687 Silan 429, 435, 687 Silber 334, 349, 402, 417, 470 ff. – elektrolytische Abscheidung 345 – Gewinnung 451, 454, 457 f. – Nanoteilchen 197 – Reduktionspotenzial 349, 357 f. – Titration 358 – Vorkommen 449 -bromid 193, 386, 403, 471 -chlorid 193, 333, 334, 357, 449

709

Sachverzeichnis – Fällung und Löslichkeit 233, 319, 323, 358 – Fehlstellen in 194, 312 -chromat 316, 319 – Fällung und Löslichkeit 316, 319 -Coulombmeter 345, 687 -diammin 321 f. -fluorid 193, 213, 381 -iodid 193, 386 -nitrat 345 -oxid 332, 362, 382, 392 -salze, Löslichkeit 234 -Silberchlorid-Elektrode 357 -sulfat 402 -sulfid 449 Silicagel (Kieselgel) 227, 437 Silicate 289, 392, 438 f., 449 Silicid 435 Silicium 151, 370, 427 f., 431 f., 434 ff., 458, 561 – Häufigkeit 23, 434 – Kovalenzradius 102 – poröses 360 f. -carbid 434 f. -dioxid 228, 243, 289, 379, 392, 434 f., 437 f. -monoxid 434, 437 -nitrid 411 -tetrafluorid 289, 379, 381 -wasserstoff 429, 435 Singulett-Sauerstoff 393 f. Sintermagnesia 464 s2-Ion 108, 111, 686 s2p6-Ion 108, 111, 687 smektisch 195 Smog 421 Soda 243, 461 Sol 227, 687 Solarzelle 411 Sole 376, 377 solidus 51 Solvatation 213, 687 Solvatationsenthalpie 213 solvatisierte Elektronen 460 Solvay-Verfahren 461, 687 Solvens 210 Sonderabfall 630, 687 Sonogashira-Kupplung 520, 687 s-Orbital 85 ff., 92, 138 f. Sortieren 25 Spaltprodukte bei der Kernspaltung 610, 612 Spannungsreihe 349, 687 – Tabelle 350, 636 Spektrallinie 75 ff. spektrochemische Serie 493 f., 687 Spektrum 74, 572, 687 spezifische Wärme 60, 687 spezifische Zielorgan-Toxizität (STOT) 622 Sphalerit 397 sp-, sp2-, sp3-Hybridorbitale 135 ff. Spiegelebene, Spiegelung 187, 545, 687 Spin 87 f., 204, 687 Spin-Crossover 494 Spinmagnetquantenzahl 87 f. Spinpaarung 89 f., 91 Spinpaarungs-Energie 493 f., 687

710

Spin-Spin-Kopplung 205 ff., 687 Spiran 500, 687 Spiro[4.4]nonan 500 spontane Kernspaltung 598 f. spontaner Prozess 329, 687 Sprengstoff 425, 522 -gesetz 626 Sprungtemperatur 150, 688 Spurenanalyse 616 Spurenelement 561, 688 S-Sätze 624 Stabilität – Atomkerne 36, 595, 605 – kinetische 327, 484 – Komplexe 323, 484 – thermodynamische 327, 484 Stabilitätskonstante 323, 679 Stabilitätszone 595 Stahl 454, 458, 471 Stahl, Georg Ernst 21 Standardabweichung 30, 688 Standard-Atmosphäre 154 Standard-Bedingungen 65, 332, 335 Standard-Bildungsenthalpie 65 ff., 670 – freie 333, 675 –– Tabelle 333, 639 f. – Tabelle 66, 639 f. Standard-EMK 347 ff. Standard-Entropie 333, 639 f. Standard-Reaktionsenthalpie 65 ff. – freie 333, 335, 352 Standard-Reaktionsentropie 333 Standard-Zustand 65, 335, 347 Stannan 469 Stannat 468 Stannit 469 Stapelfolge bei Kugelpackungen 190 Stärke 563, 566 starke Base 241, 284 f., 299, 308, 688 starke Elektrolyte 225 f., 235, 295, 460 starke Kernkraft 36, 594 starke Säure 235, 241 f., 284 f., 286 f., 300, 308, 688 stationäre Phase 26 stationäre Schwingung 83 Staub, Abtrennung 26 Staub, Gesundheitsschädigung 632 Staudinger, Herrmann 550 Steam-Reforming 368, 412, 688 Stearinsäure 568 stehende Welle 83 f. Stein der Weisen 21 Steinkohle 432, 507 Steinkohlenteer 433, 507 Steinsalz 108, 194, 376 Steradiant vord. Einband Stereoblock 553, 554 Stereochemie 544 ff. stereogenes Atom 545, 688 Stereoisomere 415, 486 ff., 502, 504, 545 ff., 564, 688 stereoselektive Reaktion 549, 588, 688 sterische Hinderung 517, 688 Sterling-Silber 48 Stern, Otto 88 Stern-Gerlach-Versuch 88 f.

Steroid 570, 688 Stiban 371, 413 Stickstoff 159, 406 ff. – Anteil in Luft 392 – Bindung im Molekül 118 f., 140, 408 – chemische Eigenschaften 407 ff., 411 ff. – Elektronenaffinität 106 – Fixierung 409, 688 – Kovalenz- und van-der-WaalsRadius 102 – kritische Daten 167 – MO-Diagramm 140 – Molekülstruktur 408 – Oxosäuren 417 f. – physikalische Eigenschaften 407 – Reaktion mit –– Sauerstoff 275, 394, 415, 419 –– Wasserstoff 276, 279, 371, 412 – thermodynamische Daten 334, 640 – Verwendung 425 – Vorkommen 392, 409 f., 561 -bakterien 410 -dioxid 392, 409, 416 f. – Bildung 253 ff., 409, 419 f. – Dimerisierung 274, 336, 416 – Luftverschmutzung 419 f. – Reaktion mit HCl 253 – thermodynamische Daten 333 f. -monoxid 415 ff. – Bildung 394, 409, 415 f., 419 f. – biochemische Funktion 416, 570 f. – Luftverschmutzung 419 f. – MO-Diagramm 141 – Reaktion mit –– Fluor 258, 262 –– Sauerstoff 333, 394, 416 f., 419 –– Wasserstoff 253 – thermodynamische Daten 333 f. -trichlorid 414 -trifluorid 54, 172 f., 414 -triiodid 414 -wasserstoffsäure 413 – KS-Wert 300, 637 -zyklus 409 Stinkspat 376 Stöchiometrie 41 ff., 50 ff., 158, 344 f., 688 Stoff 23 f. – Legaldefinition 620 Stoffmenge 28, 44, 50, 54, 156, 158 Stoffmengenanteil 162, 215, 688 Stoffmengenkonzentration 54 f., 216, 688 – und chemisches Gleichgewicht 272 ff., 278, 335 f. – und Fällungsreaktionen 315 ff. – und Komplexgleichgewichte 322 ff. – und osmotischer Druck 222 – und Reaktionsgeschwindigkeit 252 ff. – und Reduktionspotenzial 354 ff. – und Säure-Base-Gleichgewichte 296 ff. Stofftrennung 25 ff., 224 f., 451 f. Stoney, George Johnstone 33 Stop-Codon 583 Stopper (Polymerisation) 551

Störfallverordnung 626 STOT (spezifische Zielorgan-Toxizität) 622 Strahlenschäden 603 ff. Strahlenschutzverordnung 604, 626 Strahlung – elektromagnetische 73 f. – radioaktive 35, 596 ff. – Röntgen 73, 79 f. Strahlungsbelastung 604 Strahlungsexposition 604, 688 Strahlungswichtungsfaktor 604 Straßmann, Friedrich 610 Strecker-Synthese 539, 688 Stromstärke 341, vord. Einband Strontium 449, 462 ff. – Ionenradius 113, 462 -amid 463 -bromid 463 -carbid 463 -carbonat 449, 464 -chlorid 193, 463 -fluorid 193, 463 -hydrid 370, 463 -hydroxid 463 f. -iodid 463 -nitrid 411, 463 -oxalat 464 -oxid 193, 463 f. -phosphid 411, 463 -salze, Löslichkeit 234, 464 -sulfat 401, 449, 464 -sulfid 193, 463 Strukturaufklärung 199 ff. Strukturfaktor 203, 688 Strukturformel 42, 688 Strychninnitrat 631 Stunde 29, vord. Einband Styrol 550, 554 Sublimation 26, 181, 688 Sublimationsenthalpie 109 Substituent 507, 675 – dirigierende Wirkung 512 f. – erster Ordnung 512 f. – zweiter Ordnung 512 f. Substitutionsreaktion 262 f., 507, 510 ff., 517 f., 688 Substrat 50, 588, 688 Sulfanilamid 537 Sulfanilsäure 537 Sulfat 146, 401 f., 449 – Löslichkeit 234 Sulfid 306, 398 f., 449 – Fällung 320 f., 399 – Ionenradius 113 – Löslichkeit 234 – Rösten 394, 399, 411, 449, 452 Sulfit 234, 400 – Löslichkeit 234 Sulfobenzol 512 Sulfonamid 537 Sulfonierung 512 Sulfonsäure-Gruppe 537 superfluid 388 Superoxid 393 Superphosphat 423 Supersäure 290 Supraleiter 150, 389, 688 supramolekulare Chemie 556, 688

Sachverzeichnis Suspension 25 f., 688 Sylvin 376 Symbol – chemisches 23 – für Elektronenkonfiguration 90 f. – für Formalladungen 124 – für Unterschalen 85 Symmetrie 187 f. symmetrieäquivalent 188 Symmetrieebene (Spiegelebene) 187, 545 Symmetrieelement 187, 688 Symmetrieoperation 187, 688 Symmetrietranslation 187 Symmetriezentrum 187, 545 f., 547 symmetrisches Reagenz 508 Synchron-Mechanismus 517 syndiotaktisches Polymeres 552 f., 688 Synergismus 631 Synthesegas 368, 503, 521, 523 Synthesizer 586 System 327, 330 f., 688 Szintillationszähler 599, 688

T TALEN-Nuclease 587 Talk 438 Tantal 454, 471 f., 474 -carbid 435 -(V)-oxid 197, 454 tatsächliche Ausbeute 54 Taucherluft 215 Tautomerie 529, 688 Technetium 472, 474, 608, 615 Technische Chemie 23 Technische Regel für Laboratorien 628 Technische Regeln für Gefahrstoffe (TRGS) 625 Teflon 385, 516, 554 Teilchenbeschleuniger 607 f. Teilchen-Teilchen-Reaktion 607 f., 688 Tellur 390 f., 397 f., 404 – Kovalenzradius 102, 391 -dioxid 398, 400 -hexafluorid 398 -säure 402 -tetrabromid 398 -tetrachlorid 398 -tetrafluorid 398 -tetraiodid 398 -trioxid 402 -wasserstoff 286, 398 f. Tellurid 113, 398 Tellurit 400 Temperatur 60, 156 f., 161, 688 – und chemisches Gleichgewicht 272, 279, 337, 518 – und Dampfdruck 163, 177 f., 180 ff. – und elektrische Leitfähigkeit 150, 341 f. – und freie Reaktionsenthalpie 331 f., 337, 354 – und Gasdruck und -volumen 156 ff.

– und Gefrier- und Schmelzvorgang 179 ff., 219 f., 330 – und Ionenprodukt des Wassers 295 – kritische 167, 177 – und Löslichkeit 214 – Maßeinheiten 28, 60, 157, vord. Einband – und osmotischer Druck 222 – und Reaktionsgeschwindigkeit 259, 264 f. – und Reduktionspotenzial 354 – und Siedevorgang 178, 181, 219 f. – und Verdampfung 176 ff., 180 f., 337 – und Viskosität 176 Templat 196, 228 Templat-Strang 581 Tenness 373, 609 Tensid 227 f., 451, 524, 569, 688 Terbium 471, 476 f. Terephthaloylchlorid 555 Terephthalsäure 554, 555 terminale Aminosäure 576 ternäre Säuren 243 Terpene 562 f., 688 tertiär-Butyl-Rest 499 tertiärer Alkohol 521, 527, 532, 689 tertiäres Amin 536 f. tertiäres Atom 499, 689 tertiäres Carbenium-Ion 509 Tertiärstruktur eines Proteins 578, 689 Tesla vord. Einband Testosteron 570 Tetraalkylammoniumhydroxid 537 Tetraalkylammonium-Salze 537 Tetrabromidoferrat(1–) 511 f. Tetracarbonylnickel 289, 436, 457, 485 Tetracen 507 Tetrachloridoaluminat 381, 482, 511 f. Tetrachloridoaurat(1–) 482 Tetrachloridopalladat(2–) 482 Tetrachloridozinkat 482 Tetrachlormethan (Tetrachlorkohlenstoff) 179, 211, 220, 508, 516 1,1,2,2-Tetrachlorpropan 508 Tetracyanidocadmat 482 Tetracyanidocuprat(3–) 482 Tetracyanidomerurat 440 Tetracyanidoniccolat(2–) 440, 482 Tetracyanidozinkat 484 Tetradecanol 524 Tetradecansäure (Myristinsäure) 568 Tetraeder 131, 135, 498 Tetraederlücke 190, 689 Tetraederwinkel 131, 498 tetraedrischer Komplex 481 f., 490 f., 494 Tetraethylammoniumhydroxid 537 Tetraethylammonium-Ion 537 Tetraethylblei 469 Tetraethylsilicat 228 1,1,1,2-Tetrafluorethan 421 Tetrafluorethylen 516, 554 Tetrafluorhydrazin 415

Tetrafluoridoberyllat 463, 482 Tetrafluoridoborat 134, 381 Tetrafluoridobromat(1–) 134 Tetrafluoridochlorat(1–) 134 Tetrafluoridoiod(1+) 134 Tetrafluorpropen 385, 421 tetragonal 188 tetragonal verzerrtes Oktaeder 482 Tetrahydridoaluminat 372, 467 Tetrahydridoborat 372, 444, 467 Tetrahydridogallat 467 Tetrahydridoindat 467 Tetrahydridothallat 467 Tetrahydrofuran 524, 541, 565 Tetrahydropyran 565 Tetrahydroxidoaluminat 323 f., 451, 466 Tetrahydroxidoantimonit 424 Tetrahydroxidoberyllat 463 f. Tetrahydroxidoborat 443 Tetrahydroxidozinkat 323 f. Tetrakis-triphenylphospanpalladium 520 Tetrametaphosphorsäure 423 Tetramethylsilan (TMS) 204 Tetramminaquachloridocobalt(III)chlorid 485 Tetrammincadmium(2+) 481 Tetrammindiaquakupfer(2+) 482 Tetrammindichloridocobalt(1+) 483, 486 Tetrammindichloridoplatin(IV)-chlorid 481 Tetrammindichloridoplatin(IV)-tetrachloridoplatinat(II) 486 Tetramminkupfer(2+) 482 -tetrachloridoplatinat(2–) 486 Tetramminplatin(2+) 481 -hexachloridoplatinat(2–) 485 f. -tetrachloridocuprat 486 Tetramminzink(2+) 484 Tetrapyrrol-Farbstoffe 573 Tetrasulfid 399 Tetraterpen 562 Tetrathionat 403 Tetraxenongold(2+) 388 Tetrele 80 Thalidomid 548 Thallium 440, 456, 466 ff. -halogenide 193, 381, 466 f. -(I)-hydroxid 460, 467 -(I)-oxid 466 -(I)-salze, Löslichkeit 234, 468 -(I)-sulfat 468, 631 -(I)-sulfid 466 f. -(I)-Verbindungen 460, 467 – Toxizität 633 theoretische Ausbeute 54, 689 Theoretische Chemie 23 Theorie des Übergangszustands 260 f., 689 Therapie bei Vergiftungen 633 f. thermische Ausdehnung 176 – eines Gases 157 thermische Neutronen 608, 680 thermische Phosphorsäure 422 Thermit-Reaktion 64, 454, 689 Thermochemie 59, 689

thermochemische Gleichung 63 f. Thermodynamik 326 f., 689 – dritter Hauptsatz 333, 677 – erster Hauptsatz 60, 327 f., 677 – zweiter Hauptsatz 329 ff., 677 thermodynamische Daten (Tabelle) 333, 334, 639 f. thermodynamische Funktion 328, 331 thermodynamische Kontrolle 510 thermodynamische Stabilität 327, 484 Thermoelektrika 404 thermonukleare Reaktion 613, 689 Thiamin 571 Thiazol 541 Thiocyanat (Rhodanid) 290, 440, 486 Thiol 523, 689 Thiolat 523 Thiolester 533 Thionylchlorid 400, 516, 532 Thionylhalogenide 400 Thiophen 541 Thiostannat 469 Thiosulfat 403 Thiosulfatoargentat 454 Thomson, Joseph J. 33 f. Thomson, William 157 f., 167, 329 Thorium 373, 387, 597, 604 f. -dioxid 193, 454 Thortveitit 438 Threonin 577 Threose 546 Thulium 476 f. Thymin 579 f. Thymolblau 300 f. Titan 457, 471 f., 474 f. – Gewinnung 454 – Häufigkeit 23 -carbid 435 -dioxid 192 f., 197, 449, 454, 471, 475 -disulfid 475 -nitrid 475 -tetrachlorid 380 f., 454, 475, 552 -tetrahalogenide 475 Titan (Saturnmond) 503 Titration 245 f., 309 f., 319 f., 358, 689 Titrationskurve 310 f., 358, 689 Toluol 506, 512, 529, 629 Tonmineralien 438 t2-Orbitale 490 t2g-Orbitale 488, 689 Torr 154, vord. Einband Torricelli, Evangelista 154 Toxikodynamik 631 Toxikokinetik 631 Toxikologie 631 ff., 689 toxische Dosis 631 f., 689 Tracer 615 Trägheit 23 Transferase 588 Transfer-Ribonucleinsäure (tRNA) 581 ff., 689 Transkription 581, 689 Transkriptionskontrolle 583 Translation (Proteine) 582, 689 Translation (Symmetrie-) 187, 689 Transmutation 596

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Sachverzeichnis transparenter elektrischer Leiter 194, 431 Transportreaktion 457, 671 Transurane 608 f., 689 Traubensäure 533, 535 Treibgas 415, 421 Treibhausgas, -effekt 419 ff., 437 Tremolit 438 Triade 77 Triammintrichloridocobalt(III) 485 Triammintrichloridoplatin(IV)-chlorid 481 Trichloressigsäure 288, 530 f. 1,1,1-Trichlorethan 421 Trichlorethen 421 Trichlorido-ethenoplatinat(II) 495 Trichloridoplumbit 469 Trichloridostannit 469 Trichlormethan (Chloroform) 179, 220, 508, 516, 629 Trichloroschwefel(1+) 134 Trichlorsilan 434 Tridymit 437 Triele 80 Triethylaluminium 519, 552 Triethylamin 537 Trifluoressigsäure 421, 530, 540 f. Triglycerid 567, 689 trigonal 188 trigonale Bipyramide 132 ff., 136 f. trigonal-planar 131, 134 f., 136 trigonal-pyramidal 131 f., 134 Trihydroxidoplumbit 468 f. Trihydroxidostannit 468 f. Triiodid 378, 459 triklin 188 Trimetaphosphorsäure 423 Trimethylaluminium 519, 552 Trimethylamin 206, 536 f. – KB-Wert 300, 537, 637 1,3,5-Trimethylbenzol (Mesitylen) 507 Trimethylcarbenium-Ion 517 f. 2,2,4-Trimethylpentan 500 trimolekulare Reaktion 262 Trinitrotoluol 425 Tripelpunkt 181, 689 Tripelsuperphosphat 423 Triphenylantimon 520 Triphenylphosphan 520, 528 Triphenylphosphanoxid 528 Triphosphat 423, 579 Triphosphorsäure 423, 579 Triplett (NMR) 205 f. Triplett-Zustand 393 Tris(diaminoethan)cobalt(III) 487 Trisilicat 438 Trisulfan 399 Triterpen 562 Trithiokohlensäure 440 Trithionat 403 Tritium 368, 613, 615 f. Trivilaname 127 tRNA 581 ff., 689 Trockeneis 181 Trockenreformierung 368 trocknende Öle 568 Trocknungsmittel 425, 438, 439, 465 Trona 461

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Tropfstein 465 Trypsin 575 Tryptophan 577 Turmalin 186 Twist-Konformation 501 Tyndall-Effekt 227 Tyrosin 575, 577

U Übergangselement, Übergangsmetall 80, 93 f., 97, 112, 447 f., 470 ff., 682 – Atom- und Ionenradien 103, 473 f. – Gewinnung 451 ff. – Komplexe 321, 480 ff. – physikalische Eigenschaften 447 ff., 470 – Raffination 457 ff. – Stellung im Periodensystem 80, 93, 97, 470 – Verwendung 470 f. – Vorkommen 449 -carbide 435, 454 -hydride 370 f. -nitride 411 Übergangszustand (aktivierter Komplex) 260 f., 517, 668 überkritisch 182 Überlappung von Orbitalen 118, 135, 137 ff., 142 ff. übersättigte Lösung 211 Überspannung 359, 456, 689 u-Einheit 38, vord. Einband Ulexit 441 Ultrafilter 27 ultraviolette Strahlung 73 f., 396, 507 Ultrazentrifuge 611 Umgang mit Gefahrstoffen 619, 627 ff. Umgebung 327, 330 f., 689 umgesetzte Massen und Stoffmengen 50 ff. Umhalogenierung 380 Umkehrosmose 222, 689 Umkehrosmose-Membran 26 f. Umschlag eines Indikators 245, 300 f., 310 f. unedle Metalle 351, 673 Unfallverhütungsvorschriften 626 ungepaarte Elektronen 90 f., 493 ff. ungesättigte Kohlenwasserstoffe 504 f., 505, 508, 689 ungesättigte Lösung 211, 317 Universalindikator 301 Unordnung 329 f., 332 unpolare Lösungsmittel 211, 504 unpolare Moleküle 173, 211, 504 Unschärferelation 82, 689 unsymmetrisches Reagenz 508, 526 Unterbromige (Hypobromige) Säure 287, 381 ff. – KS-Wert 300, 637 Unterchlorige (Hypochlorige) Säure 242, 287, 382 ff. – KS-Wert 300, 637 Unterhalogenige Säuren 381 ff. Unteriodige (Hypoiodige) Säure 287, 381 ff. unterkühlte Flüssigkeit 179 f., 181

Unterphosphorige Säure (Phosphinsäure) 424 Unterschale 85 ff., 92 ff., 94, 111, 689 – halbbesetzte 94 f., 476 – vollbesetzte 94 f., 105 f., 111, 476 Unterweisung von Beschäftigten 629 f. Uracil 579 ff. Uran 449, 454, 604 – Isotopentrennung 165, 611 – Kernspaltung 611 ff. – radioaktiver Zerfall 373 f., 387, 604, 605 -hexafluorid 165, 385, 611 -oxid 449, 452, 471, 611 -tetrafluorid 454 Uranylsalz 452 Urethan 538, 689 Uridin 579

V V2A-Stahl 458 Vakuumdestillation 178 Valenzband 145, 148 f., 689 Valenzbindungstheorie (ValenceBond-Theorie) 118 f., 487 Valenzelektronen 92, 118 f., 130, 689 Valenzelektronenpaar-Abstoßungstheorie 130 f., 378, 389, 689 Valenzschale 92, 130 Valenzstrichformel 118 f., 138, 681 Valeriansäure 530 d-Valerolacton 534 Valin 575, 577 Vanadium 454, 471 f., 474 f., 561 -carbid 435 -halogenide 475 -nitrid 475 -oxide 401, 454, 471, 475 -sulfid 449, 475 Van-Arkel-de-Boer-Verfahren 457, 689 Van der Waals, Johannes 166, 173 Van-der-Waals-Gleichung 166, 689 Van-der-Waals-Konstanten 166 Van-der-Waals-Radius 102, 690 Van-der-Waals-Wechselwirkung 102, 173, 678 Van’t Hoff, Jacobus 222, 227 Van’t-Hoff-Faktor 226, 690 Vektor (gentechnisch) 585 Venus, Atmosphäre 437 Verätzung, erste Hilfe 634 Verbindung 23 f., 32, 690 verbotene Energiezone 145, 149 f., 690 Verbrennung 51, 61 f., 393 f., 419 f., 436 Verbrennungsprodukte 51, 393 f., 419 Verbrennungswärme 61 f., 329 Verbundmaterial 196 Verdampfung 176 f., 180, 337 Verdampfungsenthalpie 177, 178 f., 337, 690 Verdampfungsgeschwindigkeit 177 Verdünnen von Lösungen 55 f. verdünnte Lösung 210, 225 Verdünnungsgesetz 296

Verflüssigung von Gasen 167 Vergiftung 631 f. – erste Hilfe 634 – Notrufzentren 633 – Therapie 484, 633 Verkokung 507 Verordnung 625 f. – über gefährliche Stoffe 626 f. Verpackung von Gefahrstoffen 627 Verseifung 533, 568, 690 Versetzungen in Kristallen 194 Versilbern 344 Verwaltungsvorschrift 625 Vinylacetylen (Butenin) 505 Vinylbenzol (Styrol) 550, 554 Vinylchlorid 508, 554 Vinyl-Rest 504 Viskoseseide 440 Viskosität 176, 690, vord. Einband Vitamin 571, 590, 690 – A 562, 571, 572 – B1 571 – B12 573 – C 549, 571 – D 571 – K 571 vollbesetzte Unterschale 94, 105, 111, 476 vollständige Mischbarkeit 210 vollständige Reaktionsgleichung 232 f. Volt 341, vord. Einband Voltaische Zelle 346 f., 675 Volumen 155 ff., vord. Einband – einer Lösung 55 f., 216 ff. -anteil 217, 690 -arbeit 62 f., 328, 690 -bruch 217 -konzentration 217 -verhältnis bei Gasreaktionen 155 volumetrische Analyse 245 ff., 690 Vorzeichen bei thermochemischen Angaben 62 f., 327 VSEPR-Theorie 130 ff., 378 f., 389, 689 Vulkanisation 404, 553 vulkanische Gase 367, 397, 419

W Wachs 567 Wacker-Verfahren 525 Wafer (Silicium) 434 Wannenkonformation 501 f. Wärme 61 ff., 328 f., 352, 690 -abgabe 62 f. -aufnahme 62 f. -kapazität 61, 690 -leitfähigkeit 149, 165, 447, 448 -menge 60 f. -tönung 62 Warnsymbole 621 Waschmittel 426, 439 Wasser – Additionreaktionen 508, 526 – Assoziation 174 ff. – Aufbereitung 26, 222 – Bildungsenthalpie 66 – Bindungsenergie 68 – Dampfdruck 162, 177

Sachverzeichnis – Dipolmoment 172 – Dissoziation, Ionenprodukt 294, 678 – Elektrolyse 369, 392 – Entionisierung (Enthärtung) 439 – Gefrierpunkt 180 f., 220, 330 – Hydrolyse-Reaktionen 307, 381, 400, 403, 414, 469, 519, 575 – als Komplexligand 321, 480, 482, 484 ff., 493 – kritische Daten 167 – als Lösungsmittel 211 ff., 232 ff. – molare Schmelzenthalpie 179 – molare Verdampfungsenthalpie 177, 178 – Molekülstruktur 42, 132 – Reaktion mit –– Eisen 276, 369 –– Kohlenmonoxid 275, 279, 368 –– Kohlenstoff 369 –– Metallen 370, 461, 463 –– Methan 368 –– Methanol 368 – saure und basische Eigenschaften 283 f. – Siedepunkt 173, 178, 220 – thermodynamische Daten 63 f., 333, 334, 639 – Zersetzung durch Strahlung 603 – Zustandsdiagramm 181 wasserähnliche Lösungsmittel 290 Wasserdampfdestillation 562 Wassergas 369, 690 Wassergas-Shift-Reaktion 368, 412, 503 Wasserhaushaltsgesetze 626 Wasserstoff 367 ff. – Atomstruktur 75 ff., 84 f. – Bindung im Molekül 117 f., 135, 138 – in Brennstoffzellen 363 f. – chemische Eigenschaften 370 ff. – elektrolytische Abscheidung 343, 369, 376 f. – Elektronegativität 122 – Elektronenaffinität 106 – Elektronenkonfiguration 90 – Häufigkeit 23, 367 – Herstellung 368 ff., 376 f., 461 – Ionisierungsenergie 372 – Isotope 368, 613 – Kernfusion 613 – Kompressibilität 165 – Kovalenzradius 102 – Molekülgeschwindigkeit 163 – Molekülstruktur 118 – naszierender 371, 682 – Normalpotenzial 349 f. – Reaktion mit –– Alkalimetallen 370, 461 –– Alkenen 508 –– Brom 263 f., 371, 378 –– Chlor 264, 371, 378 –– Erdalkalimetallen 370, 463 –– Iod 63, 273, 371, 378 –– Kohlendioxid 275, 279, 503 –– Kohlenmonoxid 267, 371, 503, 521, 523 –– Sauerstoff 63, 264, 371

–– Schwefel 371, 398 –– Stickstoff 276, 278, 412 –– Übergangsmetallen 370 f. – als Reduktionsmittel 371, 455 – Reduktionspotenzial 349 – Spektrum 75 ff. – Synthesen mit 370 ff., 394, 398, 412, 461, 463, 467, 502, 503, 508, 521, 523, 537 – van-der-Waals-Radius 102 – Verbrennungswärme 63 f. – Verwendung 372 – Vorkommen 367, 392 Wasserstoff-Brücken 100, 147, 174 f., 211, 241, 690 – Alkohole 211, 521 – Borsäure 443 – Carbonsäuren 529 – HF2–-Ion 147, 375, 379 – Nucleinsäuren 580 – Orbitale 147 – Proteine 576, 578 – supramolekulare 557 f. – in wässrigen Lösungen 211 ff., 241, 521 Wasserstoff-Elektrode 348 f., 357 Wasserstoff-Ionenkonzentration 294 ff. Wasserstoffperoxid 43, 372, 392, 394 f., 403, 523, 536 Wasserstoff-Verbindungen 370 f. – Elemente der 3. Hauptgruppe 372, 467 – Elemente der 4. Hauptgruppe 469 – Elemente der 5. Hauptgruppe 412 f. – Elemente der 6. Hauptgruppe 398 f. – Metalle 370 f., 461, 463 – Nichtmetalle 371 – saure Eigenschaften 286 ff. – Siedepunkte 174 f. – Silicium 435 – Verbrennung 51, 398, 507 wässrige Lösungen 212 ff. – Elektrolyse in 343 f. – von Elektrolyten 225 f., 232 ff. – von Säuren und Basen 233, 240 f., 283 ff., 295 ff. Watson, James 579 Watt vord. Einband Wattwaage 22 Wavellit 186 weiche Lewis-Säuren und -Basen 290, 518 Weinsäure 533, 535, 547 Weißblech 360, 469 Welle 73, 81 f., 83 f. Wellenfunktion 83 ff., 135 f., 137 ff., 142 ff., 490, 690 Wellenlänge 73 f., 81 f. Wellenmechanik 81 f. Welle-Teilchen-Dualismus 81 Wellman-Lord-Verfahren 400 Werner, Alfred 479 f. Widerstand, elektrischer 341 Wiederaufbereitung, Metalle 450, 458 f. wiederaufladbare Batterie 361 f.

Wien, Wilhelm 35 Williamson-Synthese 524, 690 Wilson, Charles 599 Wilson-Nebelkammer 599 f. Witherit 432 Wittig, Georg 528 Wittig-Reaktion 528, 690 Wöhler, Friedrich 498 Wolfram 371, 455, 471 ff. -carbid 435, 471 -(VI)-oxid 455 Wolframat 473 Wollastonit 438 Wurzel aus dem mittleren Geschwindigkeitsquadrat 163, 690

X Xenon 165, 387 f., 392 -difluorid 133, 147, 388 f. -hexafluorid 388 f. -tetrafluorid 134, 388 f. -tetrafluoridoxid 388 -tetroxid 388 -trioxid 388 Xylol 506

Y Ytterbium 471 f., 476 Yttrium 471, 474 f. -aluminium-Granat (YAG) 471, 477 -eisen-Granat (YIG) 471 -oxid 477 -oxidsulfid 477 -phosphat 449

Z Zahlwörter, griechische 127, 485 Zeeman-Effekt 87 Z-E-Isomere 504 Zeit 28, 330, vord. Einband Zeitabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit 254 ff. Zellmembran 569 Zellstoff 566 Zentralatom 321, 480 ff., 485, 690 zentrierte Elementarzelle 188 f. Zentrifuge 26 Zeolith 438 f. Zerfallsenergie 595 f. Zerfallsgeschwindigkeit, radioaktive 600 ff. Zerfallsgesetz, radioaktives 600 f. Zerfallskonstante, radioaktive 600 f., 690 Zerfallsreihe, radioaktive 605 f., 610 Ziegler, Karl 551 Ziegler-Natta-Katalysator 552, 690 Zink 370, 454, 455, 457, 471 ff., 533, 561 – in galvanischen Elementen 346 f., 349, 361 f. – Gewinnung 453, 455 – Rostschutz mit 360 -blende 397 – -Typ 191 ff., 430, 435

-carbonat 449 -fluorid 193 -halogenide 475 -hydroxid 323 f. -Kohle-Batterie 361 -Komplexe 484 -nitrid 411 -organische Verbindungen 519, 533 -oxid 194, 197, 333, 399, 449, 452, 475 -salze, Löslichkeit 234 -Silberoxid-Zelle 362 -sulfat 456 -sulfid 191 ff., 397, 398, 449, 452, 471, 475 Zinkfinger-Nucleasen 587 Zinn 427 f., 432, 453, 457, 468 f. – Kovalenzradius 102 – Rostschutz mit 360, 469 – Wiederaufbereitung 458 f. -(IV)-bromid 468 -(II)-chlorid 131, 380, 469 -(IV)-chlorid 289, 380, 468, 520 f. -dioxid 193, 449, 468 f. -disulfid 468 f. -(IV)-fluorid 380, 468 f. -(II)-halogenide 469 -(IV)-halogenide 468 f. -hydrid 469 -(II)-hydroxid 468 -(IV)-iodid 468 f. -nitrid 411 -(II)-salze, Löslichkeit 234 -stein 468 -sulfid 321, 469 -tetramethyl 520 Zinnober 452 Zintl-Phase 435, 690 Zirconium 457, 471 f., 474, 611 -carbid 435 -dioxid 364, 471 -Komplexe (Katalysator) 552 f. -silicat 449 -tetrachlorid 454 -tetraiodid 457 Zirkon (ZrSiO4) 438, 606 Zitronensäure 533 Zone der Stabilität 595, 690 Zonenschmelzen 434, 457, 690 Zucker 563 ff. Zündholz 385 Zusammensetzung 41 Zustand 327 Zustandsänderung 327, 330 Zustandsdiagramm 180 ff., 690 Zustandsfunktion 327, 330, 690 Zustandsgleichung, ideales Gas 156 ff., 161, 677 – reales Gas 166 Zustandsgröße 156, 327, 690 zweistufige Reaktion 262 zweiter Hauptsatz der Thermodynamik 329 f., 677 zweizähniger Ligand 483 Zwischengitterplatz 194, 690 Zwischenprodukt, -stufe 64, 258, 262 f., 508, 690 Zwitterion 537, 539, 690 Zyklon 26

713

Die Elemente

Relative Atommassen auf fünf signifikante Stellen, sofern sie so genau bestimmbar sind.

Actinium Aluminium Americium Antimon (Stibiumf) Argon Arsen Astat Barium Berkelium Beryllium Bismut [Wismut] Blei (Plumbum) Bohrium Bor Brom Cadmium Cäsium Calcium [Kalzium] Californium Cer Chlor Chrom Cobalt [Kobalt] Copernicium Curium Darmstadtium Dubnium Dysprosium Einsteinium Eisen (Ferrum) Erbium Europium Fermium Flerovium Fluor Francium Gadolinium Gallium Germanium Gold (Aurum) Hafnium Hassium Helium Holmium Indium Iod [Jod] Iridium Kalium Kohlenstoff (Carboneum) Krypton Kupfer (Cuprum) Lanthan Lawrencium Lithium Livermorium Lutetium [Cassiopeium] Magnesium Mangan Meitnerium a b c d e f

Symbol

Z

Ar

Ac Al Am Sb Ar As At Ba Bk Be Bi Pb Bh B Br Cd Cs Ca Cf Ce Cl Cr Co Cn Cm Ds Db Dy Es Fe Er Eu Fm Fl F Fr Gd Ga Ge Au Hf Hs He Ho In I Ir K C Kr Cu La Lr Li Lv Lu Mg Mn Mt

89 13 95 51 18 33 85 56 97 4 83 82 107 5 35 48 55 20 98 58 17 24 27 112 96 110 105 66 99 26 68 63 100 114 9 87 64 31 32 79 72 108 2 67 49 53 77 19 6 36 29 57 103 3 116 71 12 25 109

227,03a 26,982 241,06a 121,76 39,948 74,922 209,99a 137,33 249,08a 9,0122 208,98 207,2 270d 10,811c 79,904 112,41 132,91 40,078 252,08a 140,12 35,453c 51,996 58,934 285d 244,06a 281d 270d 162,50 252,08a 55,845 167,26 151,96 257,10a 289d 18,998 223,02a 157,25 69,723 72,63 196,97 178,49 270d 4,0026 164,93 114,82 126,90 192,22 39,098 12,011 83,798c 63,546 138,91 262,11a 6,941c 293d 174,97 24,305 54,938 278d

Mendelevium Molybdän Moscovium Natrium Neodym Neon Neptunium Nickel (Niccolum) Nihonium Niobium [Niob] Nobelium Oganesson Osmium Palladium Phosphor Platin Plutonium Polonium Praseodym Promethium Protactinium Quecksilber (Mercurius) Radium Radon Rheniume Rhodium Röntgenium Rubidiume Ruthenium Rutherfordium Samariume Sauerstoff (Oxygenium) Scandium Schwefel (Sulfur) Seaborgium Selen Silber (Argentum) Silicium [Silizium] Stickstoff (Nitrogenium) Strontium Tantal Technetium Tellur Tenness Terbium Thallium Thorium Thulium Titan Uran Vanadium [Vanadin] Wasserstoff (Hydrogenium) Wolfram Xenon Ytterbium Yttrium Zink Zinn (Stannum) Zirconium [Zirkon]

Symbol

Z

Ar

Md Mo Mc Na Nd Ne Np Ni Nh Nb No Og Os Pd P Pt Pu Po Pr Pm Pa Hg Ra Rn Re Rh Rg Rb Ru Rf Sm O Sc S Sg Se Ag Si N Sr Ta Tc Te Ts Tb Tl Th Tm Ti U V H W Xe Yb Y Zn Sn Zr

101 42 116 11 60 10 93 28 113 41 102 118 76 46 15 78 94 84 59 61 91 80 88 86 75 45 111 37 44 104 62 8 21 16 106 34 47 14 7 38 73 43 52 117 65 81 90 69 22 92 23 1 74 54 70 39 30 50 40

258,10a 95,95 289d 22,990 144,24 20,180c 237,05a 58,693 286d 92,906 259,10a 294d 190,23 106,42 30,974 195,08 239,05a 209,98a 140,91 146,92a 231,04b 200,59 226,03a 222,02a 186,21 102,91 281d 85,468 101,07 267d 150,36 15,999 44,956 32,065 269d 78,971 107,87 28,086 14,007 87,62 180,95 98,906a 127,60 294d 158,93 204,38 232,04b 168,93 47,867 238,03b, c 50,942 1,0079c 183,84 131,29c 173,05 88,906 65,38 118,71 91,224

Kein stabiles Isotop bekannt. Relative Atommasse eines gut bekannten oder gut zugänglichen Isotops. Kein stabiles Isotop bekannt. Relative Atommasse des natürlich vorkommenden Isotopengemisches. Durch künstliche Isotopentrennung sind Proben im Handel, deren Atommassen von der natürlichen Zusammensetzung abweichen. Kein stabiles Isotop bekannt. Massenzahl des längstlebigen Isotops. Schwach radioaktiv (100 Bq/g < Aktivität < 1000 Bq/g) Lateinischer Name, der zur Benennung von Verbindungen nicht verwendet wird. Lateinische Namen, die von den deutschen Namen abweichen, stehen in runden Klammern. Die früher übliche Schreibweise einiger deutscher Namen ist in eckigen Klammern angegeben.

1,00794

3,2

9,0121831

12,0107

18,99840316 20,1797

2,4 26,9815384

22,98976928 24,3050

376200

2,2

1,9

44,955908

51,9961

54,938043

72,630

65,38

58,933194

1595

78,971

2,0

92,90637

88,90584

95,95

112,414

102,90549

131,293

118,710

57–71

2,0

Lanthanoide 132,9054520 137,327

180,94788

195,084

196,966570

200,592 113

114

116

Ds

Rg

Cn

Nh

F

Lv

Ts

Og

Copernicium

Flerovium 289

ovium

281

Nihonium 286

Livermorium 293

Tenness 294

Oganesson 294

158,925354

164,930328

34218

173,045

174,9668

89–103

Actinoide 267

138,90547

232,0377

270

269

140,90766

144,242

270

270

278

281

98040 117

231,03588

Für handelsübliches Lithium schwankt die relative Atommasse zwischen 6,939 und 6,996 Kein stabiles Isotop bekannt. Atommassen für die natürlich vorkommenden Isotopenzusammensetzungen nur bei Thorium, Protactinium und Uran, sonst Atommassen der längstlebigen bekannten Isotope

Für die Atommassen sind die „besten Mit angegeben. Seit 2009 werden von der Int Chemie für folgende Elemente keine best bekanntgegeben (siehe Seite 39): Wasserstoff Lithium Bor Kohlenstoff Stickstoff Sauerstoff Magnesium

[1,00784; 1,00811] [6,938; 6,997] [10,806; 10,821] [12,0096; 12,0116] [14,00643; 14,00728] [15,99903; 15,99977] [24,304; 24,307]

te“ der natürlichen Isotopenverteilung onalen Union für Reine und Angewandte telwerte, sondern Intervallbereiche

Silicium Schwefel Chlor Argon Brom Thallium

[28,084; 28,086] [32,059; 32,076] [35,446; 35,457] [39,792; 39,963] [79,901; 79,907] [204,382; 204,385]

Die ausführlichen Lösungswege zu den Übungsaufgaben im Internet

Die kompletten Lösungswege auf www.thieme.de bieten die Möglichkeit, jeden notwendigen Rechenschritt nachzuvollziehen und erleichtern so das Verständnis für die Aufgaben. Bitte versuche jedoch stets, die Aufgaben erst selber zu lösen, bevor du die Rechenwege zu Hilfe nimmst.

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