Description
In diesem Buch fassen die Autoren, die teilweise drei Jahrzehnte Ingenieurstudenten unterrichteten, ihr chemisches Fachwissen in verstndlicher Form zusammen. Aus verschiedenen Vorlesungen wurden die fr alle ingenieurwissenschaftlichen Fachrichtungen bedeutenden Themenbereiche neu bearbeitet und so ergnzt, dass sie auch ohne begleitende Vorlesung verstanden werden knnen. Die Themen Werkstoffkunde, Halbleiter, Wasserchemie, Elektrochemie, Umweltschutz und Energie sind u.a. inhaltliche Schwerpunkte. Wichtige Industrieprodukte und -bereiche wie Schwefelsure, Luftflssigung, Ethylen und Erdl, Kalk, Ammoniak, Natronlauge und Chlor sind als Beispiele chemisch-technischer Prozesse mit einbezogen. bungen mit Lsungen dienen der Vertiefung des erworbenen Wissens. Prof. Dr. Dirk Flottmann, Jahrgang 1965: Studium der Chemie an der Universitt Bielefeld, 1995 Promotion in Physikalischer Chemie, 1995-2002 Wacker Chemie GmbH/Burghausen bzw. Wacker Siltronic AG/Singapur. Seit April 2002 Professor fr Analytische Chemie an der Fachhochschule Aalen. Prof. Dr. Detlev Forst, Jahrgang 1937: Studium der Chemie in Stuttgart, 1965 Promotion in Anorganischer Chemie. Von 1968 bis 2002 an der heutigen FH Aalen zustndig fr Anorganische Chemie, Elektrochemie und Chemie fr Ingenieure. Seit 1990 Aufbau von kologischen Vorlesungen und Teilnahme an internationalen Umweltkonferenzen. Prof. Dr. Helmut Rowag, Jahrgang 1938: Studium der Chemie und Promotion an der Universitt Karlsruhe; Industriettigkeit; Lehrttigkeit an der Fachhochschule Aalen im Studiengang “Oberflchentechnik und Werkstoffkunde”; 8 Jahre Rektor der Fachhochschule Aalen. Zeitweise Technische Entwicklungshilfe in Nord- und Zentralafrika. Atombau und Elementarteilchen.- 1.1 Elementarteilchen, Atome und Elemente.- 1.2 Warum das erste Atommodell nicht ausreicht.- 1.2.1 Die Erweiterung des Rutherford’schen Atommodells.- 1.2.2 Was wei man bis hierher ber den Atomaufbau?.- 1.3 Hat der Atomkern auch einen komplizierten Aufbau?.- 1.3.1 Wie halten die im Kern so dicht beieinander befindlichen Protonen zusammen?.- 1.3.2 Wie viele Elemente gibt es?.- 1.3.3 Das Wesen der Radioaktivitt.- 1.3.4 Was ist ein Spaltkern?.- 1.4 Das Aufbau-Prinzip des Periodensystems.- 1.5 Die Basisgre “Stoffmenge” oder “Typisch Chemic”.- Die Chemische Bindung.- 2.1 Edelgaskonfiguration und Atombindung.- 2.1.1 Hybridisierung – ein wichtiger Begriff.- 2.1.3 Polare Atombindungen und Elektronegativitt.- 2.1.4 Mehrfachbindungen.- 2.1.5 Kommen Atombindungen auch noch anders zustande?.- 2.1.6 Was es alles gibt!.- 2.2 Die Ionenbindung.- 2.2.1 Was ist ein Kristall?.- 2.2.2 Einfache Ionengitter.- 2.2.3 Beispiele fr kubische Ionenstrukturen.- 2.3 Metallische Bindung und Metallstrukturen.- 2.3.1 Sind Legierungen auch einfach aufgebaut?.- 2.4 Zu guter Letzt: Diamant, ein Supermolekl.- Wasser und wssrige Lsungen.- 3.1 Wasser, eine anormale Flssigkeit.- 3.2 Lsevorgnge und Konzentrationsangaben.- 3.3 Wasserhrte und Wasseraufbereitung.- 3.3.1 Die Vollentsalzung des Wassers durch Ionenaustauscher.- 3.4 Was bedeutet “Chemisches Gleichgewicht”?.- 3.4.1 Ionenprodukt des Wassers und Lslichkeitsprodukt.- 3.5 Suren und Basen.- 3.5.1 Die wichtigsten Mineralsuren.- 3.6 Der pH-Wert.- 3.6.1 Die NIST-Standardpufferlsungen.- 3.6.2 Kann man den pH-Wert berechnen?.- 3.7 Redoxreaktionen in wssriger Lsung tc.- Streifzug durch das Periodensystem.- 4.1 Alkali- und Erdalkalimetalle.- 4.2 Borgruppe, Gruppe 13 des PS.- 4.3 Kohlenstoffgruppe, Gruppe 14 des PS.- 4.4 Stickstoff-Gruppe, Gruppe 15 des PS.- 4.5 Chalkogene, Gruppe 16 des PS.- 4.6 Halogene, Gruppe 17 des PS.- 4.7 Die bergangsmetalle (frher: Nebengruppenelemente).- 4.8 bergangsmetalle und Komplexchemie.- 4.8.1 Die okataedrische KZ 6 bei Komplexen.- 4.8.2 Einige ausgewhlte Beispiele.- 4.8.3 Chelat-Komplexe.- Physikalische Chemie chemischer Reaktionen.- 5.1 Thermodynamik.- 5.1.1 Energie bei chemischen Reaktionen.- 5.1.2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik: Energieerhaltung.- 5.1.3 Messung der Energienderung eines Systems.- 5.1.4 Enthalpie.- 5.1.5 Standardbildungsenthalpien.- 5.1.6 Reaktionsenthalpien.- 5.1.7 Enthalpieberechnungen.- 5.1.8 Reaktionsenthalpie und Entropie-Triebkrfte chemischer Reaktionen.- 5.1.9 Freie Reaktionsenthalpie/Freie Standardbildungsenthalpie..- 5.1.10 Die Richtung des Ablaufes chemischer Reaktionen.- 5.1.11 Freie Enthalpie und Gleichgewichtskonstante.- 5.2 Kinetik chemischer Reaktionen.- 5.2.1 Zeitgesetze chemischer Reaktionen, Konzentrationsabhngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit.- 5.2.2 Temperaturabhngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit.- 5.2.3 Einfluss von Katalysatoren.- Grundlagen der organischen Chemie.- 6.1 Alkane (gesttigte Kohlenwasserstoffe, Paraffine).- 6.1.1 Grenzenlose Mglichkeiten?.- 6.2 Erdl und Benzin.- 6.2.1 Was ist Erdl?.- 6.2.2 Feuergefhrliche Flssigkeiten und Flammpunkt.- 6.3 Ungesttigte Kohlenwasserstoffe.- 6.4 Benzol und der aromatische Charakter.- 6.4.1 Weitere aromatische Kohlenwasserstoffe.- 6.5 Zu den Verbindungsklassen der organischen Chemie.- 6.5.1 Alkohole und Ether.- 6.5.2 Carbonsuren und Ester.- 6.6 Kohlenhydrate.- 6.7 Organische Chlorverbindungen.- 6.7.1 Das “grne Element”.- 6.7.2 Chlorhaltige Pestizide und die POP-Konvention.- 6.8 Zu guter Letzt: ein (Husten-)Bonbon.- Grundlagen der Elektrochemie.- 7.1 Die Elektrolyse, ein erzwungener Redoxprozess.- 7.1.1 Wenn die Ionen des Wassers Konkurrenten sind.- 7.2 Galvanische Zellen.- 7.2.1 Wer reagiert mit wem?.- 7.2.2 Die Spannungsreihe.- 7.2.3 Salpetersure als Lsungsmittel fr Kupfer und Silber.- 7.2.4 Die Nernst’sche Gleichung.- 7.3 Die elektrochemische pH-Messung.- 7.3.1 Allgemeines zu Glaselektroden.- 7.4 Die Elektrolyse aus energetischer Sicht.- 7.5 Elektrochemische Stromerzeugung (Batterien).- 7.5.1 Die Zink-Braunstein-Zelle.- 7.5.2 Die Alkali-Mangan-Zelle.- 7.5.3 Weitere Entwicklungen bei Primarzellen.- 7.5.4 Lithium-Batterien.- 7.6 Sekundrbatterien (Akkumulatoren).- 7.6.1 Der Bleiakkumulator.- 7.6.2 Die Nickel-Metallhydrid-Batterie.- 7.6.3 Lithium in Sekundrzcllen.- 7.7 Was sind Brennstoffzellen?.- Korrosion und Korrosionsschutz.- 8.1 Was ist Korrosion?.- 8.1.1 Korrosionsmechanismen: Chemische und elektrochemische Korrosion.- 8.1.2 Theorien der elektrochemischen Korrosion: die Theorie der Lokalzelle und die Mischpotenzialtheorie.- 8.2 Korrosionstypen.- 8.2.1 Verstndnis der Korrosion nach dem Wasserstoff- und Sauerstofftyp anhand von Stromdichte-Potenzial-Kurven.- 8.2.2 Belftungszellen; einige Beispiele aus der Praxis.- 8.3 Korrosionsschutz.- 8.3.1 Korrosionsschutzgerechte Konstruktion.- 8.3.2 Schutzmanahmen am Korrosionsmedium.- 8.3.3 Schutzmanahmen durch Eingriff in den elektrochemischen Vorgang: Kathodischer und anodischer Korrosionsschutz.- 8.3.4 Schutzmanahmen am Werkstoff: Schutz durch berzge.- Chemische Industrieprodukte.- 9.1 Schwefclsurc.- 9.2 Ammoniak.- 9.2.1 Thermodynamik/Mechanismus der Ammoniak-Synthese.- 9.2.2 Ablauf des Haber- Bosch-Verfahrens.- 9.2.3 Verwendung von Ammoniak.- 9.3 Die Alkalichlorid-Elektrolyse – Erzeugung Cl2, NaOH und H2.- 9.4 Glser.- 9.4.1 Siliciumdioxid.- 9.4.2 Netzwerkbildner und Netzwerkwandler.- 9.4.3 Technische Glassorten.- 9.5 Halbleiter.- 9.5.1 Herstellung von Halbleitern.- 9.5.3 Warum sind Halbleiter so strempfindlich?.- 9.6 Erzeugung von Metallen am Beispiel von Eisen und Aluminium.- 9.6.1 Allgemeines.- 9.6.2 Eisen und Stahl.- 9.6.3 Aluminium.- Industrielle organische Rohstoffe.- 10.1 Erdl (Ergnzung zu Kap. 6.2.1).- 10.2 Erdgas.- 10.3 Kohle.- 10.4 Biomasse.- 10.5 Olefine.- 10.6 Acetylen.- 10.7 Methanol.- 10.8 Wichtige Endprodukte der organisch-chemischen Industrie.- 10.8.1 Schmier- und Mineralle.- 10.8.2 Tenside.- 10.9 Einblicke in die Polymerchemie.- 10.9.1 Allgemeines.- 10.9.2 Die Kondensationspolymerisation als Aufbaureaktion fr Makromolekle.- 10.9.3 Die klassische Polymerisation.- 10.9.4 Klassische Additonspolymerisate: Polyurethane und Epoxidharze.- 10.9.5 Hochtemperaturbestndige Thermoplaste.- Chemie und Umwelt.- 11.1 kologische Bewegung und “Sustainable Development”.- 11.2 Die Ozonproblematik.- 11.2.1 Die Ozonschicht der Erde.- 11.2.2 Das so genannte Ozonloch.- 11.2.3 Zur Theorie des Ozonlochs.- 11.2.4 FCKW und Ozonzersetzungspotenzial ODP.- 11.2.5 Ozon und Gesundheit.- 11.3 Der Treibhauseffekt.- 11.3.1 Wetter und Klima.- 11.3.2 Der natrliche Treibhauseffekt.- 11.3.3 Anthropogener Treibhauseffekt und die Treibhausgase des Kyoto-Protokolls.- 11.3.4 Einblick und Ausblick: Wie kam es zum Kyoto-Protokoll?.- Bio- und Gentechnologie.- 12.1 Aktuelle Aspekte der Biotechnologie.- 12.1.1 Knstliche Befruchtungstechnik und Embryonenforschung.- 12.1.2 Was ist “Gentechnik”?.- 12.2 Biologische Grundlagen der Biotechnologie.- 12.2.1 Die Zelle als Produzent: Mikrobiologie und Zellbiologie.- 12.3 Herstellungsverfahren von Metaboliten und Enzymen.- 12.3.1 Biotechnische Verfahrenstechnik (Synthese und Aufarbeitung).- 12.3.2 Biotechnologische Produktion einfacher Metabolite.- 12.3.3 Biotechnologisch hergestellte Enzyme.- 12.3.4 Biotransformationen mit Enzymen.- Literatnrverzeichnis.- Namen- und Sachverzeichnis.
