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Chemie für Dummies: Das Lehrbuch, 2. Auflage

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$45.00

Chemie für Dummies: Das Lehrbuch, 2. Auflage

Stefanie Ortanderl, Ulf Ritgen

ISBN: 978-3-527-81990-4 January 2019 1088 Pages

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Über die Autoren 7

Einführung 29

Törichte Annahmen über den Leser 31

Zu diesem Buch 31

Wie Sie dieses Buch einsetzen 32

Symbole in diesem Buch 34

Was Sie nicht lesenmüssen 35

Wie dieses Buch aufgebaut ist 36

Wie es weitergeht 39

Teil I Ausrüstung Für die Chemische Expedition 41

Kapitel 1 Denken wie die Naturwissenschaftler 43

Von der Beobachtung zur Theorie 43

Je nach Bedarf – Modelle und ihre Grenzen 49

Kapitel 2 Kauderwelsch? – Fachchinesisch gehört dazu 53

Grundgrößen 54

Alles festgeklopft: die SI-Einheiten 55

Normal ist das nicht 57

Was ist denn ein Quadratliter? – In welchen Dimensionen denken wir eigentlich? 58

Chemiker mögen’s extrem: sehr kleine und sehr große Zahlen 61

Kapitel 3 Erkenntnisse über die Materie 65

Gesetzmäßigkeiten 67

Einteilung der Stoffe 68

Die Natur hat ihren eigenen Kopf 70

Kapitel 4 Definitionssachen 73

Hier geht es um ein Atom 73

Hier geht es um viele Atome 79

Was ist eine empirische Formel? 84

Kapitel 5 Energetische Betrachtungen 89

Was ist überhaupt Energie? 89

Wie viel Energie ist das? 91

Wundersame Verwandlungen 92

Prozesse ohne Stoffveränderung – das ist Physik 94

Prozesse mit Stoffumwandlung – das ist Chemie 96

Kapitel 6 Damit müssen Sie rechnen 101

Dreisatz 101

Potenzen 103

Logarithmus 104

Achtung: Signifikanz 106

Infinitesimalrechnung 108

Nur für Streber: Unlösbares lösbar machen 113

Teil II Atome und Periodensystem – das Brot Für Den Chemiker 119

Kapitel 7 Das Atom steht Modell 121

DEMOKRIT 122

DALTON 122

THOMSON 123

LENARD 124

RUTHERFORD 125

BOHR 127

SOMMERFELD 127

SCHRÖDINGER 128

KIMBALL 129

Kapitel 8 Das BOHR’sche Atommodell 131

Moment! Was ist denn überhaupt ein »Quant«? 132

Das klassische Atom 132

BOHR’sche Postulate 135

Das Spektrum des Wasserstoffs 136

Kapitel 9 Elektronen beim Wellenreiten 143

Was haben Licht, Wasser und Elektronen gemeinsam? 144

Wie ist das mit SCHRÖDINGERs Katze? 151

Quantenzahlen 154

Orbitale 156

Kapitel 10 Das Periodensystem der Elemente 163

Die sonderbare Ordnung der Elemente 163

Wer zuerst kommt, besetzt die besten Plätze 166

Was ist denn hier periodisch? 176

Teil III Chemische Bindungen – Oder: Was Machen die Atome Den Ganzen Tag? 191

Kapitel 11 Ionenbindungen – berührungsfreier Zusammenhalt 193

Oktettregel – was wird hier geregelt? 194

Die Bausteine 195

Bis hierher und nicht weiter 198

Die Gitterenergie ist entscheidend 199

Gitterwelten 204

Kapitel 12 Kovalente Bindung – hier entstehen Moleküle 213

Einfach, aber praktisch – die LEWIS-Schreibweise 214

So viele Formeln! 216

3D-Konstruktionen mithilfe des VSEPR-Modells 217

Und die Orbitale? – Das VB-Modellmacht vieles anschaulich 223

Warum gibt es überhaupt Moleküle? – die MO-Theorie weiß die Antwort 234

Kein Modell kann alles leisten: VB trifft MO 249

Nur für Streber: Symmetrie in der Chemie, Teil 1 – Moleküle 249

Kapitel 13 Koordinative Bindung – Geschenke werden gerne genommen 261

Koordinative Bindungen in einfachen Molekülen 262

Hier bekommen Sie Komplexe 262

Komplexe Bindungen 268

Nicht kaputt zu kriegen? 280

Alles so schön bunt hier 284

Isomerie 287

Kapitel 14 Hart im Nehmen – die Metalle 295

Metallische Eigenschaften 296

Kristallstrukturen 298

Wie hält das eigentlich zusammen? 309

Nur für Streber: EINSTEIN ist überall 317

Kapitel 15 Intermolekulare Wechselwirkungen – Bedürfnis nach Gesellschaft 323

Kräftevergleich 324

Teil IV Thermodynamische Grundlagen – Was Geht Überhaupt? 331

Kapitel 16 die Grammatik der Thermodynamik 333

Thermodynamisches Vokabular 334

Die Hauptsätze 346

Was treibt die Chemie an? 354

Nur für Streber: Woher kommt das Massenwirkungsgesetz? 358

Kapitel 17 Hier bekommen Sie (noch mehr) Zustände 363

Auf den Unterschied kommt es an 363

Wer verursacht einen Zustand? 366

Zustandsdiagramme 367

Teil V Zustandsformen der Materie 377

Kapitel 18 Gase 379

Gase machen Druck 380

Das ideale Gasgesetz 384

Nur für Streber: Gase genauer betrachtet – die kinetische Gastheorie 386

Kapitel 19 Flüssigkeiten 389

Erkennungsmerkmale 389

Kapitel 20 Lösungen 401

Eine Lösung wird gesucht 402

Lösungswärme 404

Die Löslichkeit ist beeinflussbar 406

Dies hängt von der Konzentration ab 409

Nur für Streber: Immer diese Thermodynamik 415

Kapitel 21 Feststoffe 419

Sind wir jetzt ordentlich oder nicht? – Kristallin oder amorph 419

Gitter für Fortgeschrittene 420

Polymorphie – Festkörper-Lego® 430

Nur für Streber: Symmetrie in der Chemie, Teil 2 – im Gitter 433

Teil VI Chemische Reaktionen und Alles, Was Dazugehört 441

Kapitel 22 Stöchiometrie – wie viel reagiert denn da? 443

Warum Reaktionsgleichungen? 444

Lohnt sich das überhaupt? 448

Kapitel 23 die Zeit läuft – wie schnell ist eine Reaktion? 453

Was ist überhaupt Reaktionsgeschwindigkeit? 454

Erledigung der Formalitäten – Ordnung muss sein 456

Geht’s nicht schneller? 459

Nur für Streber: Reaktionsgeschwindigkeit mit Quantität 463

Kapitel 24 Ein ewiges Hin und Her – das chemische Gleichgewicht 469

Von wegen Ruhe – hier ist alles dynamisch 469

Der Weg zum Massenwirkungsgesetz (MWG) 472

Chemie – keine Kämpfernatur: Rückzug garantiert 476

Gesättigte Lösungen – das Löslichkeitsprodukt 481

Kapitel 25 Geben und nehmen – Säure/Base-Gleichgewichte 487

Für alles gibt es Konzepte 488

Wenn Wasser sonst nichts zu tun hat 493

Der pH-Wert 495

Lebenslang verheiratet – die Säure/Base-Paare 496

pH-Wert-Berechnung 504

Titrationskurven – alle Facetten 516

Kartoffelpuffer können so etwas nicht 524

Kapitel 26 Chemie unter Strom – Elektrochemie 533

Auch hier im Doppelpack 534

Nützliche Oxidationszahlen 535

Wie wird eine Redox-Gleichung aufgestellt? 538

Hat durchaus Potential 541

Was Redox-Paare sonst noch so können 550

Batterien? – Kenne ich! 550

Wenn Gewalt im Spiel ist – die Elektrolyse 556

Was ist denn nun eine Batterie? 560

Teil VII Stoffchemie – Jetzt Wird Es Konkret 563

Kapitel 27 -id, -it, -at – wie denn nun? 565

Das Kind bekommt einen Namen 565

Spitznamen – gar nicht trivial 570

Kapitel 28 Elemente allein zu Haus 573

Allotropie – Polymorphie für Einzelgänger 573

Mit uns spielt ja keiner – oder doch? die Edelgase 583

Kapitel 29 Wenn Salzbildner keine Salze bilden – die Chemie der Halogene 589

Unter Ihresgleichen 590

Salzsäure und Co. – die Halogenwasserstoffe HX 592

Sauer mit Sauerstoff 593

Halogene und der Rest des Periodensystems 596

Kapitel 30 Mehr als nur Atemluft – Sauerstoff & Co 599

Wasserstoffoxide – H2O und darüber hinaus 599

Wenn Sauerstoff mit seinen Geschwistern spielt 601

Wenn Stickstoff auf die Chalkogene trifft 606

Chalkogene und der Rest der 5. Hauptgruppe 611

Chalkogene und die 4. Hauptgruppe 616

Wenn Salzbildner auf Erzbildner treffen – Chalkogene und Halogene 618

Sie heißen ja nicht umsonst »Erzbildner« 619

Kapitel 31 Ammoniak und mehr – die 5. Hauptgruppe 621

Was der Stickstoff so alles kann! 622

Von niedermolekular zu hochmolekular – geometrisch betrachtet 633

Kapitel 32 Unfassbar viele Möglichkeiten mit Kohlenstoff & Co 635

Kohlenstoff und was er kann 636

Silicium: wirklich der große Bruder vom Kohlenstoff 642

Jetzt ist alles glasklar: SiO643

Und weiter im Periodensystem: Germanium, Zinn und Blei 653

Kapitel 33 Hier mangelt’s gewaltig – die 3. Hauptgruppe 655

Das hat man davon, wenn’s nicht reicht: Elektronenmangelverbindungen 655

Borane – unendliche Vielfalt 666

Zwischen den Welten: das Halbmetall Bor 670

Kapitel 34 Metalle in Haupt- und Nebengruppen 673

Welche Ladung darf ’s denn sein? 673

Im Team: Legierungen – und darüber hinaus 684

Teil VIII Organische Chemie – Chemie-Lego® Für Fortgeschrittene 693

Kapitel 35 Aus altmach neu – aus AC wird OC 695

Vielfalt trotz weniger unterschiedlicher Bausteine 698

Wie heißt denn das? – Systematische Nomenklatur 704

Was für zappelige Dinger! 705

Was Sie schon kennen – in neuem Lichte betrachtet 708

Eigentlich gar nicht so unübersichtlich! 713

Wie schlau sind wir schon? – Eine Zwischenbilanz 714

Kapitel 36 Partnertausch in der OC 717

Gar nicht politisch: Freie Radikale 717

Elektronisches Tauziehen 723

Bild und Spiegelbild – Stereochemie 725

Partnertausch auf anderem Wege: die Nucleophile Substitution 736

Noch ein Wechselspiel der Kräfte – kinetisch versus thermodynamisch 741

Kapitel 37 Erst die Scheidung, dann die Unzufriedenheit 745

Wenn man sich in der Chemie trennt: die Eliminierung 745

Der Anfang einer neuen Beziehung 751

Wenn Doppelbindungen einander bemerken 755

Jenseits der Doppelbindung 760

Kann sich der Wasserstoff bitte mal entscheiden? 762

Nur für Streber: MO in der OC? 764

Kapitel 38 der Herr der Ringe 771

Wenn der Kohlenstoff unter sich bleibt 771

Mehr Abwechslung 779

Wenn sich Mehrfachbindungen häufen 781

Partnertausch am Ring 784

Das muss doch auch anders gehen! – Ring-Varianten 789

Nur für Streber: Herr HÜCKEL! Sie schon wieder? 800

Kapitel 39 Wenn nicht der Kohlenstoff den Ton angibt 809

Alkohole – die großen Brüder des Wassers 809

Wenn der Alkoholmit der Säure 814

Lego® mit Ammoniak – Amine 816

Kapitel 40 Wenn der Kohlenstoff langsam sauer wird 819

Nicht die jetzt auch noch! – Organische Redox-Reaktionen! 819

Empfindliche Burschen & Putzmittel: Aldehyde und Ketone 821

Jetzt ist er sauer 832

Noch mehr Lego® 840

Das Kind bekommt einen Namen – Teil 2: Prioritäten bei der Organischen Nomenklatur 844

Kapitel 41 Alles gleichzeitig: Pericyclische Reaktionen 849

Erst auf, dann zu: Elektrocyclische Reaktionen 849

Aus zweimach eins: Cycloadditionen 855

Und wieder zurück: Cycloreversionen 858

Und wer kein p-Orbital hat, bleibt draußen? – Sigmatrope Reaktionen 861

Kapitel 42 Nur für Streber: Grundlagen der organischen Synthese 869

Wundersame Stoffumwandlung? 870

Noch einmal: Redox 871

Wenn die Kette länger wird 876

Wo soll das alles enden? – Veränderungen 888

Stereochemie in der Synthese 893

Rückwärts gedacht: Retro-Synthese 896

Kapitel 43 Nur für Streber: Spiel (fast) ohne Grenzen – Metallorganik/Elementorganik 903

Kohlenstoff trifft Metall 903

Nicht nur graue Theorie – Metallorganik in der Synthese 913

Metall auf Metall – Mehrkernige Komplexe 919

C und der Rest des PSE – wo OC auf AC trifft 921

Teil IX Chemie – die Wissenschaft Des Lebens 925

Kapitel 44 Ach, wie süß! – Traubenzucker und andere Kohlenhydrate 927

Zwei große Familien 927

Chemie-Lego® mit größeren Bausteinen 939

…und wenn sie zusammengefügt warden 943

Kapitel 45 Moleküle, die das Leben schreiben – DNA und RNA 949

Ein Schritt nach dem anderen 949

Der große Bauplan – DNA 952

Was die Natur damit macht 954

Kapitel 46 Sauer und basisch auf Leben und Tod – Aminosäuren 959

Nicht alle Säuren sind einfach nur ätzend! 959

Aminosäuren tun sich zusammen 969

Proteine: Enzyme und mehr 977

Nur für Streber: die Mutanten kommen! 984

Kapitel 47 Spüli in der Zellmembran? – Lipide 989

So dünn und so wichtig – Lipid-Doppelschichten 990

Ständig in Bewegung: die Zellmembran (ein bisschen Biologie) 996

Kapitel 48 Essen und Ausscheiden, Wachsen und Verwesen – alles ist Chemie 999

Warum atmen wir eigentlich? 999

Der Stoffwechsel – ein bunter Strauß eigentlich einfacher Reaktionen 1002

Ohne Chemie gäb’s Skorbut: Krankheiten, chemisch betrachtet 1013

Leichengifte, Leichenstarre – pure Chemie 1015

Was uns Pflanzen voraushaben – die Photosynthese 1019

Wie bitte? – Bioanorganische Chemie?! 1020

Was die Chemie dem Pharmazeuten beschert – SAR 1025

Kapitel 49 Chemie-Lego® mit nur einem Baustein? – Terpene, Terpenoide … und darüber hinaus 1037

Kopf an Kopf, Kopf an Schwanz … drei Möglichkeiten 1039

Eine große Familie 1041

Woher kommt denn das? – die Biosynthese des Isoprens 1055

Teil x … und sie spezialisieren sich doch! 1061

Kapitel 50 Woher weiß man das alles? – die Analytik macht’s möglich 1063

Analytische Chemie im Reagenzglas 1063

Was wirdmit Gemischen gemacht? – Wichtige Trennmethoden 1067

Mit schwerem Gerät 1070

Moleküle im Fleischwolf: Massenspektrometrie 1088

Kapitel 51 Chemiker und Ingenieure halten zusammen – Technische Chemie 1093

Synthese im Tonnenmaßstab 1095

Große Apparate müssen her 1097

Der Weg ist das Ziel 1101

Hier haben Ingenieure das Sagen 1103

Kapitel 52 An der Grenze von Chemie und Physik – Kernchemie 1105

Kernumwandlungen 1105

Radioaktivität 1112

Künstliche Kernumwandlungen 1120

Teil XI der Top-Ten-Teil 1125

Kapitel 53 Gestatten? – Politchemiker! Zehn Spezialgebiete der Chemie 1127

Polymerchemie 1127

Umweltchemie 1129

Lebensmittelchemie 1132

Pharmazeutische Chemie 1134

Kolloidchemie 1135

Lackchemie 1137

Bauchemie 1137

Theoretische Chemie 1139

Wirtschaftschemie 1139

Kosmochemie 1141

Kapitel 54 So bitte nicht! – Zehn Fettnäpfchen, denen Sie ausweichen sollten 1143

Das Wort »Atom« ist völlig überbewertet! 1143

Umdeutungen von Fachtermini 1144

Achten Sie auf Ihre Aussprache! 1144

Was ist denn CO2?! 1144

In Formeln sprechen 1144

Die guten alten Polyeder 1145

Lithium 1145

Die Begriffe »oxidieren« und »reduzieren« 1145

Manche Substanzen heißen einfach so! 1145

Manche Substanzen heißen eben nicht so! 1145

Glossar 1147

Lösungen 1157

Stichwortverzeichnis 1207