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2023 | Buch

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Chemie

Grundlagen, technische Anwendungen, Rohstoffe, Analytik und Experimente

verfasst von: Peter Kurzweil

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Kompakt, übersichtlich, anschaulich und verständlich stellt dieses Lehrbuch aktuelle Themen dar. Es liefert einen Gesamtüberblick über die moderne Chemie und ihre Bedeutung zur Gestaltung des Rohstoffwandels und der Energiefrage. Immer wird ein Bezug zu technischen Anwendungen hergestellt. Aufgaben mit Lösungen, Formelübersichten und Rechenbeispiele ermöglichen ein erfolgreiches Selbststudium in der Lehre und im Praxisalltag. Umfangreiche Tabellen mit Stoffwerten führen zielsicher zur richtigen Information. Die vorliegende Auflage wurde grundlegend aktualisiert und didaktisch überarbeitet. Neueste Erfolge der Kernfusion, Herausforderung der Endlagerung, Umweltchemikalien (PFAS etc.), strategische Rohstoffe, Batterien und Naturstoffe wurden aufgenommen. Das erweiterte Kapitel „Nachhaltige Chemie" liefert einen Blick auf Kreislaufwirtschaft, Lithiumgewinnung, Wasserstofftechnologie, Chemikalien und Prozesse.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Allgemeine und Anorganische Chemie

Frontmatter

Kapitel 1. Chemie in Technik und Umwelt

Zusammenfassung

Niemand will heute mehr Quecksilber in Gold verwandeln und Textilien mit Purpurschnecken färben oder Säure aus Ameisen herstellen. Robert Boyles Buch „Der skeptische Chemiker“ (1661) wies den Weg aus der Alchemie zur Naturwissenschaft: Beobachten und Auswerten von Experimenten ersetzen seither die Mystik der „schwarzen Kunst“ (arab. alchīmiā’). Zwischen 1800 und 1900 stieg die mittlere Lebenserwartung von 30 auf 60 Jahre.

Peter Kurzweil

Kapitel 2. Aufbau der Materie (Atomlehre)

Zusammenfassung

In der Atomlehre liegt der Schlüssel für das Verständnis chemischer Vorgänge. Atome bilden die kleinsten, mit chemischen Mitteln nicht mehr teilbaren Bausteine der Materie. Sie bestehen aus Elementarteilchen, von denen Elektron und Proton in der Chemie besonders wichtig sind.

Peter Kurzweil

Kapitel 3. Periodensystem der Elemente (PSE)

Zusammenfassung

Der Elementbegriff löste sich im 18. Jahrhundert von philosophischen Ideen und definierte die moderne Chemie als die Lehre von den Elementen und ihren Verbindungen. Lavoisier beschrieb 33 chemische Elemente:

Peter Kurzweil

Kapitel 4. Kernchemie, Kernenergie, Oberflächenanalytik

Zusammenfassung

In der kosmischen Strahlung und bei Kernreaktionen wurde ein „Zoo“ von Teilchen, stets kleiner und leichter als Atome, entdeckt. Ihre komplizierten Wechselwirkungen werfen mittlerweile die Frage nach einer einheitlichen Feldtheorie für Gravitation, Elektromagnetismus, radioaktiven Zerfall und die Kernkräfte auf.

Peter Kurzweil

Kapitel 5. Chemische Bindung, Werkstoffe, Struktur

Zusammenfassung

Warum baut man Brücken aus Stahlbeton, Flugzeuge aus Titanlegierungen, Schneidwerkzeuge aus gehärtetem Stahl und chemikalienbeständige Dichtungen aus Fluorpolymeren? Die Struktur der Materie erklärt diese Fragen.

Peter Kurzweil

Kapitel 6. Reaktionen, Katalyse, Thermochemie

Zusammenfassung

Jetzt geht es ums chemische Rechnen! Stöchiometrie ist die Lehre von der Zusammensetzung chemischer Verbindungen und den Massenverhältnissen bei chemischen Reaktionen. Die Einführung der Analysenwaage begründete die moderne Chemie. Befreit vom Zauber der Alchimie erkannte man Verbrennungen als Umsetzung mit Sauerstoff – und Hitze und Licht als physikalische Begleiterscheinungen (Energieänderungen).

Peter Kurzweil

Kapitel 7. Säuren, Basen, Luftschadstoffe

Zusammenfassung

Dass Ameisensäure auf der Haut brennt, weiß jedes Kind. Säuren und Laugen verursachen ernste Verätzungen.

Peter Kurzweil

Kapitel 8. Lösungen, Fällungsreaktionen, Wasserchemie

Zusammenfassung

Lösungen im engeren Sinn sind homogene Gemenge aus einem flüssigen Lösungsmittel (Dispersionsmittel) und einem gelösten Stoff (disperse Phase), der fest, flüssig oder gasförmig, molekular oder salzartig sein kann.

Peter Kurzweil

Kapitel 9. Elektrochemie

Zusammenfassung

Die Alchemisten suchten vergeblich Phlogiston, den Feuerstoff, der bei Verbrennungen entweichen sollte. LAVOISIER erkannte die Oxidation als Vereinigung mit Sauerstoff und die Reduktion als Entzug von Sauerstoff.

Peter Kurzweil

Organische Chemie

Frontmatter

Kapitel 10. Kohlenwasserstoffe

Zusammenfassung

Im Mai 2023 verzeichnete der Chemical Abstracts Service (CAS) 204 Millionen organische Verbindungen. 2015 waren es 100 Millionen und 2011 etwa 60 Millionen.

Peter Kurzweil

Kapitel 11. Stoffklassen, Reaktionen und Anwendungen

Zusammenfassung

Funktionelle Gruppen bestimmen die chemischen Eigenschaften, während sich das Kohlenwasserstoffgerüst reaktionsträge verhält. Organische Verbindungen werden nach dem Stammkohlenwasserstoff benannt und die funktionellen Gruppen und Seitenketten alphabetisch voran gestellt. Die höchstwertige funktionelle Gruppe bestimmt die Stoffklasse, z. B. OH für Alkohole. Oftmals werden Trivialnamen anstelle der komplizierten systematischen Namen verwendet.

Peter Kurzweil

Kapitel 12. Polymerchemie

Zusammenfassung

Die makromolekulare Chemie und Kunststofftechnik (Polymer Engineering) umfasst die Gewinnung, Verarbeitung, Nutzung und Entsorgung von Kunststoffen.

Peter Kurzweil

Kapitel 13. Nachhaltige Chemie

Zusammenfassung

Abfallvermeidung ist nachhaltig. Bei atomökonomischen Reaktionen finden sich möglichst viele Atome der Edukte im Endprodukt wieder und nicht in Nebenprodukten. Der Atomnutzungsgrad (atom economy) ist das Verhältnis aus der molaren Masse des Zielprodukts und der molaren Masse aller Edukte.

Peter Kurzweil

Anorganische Stoffchemie, Gefahrstoffe und Arbeitsschutz

Frontmatter

Kapitel 14. Chemie der Elemente

Zusammenfassung

Die Elemente der Gruppen Ia bis IIIa und IVa bis VIa sind Metalle und Halbmetalle. Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor, Sauerstoff, Schwefel, die Halogene und Edelgase sind Nichtmetalle.

Peter Kurzweil

Kapitel 15. Chemikalien am Arbeitsplatz

Zusammenfassung

Die Verordnungen der Europäischen Gemeinschaft gelten in den Mitgliedsstaaten unmittelbar. Auf der Richtlinie 67/548/EWG basiert das deutsche Chemikaliengesetz.

Peter Kurzweil

Backmatter

Titel: Chemie
verfasst von: Peter Kurzweil
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-41568-6
Print ISBN: 978-3-658-41567-9
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-41568-6

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