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Anorganische Experimentalchemie für Physiker 1. Einführung • Die

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Anorganische Experimentalchemie f¨
ur Physiker
1. Einf¨
uhrung
• Die Chemie, eine experimentelle Wissenschaft
• Was leistet die Chemie?
2. Stoffe und Stofftrennung
• Heterogene und homogene Stoffe, Reinstoffe, Verbindungen, Elemente
3. Chemische Reaktion und Energieumsatz
• Exotherme und endotherme Reaktionen, Reaktionsenthalpie
• Reaktionsgeschwindigkeit, Aktivierung chemischer Reaktionen, Katalysator
4. Atome und Molek¨
ule
• Gesetz von der Erhaltung der Masse
• Gesetz der konstanten Proportionen
• Gesetz der multiplen Proportionen
• Volumenverh¨
altnisse bei chemischen Reaktionen, Avogadro’sche Molek¨
ulhypothese,
chemische Formel
• Elementarteilchen, Protonen, Neutronen, Elektronen, Isotope, atomare Masseneinheit
• Aussagen einer chemischen Gleichung; das Mol - die Einheit der Stoffmenge
• Massendefekt
• Radioaktivit¨
at, Elementumwandlung
5. Der Wasserstoff
• Vorkommen
• Herstellung von Wasserstoff im Labor und in der Technik
• Physikalische Eigenschaften von Wasserstoff, Gasgesetze
• Chemische Eigenschaften von Wasserstoff
• Wasserstoff-Technologie, Verwendung von H2
6. Atomh¨
ulle
• Quantenzahlen, Elektronenkonfiguration
• Aufbauprinzip des Periodensystems der Elemente
• Ionisierungsenergie, Atom- und Ionen-Radien, Elektronenaffinit¨at
1
7. Edelgase
• Vorkommen, Linde-Verfahren
• Physikalische Eigenschaften
• Verwendung
8. Der Sauerstoff
• Vorkommen
• Darstellung
• Physikalische Eigenschaften
• Chemisches Verhalten
• Fl¨
ussiger Stickstoff und fl¨
ussiger Sauerstoff
9. Atombindung
• Elektronenpaar-Bindung, Bindungsabstand, Bindungsenthalpie
• Elektronenformel (Lewis-Formel), Oktettregel
• Elektronenpaar-Abstoßungs-Theorie
• Hybridisierung, σ-, π-Bindung
• Molek¨
ulorbitale, MO-Schema von zweiatomigen Molek¨
ulen
• Polare Atombindung, Elektronegativit¨at
10. Ozon
• Bildung und Eigenschaften von Ozon, MAK-Wert
• Mesomerie, formale Ladung
• Bildung von Ozon in der unteren und oberen Atmosph¨are, das Ozon-Problem
11. Metallbindung
• Eigenschaften von Metallen
• Dichteste Kugelpackungen, Koordinationszahlen
• Elektrische Leitf¨ahigkeit, Energieb¨andermodell
12. Ionenbindung, Salze
• Eigenschaften von Salzen
• Wichtige Ionengitter, Koordinationszahl und Ionenradien, Gitterenergie, HaberBorn-Kreisprozeß
• Zusammenhang zwischen Bindungstyp, Gitter und Eigenschsaften von Verbindungen
• Der L¨osungsvorgang, Hydratationsenthalpie
13. Das Wasser
• Wasserstoff-Br¨
uckenbindungen und Eigenschaften des Wassers, Dichteanomalie,
Zustandsdiagramm
• Osmotischer Druck
• Dampfdruckerniedrigung, Siedepunkterh¨ohung, Gefrierpunkterniedrigung von
L¨
osungen
2
14. Die Halogene, VII Hauptgruppe
• Vorkommen
• Darstellung der Halogene
• Physikalische Eigenschaften der Halogene
• Chemische Eiganschaften der Halogene
• Oxidation und Reduktion, Redoxvorg¨ange als Elektronen¨
uberg¨ange
• Oxidationszahl, Aufstellen von Redoxgleichungen
15. Halogenwasserstoffe
• Darstellung aus Halogeniden + S¨aure sowie aus den Elementen
• Kettenreaktion, photochemische Reaktion
• Eigenschaften von Halogenwasserstoffen, H-Br¨
uckenbindung in HF, H-X als Reduktionsmittel und als Br¨onsted-S¨auren
16. Reaktionsgeschwindigkeit und chemisches Gleichgewicht
• Abh¨angigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit a) von der Konzentration, b) von der
Temperatur
• Das Massenwirkungsgesetz, die Gleichgewichtskonstante
¨
• Anderung
der Reaktionsbedingungen (Konzentration, Druck, Temperatur) und
chemisches Gleichgewicht
• Das Prinzip des kleinsten Zwangs
17. S¨
auren und Basen
• Die Br¨onsted-Lowry Definition, Protonen¨
uberg¨ange, Ampholyte
• S¨
aure- und Basenst¨arke, der KS (pKS ) bzw. der KB (pKB )-Wert
• Die abgestufte S¨aurest¨
arke der Halogenwasserstoffe
• Ionenprodukt des Wassers, der pH-Wert
¨
• Neutralisation, Salzprotolyse, Anderung
des pH-Werts, Indikatoren
• Puffer
• Korrespondierende S¨aure/Base Paare
• Lewis-S¨
auren und -Basen
18. Wasserstoffperoxid
• Bildung und Herstellung von H2 O2
• Chemische Eigenschaften von H2 O2 , Disproportionierung, H2 O2 als Oxidationsund Reduktionsmittel (redoxamphoter)
• Struktur von H2 O2
19. Interhalogenverbindungen und Edelgasverbindungen
• Interhalogenverbindungen (nur kurz)
• Edelgasfluoride und -oxide, isoelektronische Verbindungen
• Das Elektronenpaar-Abstoßungs-Konzept (viele Beispiele)
3
20. Elektrochemie, Redox-Reaktionen
• Korrespondierende Redoxpaare, Reaktionen von unedlen Metallen mit Metallionen
• Galvanische Elemente, Daniell-Element, Bleiakku
• Normalpotential, Standardwasserstoffelektrode
• Elektrochemische Spannungsreihe
• Passivierung
• Abh¨
angigkeit des Redoxpotentials von der Konzentration, Nernst’sche Gleichung,
Konzentrationskette
• Redoxpotentiale und Gleichgewichtskonstante
• Lokalelemente und Korrosion
• Elektrolyse, Zersetzungsspannung, Faraday-Gesetze
21. Die Chalkogene (VI Hauptgruppe)
• Vorkommen und Gewinnung von Schwefel, Selen, Tellur
• Struktur von S8 , Sn -Ringen, Se Modifikationen, Te-Ketten
• Chalkogenwasserstoffe, Darstellung, chemische und physikalische Eigenschaften,
Abstufung der sauren und reduzierenden Eigenschaften, Vergleich H2 O / H2 S
• L¨
oslichkeitsprodukt, F¨allung von Metallsulfiden
• Na/S-Batterie
• Schwefeldioxid, Schwefelige S¨aure, Bildung, chemische Eigenschaften, Struktur
von SO2 , Elektronenformeln
• Schwefeltrioxid, Herstellung, chemische Eigenschaften
• Schwefels¨
aure, Herstellung, chemische Eigenschaften, Verwendung
• Thioschwefels¨
aure, Iodometrie
• Peroxoschwefels¨
auren
• Schwefelhalogenide und -oxyhalogenide (Auswahl)
• Vergleich der Elemente der VI. Hauptgruppe
22. Die Pnictogene (V. Hauptgruppe)
• Stickstoff, Vorkommen, Eigenschaften
• Ammoniak, Haber-Bosch-Verfahren
• Hydrazin
• Stickstoffwasserstoffs¨
aure, Azide (Air bag)
• Stickstoffoxide, Bildung und chemische Eigenschaften, Elektronenformeln, isostere
Verbindungen
• Salpeters¨aure, Herstellung und Eigenschaften, Nitrate
• Phosphor, Vorkommen, Darstellung
• Phosphor-Modifikationen, Eigenschaften
• Phosphoroxide
• Phosphor-Sauerstoff-S¨
auren, Phosphatpuffer
4
• D¨
unger, Korrosionsschutz
• S¨
aurest¨
arke von Sauerstoffs¨auren (Regel)
• Vergleich der Stickstoff- und Phosphorverbindungen
23. Die Elemente der IV. Hauptgruppe
• Kohlenstoff, Vorkommen
• Diamant und Graphit, Fullerene
• Struktur und Eigenschaften, Verwendung
• Kohlenstoffdioxid, chemische Eigenschaften, Verwendung
• ”Kohlens¨
aure”, Carbonate, Kalkstein
• Kohlenstoffmonoxid, Bildung, Herstellung, Eigenschaften
• Isoelektronische Verbindungen, Cyanid, Carbid
• Silizium, Vorkommen, Herstellung, Darstellung von Reinstsilizium
• Halbleiter, Gitter, Dotieren, Energieb¨andermodell
• Siliziumdioxid, Modifikationen, Gitter
• Quarzglas, Glaszustand, Gl¨aser
• Kiesels¨
aure, Kolloide, Gel, Sol, Silicagel
¨
• Silikate (Ubersicht,
Bauprinzip), Zeolithe (Verwendung)
24. Die Elemente der III. Hauptgruppe
• Bor, Vorkommen, Herstellung
• Aluminium, Vorkommen, Herstellung, Eutektikum, chemische Eigenschaften,
Verwendung
¨
• Ubersicht
u
¨ber Methoden zur Gewinnung von Metallen
25. Erdalkalimetalle (II. Hauptgruppe)
• Vorkommen, Herstellung, chemische Eigenschaften
• Schr¨
aganalogie
• Erdalkalimetallcarbonate, Bauchemie, H¨arte des Wassers, Ionenaustauscher
• Erdalkalimetallhalogenide und -sulfate, Gips
26. Alkalimetalle (I. Hauptgruppe)
• Vorkommen, Herstellung, Eigenschaften
• Alkalimetallchloride (Gitter)
¨
• Alkalimetallhydroxide, Chloralkalielektrolyse, Uberspannung
¨
27. Ubergangsmetalle
• d-Orbitale, Elektronenkonfiguration
¨
• Das ”Besondere” an Ubergangsmetallen
und ihren Verbindungen, viele Oxidationsstufen, paramagnetische Verbindungen
• Komplexverbindungen, Edelgasregel, einige Beispiele
• Aus der Chemie von Eisen, Mangan, Chrom, Hochofenprozeß
5
28. Organische Chemie
• Kohlenwasserstoffe: Alkane, Alkene, Alkine, Eigenschaften, Isomerie
• Aromatische Kohlenwasserstoffe, Eigenschaften und typische Reaktionen
• Alkohole und Ether
• Aldehyde und Ketone, Kohlenhydrate
• Carbons¨auren und Carbons¨aureester
• Amine
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Gesundheitswesen
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