1 Die Chemie - eine Naturwissenschaft 7

1.1 Gegenstand und Teilgebiete der Chemie 8
1.1.1 Chemie als Naturwissenschaft 8
1.1.2 Teilgebiete der Chemie 12
1.1.3 Verflechtung der Chemie mit anderen Naturwissenschaften 13

1.2 Denk- und Arbeitsweisen in der Chemie 15
1.2.1 Begriffe und Größen in der Chemie 15
1.2.2 Gesetze, Modelle und Theorien in der Chemie 18
1.2.3 Erkenntnisgewinnung in der Chemie 20

1.3 Das Experiment 28
1.3.1 Grundlagen 28
1.3.2 Vorgehen beim Experimentieren 36
1.3.3 Anfertigen eines Protokolls 37
1.3.4 Sicherheit beim Experimentieren 39


2 Bau und Eigenschaften von Stoffen 43

2.1 Teilchen 44
2.1.1 Grundlagen 44
2.1.2 Atome 45
2.1.3 Ionen 50
2.1.4 Moleküle 53

2.2 Stoffe 54
2.2.1 Grundlagen 54
2.2.2 Reinstoffe 54
2.2.3 Stoffgemische 56

2.3 Chemische Bindungen 60
2.3.1 Überblick 60
2.3.2 lonenbindung 60
2.3.3 Atombindung 63
2.3.4 Metallbindung 68

2.4 Periodensystem der Elemente 69
2.4.1 Grundlagen 69
2.4.2 Historische Entwicklung des Periodensystems 69
2.4.3 Struktur des Periodensystems 72
2.4.4 Gesetz der Periodizität 75
2.4.5 Periodizität der Eigenschaften bei Hauptgruppenelementen 76
2.4.6 Gruppeneigenschaften 81

2.5 Chemische Zeichensprache 85
2.5.1 Grundlagen 85
2.5.2 Chemische Symbole 86
2.5.3 Chemische Formeln 87
2.5.4 Chemische Reaktionsgleichungen 90


3 Chemische Reaktion 95

3.1 Grundlagen chemischer Reaktionen 96
3.1.1 Überblick 96
3.1.2 Exotherme und endotherme Reaktionen 99
3.1.3 Reaktionsgeschwindigkeit 101
3.1.4 Chemisches Gleichgewicht 105

3.2 Arten der chemischen Reaktionen 108
3.2.1 Überblick 108
3.2.2 Redoxreaktionen - Reaktionen mit Elektronenübergang ... 108
3.2.3 Elektrochemische Reaktionen 112
3.2.4 Säure-Base-Reaktionen - Reaktionen mit Protonenübergang 120
3.2.5 Fällungsreaktionen 122

4 Berechnungen in der Chemie 123

4.1 Stoffproben kennzeichnende Größen 124
4.1.1 Atom- und Molekülmasse 124
4.1.2 Masse, Volumen und Teilchenanzahl 125
4.1.3 Stoffmenge 127

4.2 Stoff kennzeichnende Größen 128
4.2.1 Dichte von Stoffen 128
4.2.2 Molare Masse 128
4.2.3 Molares Volumen 129

4.3 Gesetzmäßigkeiten chemischer Reaktionen und stöchiometrisches Rechnen 131
4.3.1 Stoffmengenverhältnisse bei chemischen Reaktionen 131
4.3.2 Massenverhältnisse bei chemischen Reaktionen 131


5 Grundlagen der anorganischen Chemie 133

5.1 Metalle 134
5.1.1 Grundlagen 134
5.1.2 Wichtige Metalle 135
5.1.3 Legierungen 137

5.2 Nichtmetalle 138
5.2.1 Grundlagen 138
5.2.2 Wichtige Nichtmetalle 138

5.3 Halbmetalle 141
5.3.1 Grundlagen 141
5.3.2 Wichtige Halbmetalle 141

5.4 Ausgewählte Hauptgruppenelemente und ihre anorganischen Verbindungen 144
5.4.1 Grundlagen 144
5.4.2 Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen 145
5.4.3 Silicium und Siliciumverbindungen 151
5.4.4 Stickstoff und Stickstoffverbindungen 155
5.4.5 Phosphor und Phosphorverbindungen 159
5.4.6 Schwefel und Schwefelverbindungen 163
5.4.7 Chlor und Chlorverbindungen 167
5.4.8 Sauerstoff und Oxide 171

5.5 Säuren und Basen 179
5.5.1 Der Säure-Base-Begriff 179
5.5.2 Wichtige anorganische Säuren 180
5.5.3 Der pH-Wert 182
5.5.4 Wichtige Basen 182
5.5.5 Darstellung und Reaktionen von Säuren und Basen 183

5.6 lonensubstanzen - salzartige Stoffe 184
5.6.1 Grundlagen 184
5.6.2 Wichtige lonensubstanzen 186


6 Organische Verbindungen 187

6.1 Organische Verbindungen mit Kohlenstoff und Wasserstoff im Molekül188
6.1.1 Grundlagen 188
6.1.2 Kettenförmige Kohlenwasserstoffe 191
6.1.3 Ringförmige Kohlenwasserstoffe 198

6.2 Organische Verbindungen mit funktionellen Gruppen .... 201
6.2.1 Überblick 201
6.2.2 Alkohole und Phenole 202
6.2.3 Halogenkohlenwasserstoffe (Alkylhalogenide) 206
6.2.4 Amine 207
6.2.5 Ether 208
6.2.6 Aldehyde und Ketone 209
6.2.7 Carbonsäuren 211
6.2.8 Aminosäuren 214
6.2.9 Ester (Carbonsäureester) 215
6.2.10 Eiweiße (Proteine) 216
6.2.11 Fette 219
6.2.12 Kohlenhydrate 221
6.2.13 Synthetische makromolekulare Stoffe 227

6.3 Reaktionen organischer Stoffe 229
6.3.1 Überblick 229
6.3.2 Substitutionsreaktionen 229
6.3.3 Additionsreaktionen 230
6.3.4 Eliminierungsreaktionen 231


7 Chemisch-technische Prozesse 233

7.1 Chemisch-technische Prozesse - Überblick 234
7.1.1 Grundlagen 234
7.1.2 Arbeitsweisen und Prinzipien großtechnischer Verfahren .. 237

7.2 Prozesse zur Gewinnung anorganischer Stoffe 240
7.2.1 Technische Herstellung von Eisen und Stahl 240
7.2.2 Technische Herstellung von Ammoniak -Ammoniaksynthese 245
7.2.3 Herstellung von Salpetersäure /. . 247
7.2.4 Technische Herstellung von Schwefelsäure y:.. . . 249
7.2.5 Technische Herstellung von Branntkalk-Kalkbreprr^n .... 251
7.2.6 Wichtige Baustoffe und ihre Herstellung .^rT 253
7.2.7 Elektrochemische Prozesse ^ 255

7.3 Prozesse zur Gewinnung organischer Stoffe 259
7.3.1 Grundlagen 259
7.3.2 Veredlung von Kohle 260
7.3.3 Aufarbeitung von Erdöl 264
7.3.4 Technische Herstellung von Methanol und Ethanol 270
7.3.5 Herstellung von Plasten, Elastomeren, Fasern 273


8 Stoffkreisläufe 275

8.1 Kreisläufe von Stoffen 276

8.2 Der Kreislauf des Kohlenstoffs 277
8.2.1 Überblick 277
8.2.2 Der Kohlenstoffkreislauf 277

8.3 Der Kreislauf des Stickstoffs 280
8.3.1 Überblick 280
8.3.2 Der Stickstoffkreislauf 280

8.4 Der Kreislauf des Wassers 283
8.4.1 Überblick 283
8.4.2 Der Wasserkreislauf 283

8.5 Kreisläufe anderer Stoffe 285
8.5.1 Der Kreislauf des Sauerstoffs 285
8.5.2 Der Kreislauf des Phosphors 285
8.5.3 Der Kreislauf des Schwefels 286


9 Umweltchemie 287

9.1 Überblick 288

9.2 Belastung der Gewässer 289
9.2.1 Die Wasservorräte der Erde 289
9.2.2 Belastungen der Gewässer 289

9.3 Belastung der Luft 291
9.3.1 Die Zusammensetzung der Luft 291
9.3.2 Belastungen der Luft 291

9.4 Belastung des Bodens 296
9.4.1 Zusammensetzung des Bodens 296
9.4.2 Belastungen des Bodens 296


10 Nachweisreaktionen 299

10.1 Anorganische Nachweise 300
10.1.1 Fällungsreaktionen 300
10.1.2 Nachweise gasförmiger Stoffe 301
10.1.3 Nachweise durch Farbreaktionen 302
10.1.4 Nachweise von Metallen durch Flammenfärbungen 304

10.2 Organische Nachweise 305
10.2.1 Nachweise funktioneller Gruppen 305
10.2.2 Nachweis von Mehrfachbindungen 306
10.2.3 Nachweise organischer Verbindungen 307


A Anhang 309
Periodensystem der Elemente 310
Register 311
Bildquellenverzeichnis 320