Chemie für Dummies

John T. Moore unterrichtet seit vielen Jahren Chemie und bildet Chemielehrer aus. Außerdem ist er Herausgeber des Journal of Chemical Education und Autor von Biochemie für Dummies sowie Organische Chemie II für Dummies.

• Einführung 21Über dieses Buch 21Wie man dieses Buch benutzt 22Voraussetzungen 22Wie ist dieses Buch aufgebaut? 23Teil I: Grundlegende Konzepte der Chemie 23Teil II: Drum prüfe, wie sich Atome verbinden 23Teil III: Das Mol: Der beste Freund des Chemikers 24Teil IV: Chemie im Alltag: Nutzen und Probleme 24Teil V: Der Top-Ten-Teil 24Icons, die in diesem Buch verwendet werden 25Wie geht es von hier aus weiter? 25Teil I Grundlegende Konzepte Der Chemie 27Kapitel 1 Was ist Chemie und warum sollte man darüber etwas wissen? 29Was ist genau Chemie? 29Zweige der Chemie 30Makroskopische und mikroskopische Perspektive 31Reine und angewandte Chemie 32Was macht nun der Chemiker den lieben langen Tag? 32Und wo arbeiten Chemiker tatsächlich? 34Kapitel 2 Materie und Energie 35Zustände der Materie: Makroskopische und mikroskopische Sicht 36Feststoffe 36Flüssigkeiten 36Gase 37Eis am Nordpol, Wasser am Äquator: Materie wechselt den Zustand 37Ich glaube ich schmelze! Das ist alles deine Schuld! 37Der Siedepunkt 38Gefrierpunkt: Das Wunder des Eiswürfels 38Sublimieren Sie das! 39Reine Substanzen und Mischungen 39Reine Substanzen 40Nun kommen die Mischungen hinzu 41Das Messen von Materie 42Das SI-System 42Das sind ja nette Eigenschaften 42Wie dicht sind Sie? 43Das Messen der Dichte 43Energie (Ach, hätte ich doch mehr davon!) 45Kinetische Energie – immer in Bewegung bleiben 45Potenzielle Energie – sitzen Sie gut? 45Das Messen von Energie 46Temperatur und Temperaturskalen 46Fühlen Sie die Wärme 47Kapitel 3 Kleiner als ein Atom? 49Subatomare Teilchen: So, das ist also ein Atom 49Der Kern: Mittelpunkt 51Wo sind denn nun diese Elektronen? 52Das Bohr’sche Modell – Boah, das ist ja gar nicht langweilig! 53Quantenmechanisches Modell 54Elektronenkonfigurationen (Das Bett der Elektronen) 59Das gefürchtete Energieniveaudiagramm 59Elektronenkonfigurationen: Leicht und Platz sparend 61Valenzelektronen: Ein Leben auf dem Grat 62Isotope und Ionen: Einige meiner Lieblingsthemen 63Isotope isolieren 63Ein Blick auf Ionen kann sich lohnen 64Kapitel 4 Das Periodensystem – Systematik hilft! 67Wiederholung von Mustern: Periodizität 67Wie die Elemente im Periodensystem angeordnet sind 68Metalle, Nichtmetalle und Halbmetalle 70Gruppen und Perioden 72Kapitel 5 Kernchemie, ohne dass Ihre Gehirnzellen zerfallen 79Mit dem Atom fängt alles an 79Radioaktivität und künstlicher radioaktiver Zerfall 80Natürlicher radioaktiver Zerfall: Wie die Natur vorgeht 81Alphastrahlung 82Betastrahlung 83Gammastrahlung 83Positronenstrahlung 84Elektronenaufnahme 84Halbwertszeiten und radioaktive Altersbestimmung 84Sichere Handhabung 86Radioaktive Altersbestimmung 87Kernspaltung 87Kettenreaktionen und die kritische Masse 88Atombomben – nicht ganz so laut wie der Urknall, aber immerhin 89Atomkraftwerke 89Brutreaktoren: Erzeugung von spaltbarem Material 92Kernfusion: Die Hoffnung für unsere Energiezukunft 93Was man im Griff haben muss 93Was wird die Zukunft bringen? 94Leuchte ich etwa? Die Wirkungen der Strahlung 95Teil II Drum Prüfe, Wie Sich Atome Verbinden 97Kapitel 6 Gegensätze ziehen sich an: Ionenbindungen 99Die Magie der Ionenbindung: Natrium + Chlor = Kochsalz 99Die Bestandteile des Salzes 100Die Reaktion 100Am Ende kommt die Bindung 102Positive und negative Ionen: Kationen und Anionen 103Polyatomare Ionen 105Ionenbindungen 107Magnesium und Brom zusammenwerfen 107Das Verwenden der Kreuzregel 108Das Benennen von Ionenverbindungen 109Elektrolyte und Nichtelektrolyte 110Kapitel 7 Kovalente Bindung: Brüderlich teilen 113Grundlagen der kovalenten Bindung 113Ein Wasserstoffbeispiel 114Vergleich der kovalenten Bindung mit anderen Bindungsarten 115Zum Verständnis der Vielfachbindung 116Das Benennen binärer kovalenter Verbindungen 117So viele Formeln, so wenig Zeit 118Empirische Formeln: Nur die Elemente 119Summenformeln: Genaue Zahlen 119Strukturformeln: Neu! Jetzt mit Bindungsmuster! 120Einige Atome sind einfach anziehender als andere 125Elektronen anziehen: Elektronegativität 125Die polar-kovalente Bindung 126Wasser: Ein wirklich bemerkenswertes Molekül 127Wie sieht Wasser wirklich aus? Das VSEPR-Modell 130Kapitel 8 Kochen mal anders: Chemische Reaktionen 135Was Sie haben und was Sie kriegen: Edukte und Produkte 136Wie kommt es zu Reaktionen? Die Stoßtheorie 137Ein exothermes Beispiel 138Ein endothermes Beispiel 139Was für eine Reaktion bin ich? 140Kombinationsreaktionen 140Zerfallsreaktionen 140Einfache Verdrängungsreaktionen 141Doppelte Verdrängungsreaktionen (Metathese-Reaktionen) 142Verbrennungsreaktionen 144Redox-Reaktionen 144Wie man chemische Reaktionen ausgleicht 145Riechen Sie dieses Ammoniak? 145Zünden Sie Ihr Feuerzeug 147Das chemische Gleichgewicht 148Das Prinzip von Le Chatelier 150Konzentrationsänderung 150Temperaturänderung 151Druckänderung 152Schnelle und langsame Reaktionen: Chemische Kinetik 153Art der Ausgangsstoffe 153Partikelgröße der Ausgangsstoffe 154Konzentration der Ausgangsstoffe 154Druck von gasförmigen Ausgangsstoffen 154Temperatur 155Katalysatoren 156Kapitel 9 Elektrochemie: Von der Batterie bis zum Teekessel 161Da gehen sie hin, die Elektronen: Redox-Reaktionen 162Wo habe ich denn jetzt die Elektronen gelassen? Oxidation 162Guck mal, was ich gefunden habe! Reduktion 163Des einen Verlust, des anderen Gewinn 164Zahlenspiel: Oxidationszahlen 165Das Aufstellen (und Ausgleichen!) von Redox-Gleichungen 166Einmal Strom zum Mitnehmen, bitte! – Elektrochemische Batterien 169Hübsche Zell’, Mister Daniell 170Es werde Licht: Taschenlampenbatterien 171Gentlemen, starten Sie Ihre Motoren: Autobatterien 172Fünf Euro für eine goldene Kette? Elektrogalvanisierung 173Dies bringt mich zur Weißglut! Verbrennung von Treibstoffen und Nahrung 175Teil III Das Mol, Der Beste Freund Des Chemikers 177Kapitel 10 Das Mol: Atome zum Anfassen 179Zählen durch Wiegen 179Paar, Dutzend, Stiege, Mol 180Avogadros Lieblingszahl 181Die Anwendung des Mols in der realen Welt 181Chemische Reaktionen und das Mol 183Wie viel man braucht, wie viel entsteht: Reaktionsstöchiometrie 185Wo ist es geblieben? Prozentuale Ausbeute 187Zu viel oder zu wenig: Limitierende Faktoren 187Kapitel 11 Mischen von Materie: Lösungen 191Gelöster Stoff, Lösungsmittel und Lösungen 191Eine Lösungsdiskussion 192Satte Fakten 192Konzentration 193Prozentuale Zusammensetzung 193Die Nummer 1 heißt Stoffmengenkonzentration 196Molalität: Eine andere Verwendung für das Mol 198Teile pro Million: Die Verschmutzungseinheit 199Kolligative Eigenschaften von Lösungen 200Dampfdruckerniedrigung 200Warum verwenden wir im Sommer Frostschutzmittel? Siedepunktserhöhung 201Wir stellen Eis her: Gefrierpunktserniedrigung 201So bleiben Blutkörperchen fit: Osmotischer Druck 202Rauch, Wolken, Schlagsahne und Marshmallows: Kolloide allesamt 205Kapitel 12 Sauer und bitter: Säuren und Basen 207Eigenschaften von Säuren und Basen, makroskopisch betrachtet 207Wie sehen Säuren und Basen denn aus? – Ein Blick durchs Mikroskop 209Die Theorie von Arrhenius: Ohne Wasser geht gar nichts 209Die Brønsted-Lowry-Säure-Base-Theorie: Geben und Nehmen 210Ätzend oder trinkbar: Starke und schwache Säuren und Basen 211Starke Säuren 211Starke Basen 212Schwache Säuren 213Schwache Basen 215Her mit dem Proton: Brønsted-Lowry-Säure-Base-Reaktionen 215Entscheide dich: Amphoteres Wasser 216Ein altes Abführmittel und Rotkohl: Säure-Base-Indikatoren 217Das gute alte Lackmus-Papier 217Phenolphthalein: Alles geregelt 218Wie sauer ist mein Kaffee? Die pH-Skala 219Puffer: Die pH-Controllettis 222Antazida: Ganz einfache Grundlagenchemie 223Kapitel 13 Ballons, Reifen und Pressluftflaschen: Die wunderbare Welt der Gase 225Gase unter dem Mikroskop: Die kinetische Gastheorie 226Druck: Eine Frage der Atmosphäre 228Ein Messgerät für die Atmosphäre: Das Barometer 228Ein Messgerät für den Druck eingeschlossener Gase: Das Manometer 230Auch Gase halten sich an Gesetze – Gasgesetze 230Das Boyle-Mariotte-Gesetz 231Charles’sches Gesetz 232Gay-Lussacs Gesetz 234Das kombinierte Gasgesetz 235Das Gesetz von Avogadro 236Das ideale Gasgesetz 238Gasgesetze und Stöchiometrie 238Die Gesetze von Dalton und Graham 239Daltons Gesetz 239Grahams Gesetz 240Teil IV Chemie Im Alltag: Nutzen Und Probleme 243Kapitel 14 Die Chemie des Kohlenstoffs: Organische Chemie 245Kohlenwasserstoffe: Vom Einfachen zum Komplexen 246Vom Gasgrill zum Tiger im Tank: Alkane 246Ungesättigte Kohlenwasserstoffe: Alkene 253Alkine braucht die Welt 255Aromatische Verbindungen: Benzol und andere »anrüchige« Verbindungen 255Funktionelle Gruppen 256Alkohole (einreiben und einverleiben): R–OH 256Carbonsäuren (kleine Stinker): R–COOH 257Ester (noch mehr Gerüche, aber diesmal Wohlgerüche): R–COOR’ 258Aldehyde und Ketone 259Ether (Gute Nacht): R–O–R 259Amine und Amide: Organische Basen 260Kapitel 15 Erdöl: Chemikalien für Verbrennung und Gestaltung 263Sei nicht so roh, raffiniert kommt man weiter 263Trennung ohne Schmerz: Fraktionierte Destillation 264Aufbruchstimmung: Katalytisches Cracken 266Schieb mir mal was rüber: Katalytisches Reformieren 267Die Geschichte des Benzins 267Wie gut ist Ihr Benzin? Oktanzahlen 268Additive: Blei rein, Blei raus 270Kapitel 16 Polymere: Gleich zu Gleich gesellt sich gern 273Natürliche Monomere und Polymere 274Wie man synthetische Monomere und Polymere klassifiziert 275Brauchen wir nicht alle Strukturen? 275Und wenn’s mal heiß wird? 275Was mache ich denn damit? 276Wie wird’s gemacht? 276Kunststoffe reduzieren, wiederverwenden, recyceln 285Kapitel 17 Chemie im Haushalt 287Chemie in der Waschküche 287Alles im Reinen: Seife 289Weg mit dem Schmutzrand in der Wanne: Detergenzien 290Hach, ist das schön weich: Wasserenthärtung 291Weißer als weiß: Bleichmittel 293Küchenchemie 293Alles sauber: Allzweckreiniger 293Spüli und Konsorten: Spülmittel 293Chemie im Badezimmer 294Auch im Rachen lässt sich was machen: Zahnpasta 294Puh! Deodorants und Antitranspirants 295Weich und schön: Die Chemie der Hautpflege 295Waschen, färben, legen: Die Chemie der Haarpflege 299Medizinschränkchen-Chemie 303Die Geschichte des Aspirins 303Minoxidil und Viagra 303Kapitel 18 Hust! Hust! Keuch! Keuch! 305Zivilisation und Atmosphäre (oder: Wo der ganze Schlamassel anfängt) 305Atmen oder nicht atmen: Unsere Atmosphäre 306Die Troposphäre: Hier bin ich Mensch, hier atme ich ein 306Die Stratosphäre: Schutzschild Ozonschicht 307Hände weg von meinem Ozon: Haarspray, FCKWs und das Ozonloch 307Wie schädigen FCKWs die Ozonschicht? 308Werden FCKWs immer noch produziert? 309Ist Ihnen auch so heiß? (Der Treibhauseffekt) 309Braune Luft? (Photosmog) 310London-Smog 311Photosmog 311»Ich zerrfliiiiiiiiiiiiiieße!« – Saurer Regen 313Aufladen und raus damit: Elektrostatische Filter 315Spülwasser: Nasse Entschwefelung 316Kapitel 19 Braunes, stinkendes Wasser? Wasserverschmutzung 317Wo kommt unser Wasser her und wo fließt es hin? 318Verdunsten, kondensieren, wiederholen 318Wohin das Wasser fließt 319Wasser: Eine höchst ungewöhnliche Substanz 319Igittigitt! Was unser Wasser verschmutzt 321Das Blei ist noch nicht überall verschwunden: Verunreinigungen durch Schwermetalle 322Saurer Regen 323Infektiöse Erreger 323Deponien 324Wasserverschmutzung durch Agrarwirtschaft 325Auch Hitze kann schaden: Thermische Verschmutzung 325Brauchen Sie Sauerstoff? – BSB 326Das müssen wir erst noch klären: Abwässer 326Mechanische Abwasserreinigung 326Biologische Abwasserreinigung 327Chemische Abwasserreinigung 328Trinkwasseraufbereitung 328Teil V Der Top-Ten-Teil 331Kapitel 20 Zehn zufällige Entdeckungen in der Chemie 333Archimedes: Alles mit Muße 333Die Vulkanisierung von Gummi 334Rechts und links drehende Moleküle 334William Perkin und die Farbe Lila 334Kekulé: Ein schöner Traum 335Die Entdeckung der Radioaktivität 335Eine schlüpfrige Sache: Teflon 335Nicht nur für Sträflinge: Haftnotizen 336Lass wachsen 336Süßer als Zucker 336Kapitel 21 Zehn Koryphäen der Chemie 337Amedeo Avogadro (1776–1856) 337Niels Bohr (1885–1962) 337Madame Marie Curie (1867–1934) 338John Dalton (1766–1844) 338Michael Faraday (1791–1867) 338Antoine Lavoisier (1743–1794) 338Dimitri Mendelejew (1834–1907) 339Linus Pauling (1901–1994) 339Ernest Rutherford (1871–1937) 339Glenn Seaborg (1912–1999) 340Das Mädchen in der dritten Klasse, das mit Essig und Backpulver herumexperimentiert (*?) 340Kapitel 22 Zehn nützliche Chemie-Websites 341Chemgapedia 341Naturwissenschaftliches Arbeiten 342Gefährliche Stoffe 342Chemieseite 342Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit 342ChemPage 343Experimentalchemie 343Spektrum Lexikon 343Chemieonline 343Deutsches Museum 344Anhang A Wissenschaftliche Einheiten: Das metrische System 345SI-Präfixe 345Länge 346Masse 346Volumen 346Temperatur 347Druck 347Energie 347Anhang B Wie man mit sehr großen und sehr kleinen Zahlen umgeht 349Exponentielle Schreibweise 349Addition und Subtraktion 350Multiplikation und Division 350Zahlen potenzieren 350Rechnen mit dem Taschenrechner 350Anhang C Methoden zur Umrechnung 353Anhang D Signifikante Stellen und das Runden 357Zahlen: Genau und gezählt oder gerundet 357Bestimmung der signifikanten Stellen einer gemessenen Zahl 358Die richtige Anzahl signifikanter Stellen angeben 358Addition und Subtraktion 359Multiplikation und Division 359Zahlen runden 359Lösungen zu den Aufgaben in den Kapiteln 361Stichwortverzeichnis 373