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E-Book

Chemie der Nichtmetalle

Synthesen - Strukturen - Bindung - Verwendung

Autor	Ralf Steudel
Verlag	Walter de Gruyter GmbH & Co.KG
Erscheinungsjahr	2014
Reihe	De Gruyter Studium
Seitenanzahl	614 Seiten
ISBN	9783110307979
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	89,95 EUR

This classic textbook provides a survey of the chemistry of all non-metallic elements. A sophisticated introduction to the theories of chemical bonding forms the foundation for the systematic examination of each element. The topics covered include syntheses, structures, as well as the practical importance of nonmetal chemistry to chemical technology and environmental protection.

Ralf Steudel, Technische Universität Berlin.

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Inhaltsverzeichnis

Teil I: Die chemische Bindung und Moleküleigenschaften	15
1 Einführung	17
2 Die chemische Bindung	23
2.1 Die Ionenbindung	24
2.1.1 Einführung	24
2.1.2 Die Ionisierungsenergie	24
2.1.3 Die Elektronenaffinität	26
2.1.4 Ionenkristalle und Ionenradien	28
2.1.5 Gitterenergie und Gitterenthalpie	30
2.1.6 Bestimmung von Gitterenergie und Gitterenthalpie	31
2.1.7 Bedeutung der Gitterenthalpie	33
2.1.8 Polarisation von Anionen durch Kationen	36
2.2 Moleküle und ihre Geometrie	39
2.2.1 Strukturbestimmungsmethoden	39
2.2.2 Die VSEPR-Methode zur Strukturermittlung	40
2.3 Molekülsymmetrie und Punktgruppensymbole	50
2.4 Die kovalente Bindung	55
2.4.1 Das Molekül-Ion [H2]+	56
2.4.2 Das Molekül H2	63
2.4.3 Homonukleare Moleküle mit s- und p-Orbitalen	67
2.4.4 Photoelektronenspektroskopie kleiner Moleküle	73
2.4.5 Heteronukleare zweiatomige Moleküle	76
2.4.6 Dreiatomige Moleküle der Symmetrie D8h	78
2.4.7 Dreiatomige Moleküle der Symmetrie C2v	82
2.4.8 Vieratomige Moleküle der Symmetrie D3h	84
2.4.9 Vieratomige Moleküle der Symmetrie C3v	88
2.4.10 Fünfatomige Moleküle	91
2.5 Die koordinative Bindung	93
2.6 Hyperkoordinierte oder hypervalente Verbindungen	97
2.7 Quantenchemische Berechnung von Struktur und Eigenschaften von Molekülen	104
2.7.1 Physikalische Grundlagen: ab initio-Methoden	104
2.7.2 Näherungen für die Wellenfunktion/Molekülorbitale	105
2.7.3 Ab initio-Methoden: Näherungen für den HAMILTON-Operator	109
2.7.4 Ab initio-Methoden: Das Basissatz- und Korrelations-Limit	112
2.7.5 DFT-Methoden	113
2.7.6 Ablauf einer quantenchemischen Geometrieoptimierung	115
2.7.7 Qualität der Geometrieoptimierung am Beispiel von P4 und S4N4	115
2.7.8 Berechnung physikalischer Messgrößen	117
3 Die VAN DER WAALS-Wechselwirkung	119
3.1 Der Dipoleffekt	119
3.2 Der Induktionseffekt	121
3.3 Der Dispersionseffekt	122
3.4 VAN DER WAALS-Radien	124
3.5 VAN DER WAALS-Moleküle	126
4 Bindungseigenschaften	129
4.1 Allgemeines	129
4.2 Bindungsenthalpie und Dissoziationsenthalpie	130
4.2.1 Zweiatomige Moleküle	130
4.2.2 Mehratomige Moleküle	133
4.2.3 Warum ist Sauerstoff gasförmig und Schwefel fest?	137
4.3 Der Kernabstand	139
4.4 Die Valenzkraftkonstante	142
4.4.1 Zweiatomige Moleküle	142
4.4.2 Zweiatomige Gruppen	144
4.4.3 Dreiatomige Moleküle	145
4.5 Zusammenhänge zwischen den Bindungseigenschaften	147
4.6 Polarität kovalenter Bindungen und Elektronegativität	149
4.6.1 Allgemeines	149
4.6.2 Elektronegativitäten	150
4.6.3 Das Bindungsmoment	156
4.7 Elektronendichteverteilung in Molekülen und Kristallen	160
Teil II: Chemie der Nichtmetalle	161
5 Wasserstoff	163
5.1 Elementarer Wasserstoff	165
5.2 Wasserstoff-Ionen H+	170
5.3 Säuren	173
5.4 Basen	177
5.5 Die relative Stärke von Säuren und Basen	178
5.5.1 Verdünnte Lösungen	178
5.5.2 Konzentrierte und wasserfreie Säuren	182
5.6 Die Wasserstoffbrückenbindung	184
5.6.1 Allgemeines	184
5.6.2 Allgemeine Eigenschaften von Wasserstoffbrücken	185
5.6.3 Experimenteller Nachweis von Wasserstoffbrücken	187
5.6.4 Beispiele für Wasserstoffbrückenbindungen	190
5.6.5 Theorie der Wasserstoffbrückenbindung	200
5.7 Wasserstoffverbindungen (Hydride)	203
5.7.1 Allgemeines	203
5.7.2 Kovalente Hydride	204
5.7.3 H2 als Komplexligand	205
5.7.4 Salzartige Hydride	207
5.7.5 Metall- oder legierungsartige Hydride (Einlagerungshydride)	210
6 Bor	213
6.1 Allgemeines	213
6.2 Bindungsverhältnisse	214
6.2.1 Lewis Acidität und Adduktbildung	214
6.2.2 Koordinationszahlen und Mehrfachbindungen	217
6.2.3 Ähnlichkeiten und Unterschiede gegenüber anderen Nichtmetallen	218
6.3 Elementares Bor	219
6.3.1 Herstellung	220
6.3.2 Kristallstrukturen	221
6.3.3 Bindungsverhältnisse	222
6.4 Metallboride und Borcarbid	224
6.4.1 Boride	224
6.4.2 Borcarbid	226
6.5 Borane und Hydroborate	227
6.5.1 Allgemeines	227
6.5.2 Diboran	228
6.5.3 Höhere Borane	230
6.5.4 Hydroborate	233
6.6 Organoborane	236
6.7 Carborane	237
6.8 Borhalogenide	239
6.8.1 Trihalogenide	239
6.8.2 Subhalogenide	241
6.9 Sauerstoffverbindungen des Bors	243
6.9.1 Allgemeines	243
6.9.2 Bortrioxid und Borsäuren	243
6.9.3 Borate	246
6.10 Bor-Stickstoff-Verbindungen	248
6.10.1 Bindungsverhältnisse	248
6.10.2 Ammoniak-Boran	250
6.10.3 Borazin	251
6.10.4 Bornitrid	253
6.10.5 Nitridoborate	255
7 Kohlenstoff	257
7.1 Allgemeines	257
7.2 Bindungsverhältnisse	258
7.3 Modifikationen des Kohlenstoffs	263
7.3.1 Graphit und Graphen	263
7.3.2 Diamant	266
7.3.3 Fullerene	269
7.3.4 Kohlenstoff-Nanoröhren	273
7.4 Graphitverbindungen	274
7.4.1 Kovalente Graphitverbindungen	275
7.4.2 Ionische Graphitverbindungen	277
7.5 Ruß, Kohle und Koks	280
7.6 Halogenide des Kohlenstoffs	282
7.7 Chalkogenide des Kohlenstoffs	282
7.7.1 Oxide	282
7.7.2 Sulfide, Selenide, Telluride	286
7.7.3 Kohlensäuren und Carbonate	288
7.8 Nitride des Kohlenstoffs	292
7.8.1 Hydrogencyanid und Cyanide	292
7.8.2 Binäre Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen	293
8 Silicium und Germanium	295
8.1 Allgemeines	295
8.2 Bindungsverhältnisse	296
8.3 Die Elemente	302
8.4 Silicide und Germanide	305
8.5 Hydride von Silicium und Germanium	307
8.5.1 Herstellung der Hydride	308
8.5.2 Reaktion der Silane und Germane	309
8.6 Halogenide von Silicium und Germanium	310
8.6.1 Fluoride	311
8.6.2 Chloride	312
8.6.3 Sonstige Si-Halogenide	313
8.7 Oxide von Silicium und Germanium	314
8.7.1 Dioxide	314
8.7.2 Siliciummonoxid	316
8.7.3 Germaniumoxide	316
8.8 Oxosäuren, Silicate und Germanate	317
8.8.1 Kieselsäuren und Siloxane	317
8.8.2 Silicate	319
8.8.3 Germanate	325
8.9 Gläser	325
8.10 Silicium-Stickstoff-Verbindungen	329
8.11 Organosilicium-Verbindungen	330
8.11.1 Organosilane	330
8.11.2 Ungesättigte Organosilicium- und -germanium-Verbindungen	333
8.11.3 Organosiloxane (Silikone)	336
8.12 Sonstige Si-Verbindungen	338
8.12.1 Siliciumcarbid	338
8.12.2 Siliciumnitrid	339
8.12.3 Siliciumsulfide	340
9 Stickstoff	341
9.1 Elementarer Stickstoff	341
9.2 N2 als Komplexligand	343
9.3 Bindungsverhältnisse in Stickstoffverbindungen	346
9.4 Hydride des Stickstoffs	352
9.4.1 Allgemeines	352
9.4.2 Ammoniak NH3	352
9.4.3 Hydrazin N2H4	356
9.4.4 Diazen (Diimin) N2H2	358
9.4.5 Hydrogenazid HN3 und Azide	359
9.4.6 Tetrazen(2) N4H4	361
9.4.7 Hydroxylamin NH2OH	362
9.4.8 Wasserähnliche Lösungsmittel	363
9.5 Halogenide und Oxidhalogenide des Stickstoffs	371
9.5.1 Halogenide	371
9.5.2 Oxidhalogenide	374
9.6 Oxide des Stickstoffs	376
9.6.1 Allgemeines	376
9.6.2 Distickstoffoxid N2O	376
9.6.3 Stickstoffmonoxid NO und Distickstoffdioxid N2O2	377
9.6.4 Distickstofftrioxid N2O3	380
9.6.5 Stickstoffdioxid NO2 und Distickstofftetroxid N2O4	381
9.6.6 Distickstoffpentoxid N2O5	382
9.7 Sauerstoffsäuren des Stickstoffs	383
9.7.1 Allgemeines	383
9.7.2 Salpetersäure HNO3 bzw. HONO2	384
9.7.3 Peroxosalpetersäure HNO4 bzw. HOONO2	386
9.7.4 Salpetrige Säure HNO2 bzw. HONO	387
9.7.5 Peroxosalpetrige Säure HOONO	388
9.7.6 Hyposalpetrige Säure (HON)2	389
10 Phosphor und Arsen	391
10.1 Allgemeines	391
10.2 Bindungsverhältnisse in P- und As-Verbindungen	391
10.3 Die Elemente Phosphor und Arsen	395
10.3.1 Herstellung der Elemente	395
10.3.2 Modifikationen von Phosphor und Arsen	396
10.4 Hydride von Phosphor und Arsen	401
10.4.1 Phosphan und Arsan	402
10.4.2 Diphosphan(4)	404
10.5 Phosphide	405
10.6 Organophosphane	407
10.7 Diphosphene und Phosphaalkine	409
10.8 Halogenide des Phosphors und Arsens	411
10.8.1 Trihalogenide EX3	412
10.8.2 Tetrahalogenide E2X4	414
10.8.3 Pentahalogenide EX5	414
10.8.4 Starke LEWIS-Säuren	416
10.9 Phosphorane und Arsorane	419
10.10 Oxide des Phosphors und Arsens	420
10.10.1 Phosphor(III)-oxid	421
10.10.2 Phosphor(III/V)-oxid	422
10.10.3 Phosphor(V)-oxid	423
10.10.4 Arsenoxide	424
10.11 Sulfide des Phosphors und Arsens	424
10.12 Oxosäuren von Phosphor und Arsen und deren Derivate	427
10.12.1 Oxosäuren mit einem P-Atom	427
10.12.2 Kondensierte Phosphorsäuren	431
10.12.3 Peroxophosphorsäuren	433
10.12.4 Thiophosphorsäuren	433
10.12.5 Halogeno- und Amidophosphorsäuren	434
10.12.6 Oxo- und Thiosäuren des Arsens und ihre Salze	434
10.13 Phosphor(V)-nitride und Nitridophosphate	435
10.14 Phosphazene	436
11 Sauerstoff	441
11.1 Elementarer Sauerstoff	441
11.1.1 Molekularer Sauerstoff O2	441
11.1.2 Atomarer Sauerstoff	449
11.1.3 Ozon O3	450
11.2 Bindungsverhältnisse am Sauerstoffatom in kovalenten und ionischen Verbindungen	455
11.2.1 Oxide	455
11.2.2 Peroxide	458
11.2.3 Superoxide	459
11.2.4 Ozonide	460
11.2.5 Dioxygenylverbindungen	461
11.2.6 Vergleich der Bindungsverhältnisse in den Ionen [O2]•+, [O2]•– und [O2]2–	462
11.3 Hydride des Sauerstoffs und Peroxoverbindungen	463
11.3.1 Allgemeines	463
11.3.2 Wasser	464
11.3.3 Wasserstoffperoxid H2O2	465
11.3.4 Das Hydroxylradikal [OH]•	469
11.4 Fluoride des Sauerstoffs	471
11.4.1 Allgemeines	471
11.4.2 Sauerstoffdifluorid OF2	471
11.4.3 Disauerstoffdifluorid O2F2	472
11.5 Bindungsverhältnisse in den Hydriden und Fluoriden des Sauerstoffs	472
12 Schwefel, Selen und Tellur	475
12.1 Allgemeines	475
12.2 Bindungsverhältnisse und Tendenzen in der 16. Gruppe	476
12.3 Herstellung der Elemente	479
12.3.1 Gewinnung von Schwefel	479
12.3.2 Herstellung von Selen und Tellur	480
12.4 Modifikationen der Chalkogene	481
12.4.1 Schwefel	481
12.4.2 Modifikationen von Selen und Tellur	489
12.5 Homoatomare Chalkogen-Kationen	490
12.6 Kettenaufbau- und -abbau-Reaktionen	493
12.7 Hydride der Chalkogene	494
12.7.1 Hydride H2E (E = S, Se, Te)	494
12.7.2 Polysulfane H2Sn (n>1)	496
12.8 Metallchalkogenide	497
12.9 Diorganopolysulfane R2Sn (n>1)	502
12.10 Oxide der Chalkogene	503
12.10.1 Dioxide	503
12.10.2 Trioxide	506
12.10.3 Niedere Schwefeloxide	509
12.11 Oxo-, Thio- und Halogeno-Säuren der Chalkogene	510
12.11.1 Allgemeines	510
12.11.2 Schweflige Säure H2SO3	511
12.11.3 Selenige Säure H2SeO3 und Tellurige Säure H2TeO3	513
12.11.4 Schwefelsäure H2SO4	514
12.11.5 Selensäure H2SeO4 und die Tellursäuren H2TeO4 und Te(OH)6	516
12.11.6 Peroxoschwefelsäuren H2SO5 und H2S2O8	517
12.11.7 Halogenoschwefelsäuren HSnO3nX	517
12.11.8 Thioschwefelsäure H2S2O3 und Sulfandisulfonsäuren H2SnO6	518
12.11.9 Dithionsäure H2S2O6	519
12.11.10 Dithionige Säure H2S2O4	520
12.12 Halogenide und Oxidhalogenide der Chalkogene	521
12.12.1 Allgemeines	521
12.12.2 Schwefelhalogenide	522
12.12.3 Schwefeloxidhalogenide	526
12.12.4 Selen- und Tellurhalogenide	527
12.13 Schwefel-Stickstoff-Verbindungen	529
13 Die Halogene	535
13.1 Allgemeines	535
13.2 Die Elemente Fluor bis Iod	536
13.3 Bindungsverhältnisse	538
13.4 Fluor	541
13.4.1 Herstellung von Fluor	541
13.4.2 Eigenschaften von Fluor	543
13.4.3 Herstellung von Fluoriden	544
13.4.4 Verwendung von Fluorverbindungen	545
13.4.5 Bindungsverhältnisse in Fluoriden	548
13.4.6 Stabilisierung niedriger Oxidationsstufen	550
13.5 Chlor, Brom und Iod	552
13.5.1 Herstellung und Eigenschaften der Elemente	552
13.5.2 Halogenide	556
13.5.3 Polyhalogenid-Ionen	558
13.5.4 Positive Halogen-Ionen	561
13.5.5 Interhalogenverbindungen	563
13.5.6 Sauerstoff-Verbindungen von Chlor, Brom und Iod	566
13.6 Pseudohalogene	578
14 Die Edelgase	579
14.1 Allgemeines	579
14.2 Vorkommen, Gewinnung und Verwendung	580
14.3 Xenonverbindungen	581
14.3.1 Xenonfluoride	582
14.3.2 Reaktionen der Xenonfluoride	583
14.3.3 Oxide und Oxosalze des Xenons	586
14.3.4 Oxidfluoride des Xenons	588
14.3.5 Sonstige Xenon-Verbindungen	588
14.4 Verbindungen der übrigen Edelgase	590
14.5 Elektronegativitäten der Edelgase	591
14.6 Bindungsverhältnisse bei Edelgasverbindungen	592
14.6.1 Zweiatomige Moleküle und Ionen	592
14.6.2 Mehratomige Moleküle und Ionen	593
14.6.3 Existenz und Nichtexistenz von Edelgasverbindungen	595
Sachregister	597

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