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Chemie
Ein Lehrbuch für Fachhochschulen
Bearbeitet von
Roland Pfestorf
überarbeitet 2006. Taschenbuch. 624 S. Paperback
ISBN 978 3 8171 1783 3
Format (B x L): 16 x 23 cm
Weitere Fachgebiete > Chemie, Biowissenschaften, Agrarwissenschaften > Chemie
Allgemein
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Inhaltsverzeichnis
1
Gegenstand, Bedeutung und Entwicklung der Chemie . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.1
1.2
Gegenstand der Chemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Entstehung, Entwicklung und Bedeutung der Chemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2.7
Stoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Begriff des Stoffes (Stoff – Körper) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Atomarer Aufbau der Stoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Physikalische Eigenschaften der Stoffe – Aggregatzustände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Reine Stoffe und Stoffgemische . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Lösungen und Konzentrationseinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die physikalische Trennung von Mischungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.1 Übersicht über Trennoperationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.2 Trennung von Stoffgemischen durch Änderung des Aggregatzustandes . . . . . . .
Elemente und Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
Atombau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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3.1
3.2
Elementarteilchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufbau des Atoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1 Bau des Atomkerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1.1 Nuclide und Isotope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.2 Bau der Atom- oder Elektronenhülle . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.2.1 Welle-Teilchen-Dualismus der Elektronen . . . . . . .
3.2.2.2 Energieniveaus, Elektronenzustände, Quantenzahlen
3.2.2.3 Räumlicher Bau der Atomhülle – Orbitale . . . . . . .
3.2.2.4 Elektronenkonfiguration – Atommodelle . . . . . . . .
3.2.2.5 Gesetzmäßigkeiten im Bau der Atomhülle . . . . . . .
Atombau als Ordnungsprinzip der Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Periodensystem der Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Anordnung der Elemente nach ihrer Ähnlichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.1 Entwicklung des Periodensystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.2 Halogene und Edelgase als Beispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Anordnung der Elemente und Darstellung des Periodensystems . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1 Atombau als Ordnungsprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2 Lang- und Kurzperiodensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Periodizität der Eigenschaften der Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1 Gleiche Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.2 Eigenschaften, die sich periodisch ändern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bedeutung dieser Gesetzmäßigkeiten für die Chemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
Chemische Bindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Grundlagen der chemischen Bindung . . . . . . . . . . . . . .
Atombindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1 Wesen der Atombindung . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1.1 VB-Methode . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1.2 σ -Bindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2.1
2.2
2.3
2.4
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ISBN 978-3-8171-1783-3
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5.3
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6
6.1
6.2
6.3
Inhaltsverzeichnis
5.2.1.3 π -Bindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1.4 Grundlagen der MO-Methode . . . . . . . . . .
5.2.2 Polarisierte Atombindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.3 Richtung der Atombindung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.4 Atombindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.5 Mesomerie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.6 Eigenschaften der Verbindungen mit Atombindung . .
Ionenbeziehung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.1 Wesen der Ionenbeziehung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.2 Ionisierungsenergie und Elektronenaffinität . . . . . . .
5.3.3 Ionenwertigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.4 Eigenschaften von Verbindungen mit Ionenbeziehung
Metallbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zwischenmolekulare Bindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chemische Bindung und PSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Besonderheiten der chemischen Bindung . . . . . . . . . . . . . . .
5.7.1 Bindungsverhältnisse am Kohlenstoffatom . . . . . . . .
5.7.2 Bindungsverhältnisse in Komplexverbindungen . . . . .
5.7.2.1 Komplexverbindungen . . . . . . . . . . . . . . .
5.7.2.2 Struktur der Komplexe . . . . . . . . . . . . . . .
5.7.2.3 Wertigkeiten in Komplexverbindungen . . . .
5.7.2.4 Komplexbildung am Metallion . . . . . . . . .
5.7.2.5 Bezeichnung von Komplexverbindungen . .
Grundbegriffe der Kristallchemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Disperse Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.1 Aufbau disperser Systeme . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.2 Dispersitätsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.3 Arten disperser Systeme . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.4 Eigenschaften disperser Systeme . . . . . . . . . . .
Kolloiddisperse Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1 Arten der Kolloide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2 Herstellung kolloider Systeme . . . . . . . . . . . .
6.2.3 Eigenschaften kolloiddisperser Substanzen . . . .
6.2.3.1 Hydrophile und hydrophobe Kolloide .
6.2.3.2 Reversible und irreversible Kolloide . .
6.2.3.3 Schutzkolloide . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.3.4 Sol-Gel-Umwandlung . . . . . . . . . . .
6.2.3.5 Adsorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bedeutung der Kolloidchemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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7
Massen-, Volumen- und Energieverhältnisse bei chemischen Reaktionen . . . 104
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
Verbindung und chemische Reaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gesetz von der Erhaltung der Masse und Gesetz der bestimmten Masseverhältnisse
Relative Atommasse und relative Molekülmasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Stoffmenge, Mol und Avogadro-Konstante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Stoffmengen- und Äquivalentkonzentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gesetz von Avogadro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Verlag Harri Deutsch
R. Pfestorf: Chemie – Ein Lehrbuch für Fachhochschulen
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ISBN 978-3-8171-1783-3
Inhaltsverzeichnis
7.7
7.8
7.9
9
Zustandsgleichung der Gase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Stöchiometrische Berechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Thermodynamische Grundbegriffe zur energetischen Charakterisierung chemischer Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.9.1 Innere Energie, Enthalpie und der 1. Hauptsatz der Thermodynamik . . . . . . . . .
7.9.2 Thermodynamische Reaktionsgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.9.2.1 Molare Reaktions- und Bildungsenthalpien . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.9.2.2 Direkte und indirekte Bestimmung von Reaktionsenthalpien . . . . . . .
7.9.3 Entropie, Prozessrichtung und der 2. Hauptsatz der Thermodynamik . . . . . . . .
7.9.3.1 Prinzip von Thomsen und Berthelot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.9.3.2 Gibbs-Helmholtz-Gleichung und die freie Reaktionsenthalpie . . . . . .
7.9.3.3 Triebkraft und Gleichgewicht bei chemischen Reaktionen . . . . . . . . .
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8
Chemisches Gleichgewicht und Massenwirkungsgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8.1
8.2
8.3
Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen . . . . . . . . . . . . . .
Chemisches Gleichgewicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Verschiebung der Gleichgewichtslage . . . . . . . . . . . . . . .
8.3.1 Einfluss des Drucks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3.2 Einfluss der Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3.3 Einfluss der Konzentration . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chemisches Gleichgewicht in heterogenen Systemen . . . . .
Beschleunigte Gleichgewichtseinstellung . . . . . . . . . . . . .
8.5.1 Einfluss der Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.5.2 Einfluss von Katalysatoren . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenwirkung von Druck, Temperatur und Katalysator
Reaktionsgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Reaktionsordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Massenwirkungsgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.9.1 Ableitung des Massenwirkungsgesetzes . . . . . . . .
8.9.2 Anwendung des Massenwirkungsgesetzes . . . . . .
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
8.9
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9
Reaktionen anorganischer Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
9.1
Aufbau und Abbau von Ionengittern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.1 Dissoziationskonstante und Dissoziationsgrad . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.2 Konzentration und Aktivität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.3 Löslichkeitsprodukt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Säure-Base-Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.1 Die Brönstedsche Säure-Base-Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.2 Korrespondierende Säure-Base-Paare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.3 Protolyte – Ampholyte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.4 Protolytische Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.5 Die Autoprotolyse des Wassers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.6 Der pH-Wert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.7 Die Stärke der Protolyte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.8 Der pKS -Wert und der pKB -Wert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.9 Berechnung des pH-Wertes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.10 Säure-Base-Titration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.11 Titration schwacher und mittelstarker Protolyte – Pufferlösungen . .
9.2.12 Saure oder basische Reaktion wässriger Salzlösungen (Hydrolyse) .
9.2
Verlag Harri Deutsch
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Elektrochemie und Korrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.2 Leitfähigkeit von Elektrolytlösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.2.1 Spezifische elektrische Leitfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.2.2 Einfluss von Temperatur und Konzentration auf die spezifische elektrische Leitfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.2.3 Anwendung der Leitfähigkeitsmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.3 Elektrochemische Gleichgewichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.3.1 Verhalten der Metalle gegenüber Oxonium- oder Hydronium-Ionen . . . . . . . . .
10.3.2 Galvanische Zellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.3.3 Entstehen von Potenzialdifferenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.3.4 Standardpotenziale von Metallelektroden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.3.5 Standardpotenziale für Elektroden mit Nichtmetall-Ionen . . . . . . . . . . . . . . . .
10.3.6 Standardpotenziale bei Ionenumladungen und bei anderen Redoxvorgängen . . .
10.4 Galvanische Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.4.1 Quellenspannung und Klemmenspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.4.2 Konzentrationselement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.4.3 Primärelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.4.4 Sekundärelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.4.4.1 Bleiakkumulator (Bleisammler) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.4.4.2 Eisen-Nickel-Akkumulator (Stahlsammler) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.4.4.3 Nickel-Metallhydrid-Akkumulator (NMH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.4.5 Brennstoffzellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.5 Elektrolyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.5.1 Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.5.2 Elektrodenvorgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.5.2.1 Katodenvorgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.5.2.2 Anodenvorgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.5.3 Elektrolyse von Salzschmelzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.5.4 Elektrolyse in wässriger Lösung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.5.4.1 Allgemeine Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.5.4.2 Beispiele für Elektrolysen in wässriger Lösung . . . . . . . . . . . . . . . .
10.5.5 Faradaysche Gesetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.6 Anwendung der Elektrolyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.6.1 Elektrogravimetrie und Coulometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.6.2 Technische Schmelzflusselektrolysen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.6.3 Elektrolytische Metallraffination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.6.4 Alkalichloridelektrolyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.6.4.1 Diaphragmaverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.6.4.2 Amalgam- oder Quecksilberverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.6.4.3 Membranverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.6.5 Galvanisieren und Aloxieren (Eloxieren) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.6.6 Elysieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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9.3
9.2.13 Basischer und saurer Charakter von Metallhydroxiden (amphotere Hydroxide) .
Redoxreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.3.1 Oxidation als Elektronenabgabe – Reduktion als Elektronenaufnahme . . . . . .
9.3.2 Korrespondierende Redoxpaare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.3.3 Weitere Beispiele für Redoxsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Inhaltsverzeichnis
11
10.7 Korrosion von Metallen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.7.1 Begriff und Bedeutung der Korrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.7.2 Elektrochemische Korrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.7.3 Korrosion bei Eisenlegierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.7.3.1 Rosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.7.3.2 Verzundern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.8 Korrosionsschutz der Metalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.8.1 Aktiver und passiver Korrosionsschutz der Metalle . . . . . . . . . . .
10.8.2 Passiver Korrosionsschutz für unlegierte Eisenwerkstoffe . . . . . . .
10.8.2.1 Untergrundvorbehandlung unlegierter Eisenwerkstoffe . .
10.8.2.2 Korrosionsschutzüberzüge für unlegierte Eisenwerkstoffe
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Wasserstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.1 Elementarer Wasserstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.2 Verbindungen des Wasserstoffs . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.2.1 Wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.2.2 Wasserstoffperoxid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Elemente der Sauerstoffgruppe . . . . . . . . . . . . . .
Übersicht über die Elemente der 6. Hauptgruppe . . . . . . .
Sauerstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ozon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Schwefel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Verbindungen des Schwefels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13.5.1 Schwefelwasserstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13.5.2 Schwefeldioxid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13.5.3 Schweflige Säure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13.5.4 Schwefeltrioxid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13.5.5 Schwefelsäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13.6 Selen und Tellur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Halogene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12.1 Übersicht über die Elemente der 7. Hauptgruppe . . . . . .
12.2 Chlor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12.3 Verbindungen des Chlors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12.3.1 Chlorwasserstoff und Salzsäure . . . . . . . . . . . .
12.3.2 Oxide und Sauerstoffsäuren des Chlors . . . . . .
12.4 Brom und seine Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12.5 Iod und seine Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12.6 Fluor und seine Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
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13.5
Elemente der Stickstoffgruppe . . . . . . . . . . . . . . .
14.1 Übersicht über die Elemente der 5. Hauptgruppe . . . . . . .
14.2 Stickstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14.3 Verbindungen des Stickstoffs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14.3.1 Ammoniak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14.3.2 Stickstoffoxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14.3.3 Salpetrige Säure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14.3.4 Salpetersäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14.3.5 Kalkstickstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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12
Inhaltsverzeichnis
14.3.6 Stickstoffdüngemittel . . . . . . . . . . . . . .
14.4 Phosphor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14.5 Verbindungen des Phosphors . . . . . . . . . . . . . . .
14.5.1 Phosphorwasserstoff . . . . . . . . . . . . . . .
14.5.2 Phosphorhalogenverbindungen . . . . . . . .
14.5.3 Oxide und Sauerstoffsäuren des Phosphors
14.5.4 Phosphat-Düngemittel . . . . . . . . . . . . . .
14.5.5 Phosphonsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14.6 Arsen und seine Verbindungen . . . . . . . . . . . . . .
14.7 Antimon und seine Verbindungen . . . . . . . . . . . .
14.8 Bismut und seine Verbindungen . . . . . . . . . . . . .
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Nichtmetalle der Kohlenstoffgruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
15.1 Übersicht über die Elemente der 4. Hauptgruppe
15.2 Kohlenstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15.3 Verbindungen des Kohlenstoffs . . . . . . . . . . . .
15.3.1 Kohlenstoffmonoxid . . . . . . . . . . . . .
15.3.2 Kohlenstoffdioxid . . . . . . . . . . . . . . .
15.3.3 Kohlensäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15.3.4 Kohlenwasserstoffe . . . . . . . . . . . . . .
15.3.5 Carbide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15.3.6 Cyanide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15.4 Silicium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15.5 Verbindungen des Siliciums . . . . . . . . . . . . . .
15.5.1 Siliciumdioxid . . . . . . . . . . . . . . . . .
15.5.2 Kieselsäure und Silicate . . . . . . . . . . .
15.6 Technische Silicate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15.6.1 Gläser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15.6.2 Keramische Erzeugnisse . . . . . . . . . .
15.7 Silicone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15.8 Germanium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15.9 Bor und seine Verbindungen . . . . . . . . . . . . . .
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Edelgase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
16.1 Vorkommen der Edelgase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
16.2 Eigenschaften und Verwendung der Edelgase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
17
Eigenschaften, Vorkommen und Darstellungsprinzipien der Metalle . . . . . . . 340
17.1
17.2
17.3
17.4
Eigenschaften der Metalle . . . . . . . . . . . . .
Vorkommen der Metalle . . . . . . . . . . . . . . .
Aufbereitung der Erze . . . . . . . . . . . . . . . .
Darstellungsprinzipien der Metalle . . . . . . .
17.4.1 Reduktion von Schwermetalloxiden .
17.4.2 Raffination der Rohmetalle . . . . . . .
18
Metalle der 1. Hauptgruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
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18.1 Übersicht über die Metalle der 1. Hauptgruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
18.2 Lithium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
Verlag Harri Deutsch
R. Pfestorf: Chemie – Ein Lehrbuch für Fachhochschulen
ISBN 978-3-8171-1783-3
Inhaltsverzeichnis
13
18.3 Natrium . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18.3.1 Elementares Natrium . . .
18.3.2 Natriumverbindungen . .
18.4 Kalium . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18.4.1 Elementares Kalium . . .
18.4.2 Kaliumverbindungen . . .
18.4.3 Gewinnung der Kalisalze
19
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Metalle der 2. Hauptgruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364
19.1 Übersicht über die Metalle der 2. Hauptgruppe . . . .
19.2 Magnesium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19.2.1 Elementares Magnesium . . . . . . . . . . . . .
19.2.2 Magnesiumverbindungen . . . . . . . . . . . . .
19.3 Calcium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19.3.1 Elementares Calcium . . . . . . . . . . . . . . . .
19.3.2 Calciumverbindungen . . . . . . . . . . . . . . .
19.4 Barium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19.5 Baubindemittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19.5.1 Bedeutung der Baubindemittel . . . . . . . . .
19.5.2 Luftbinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19.5.2.1 Kalk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19.5.2.2 Gips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19.5.2.3 Magnesiabinder . . . . . . . . . . . .
19.5.3 Hydraulische Bindemittel . . . . . . . . . . . . .
19.5.3.1 Zemente . . . . . . . . . . . . . . . . .
19.5.3.2 Weitere hydraulische Bindemittel
19.5.4 Hydrothermale Bindemittel . . . . . . . . . . .
19.5.4.1 Kalksandstein . . . . . . . . . . . . . .
19.5.4.2 Porenbeton . . . . . . . . . . . . . . . .
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Metalle der 3. Hauptgruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
20.1 Übersicht über die Elemente der 3. Hauptgruppe
20.2 Aluminium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20.2.1 Elementares Aluminium . . . . . . . . . .
20.2.2 Aluminiumverbindungen . . . . . . . . . .
20.2.3 Aluminothermisches Verfahren . . . . . .
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Metalle der 4. Hauptgruppe . . . . . . . . . . . . . . . . .
21.1 Übersicht über die Elemente der 4. Hauptgruppe . . . . . . .
21.2 Zinn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21.2.1 Elementares Zinn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21.2.2 Zinnverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21.3 Blei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21.3.1 Elementares Blei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21.3.2 Bleiverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Verlag Harri Deutsch
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R. Pfestorf: Chemie – Ein Lehrbuch für Fachhochschulen
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ISBN 978-3-8171-1783-3
14
Inhaltsverzeichnis
22
Metalle der 1. und 2. Nebengruppe . . . . . . . . . . .
22.1 Übersicht über die Metalle der 1. Nebengruppe . . . . . . .
22.2 Kupfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22.2.1 Elementares Kupfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22.2.2 Kupferverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22.3 Silber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22.3.1 Elementares Silber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22.3.2 Silberverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22.4 Übersicht über die Metalle der 2. Nebengruppe . . . . . . .
22.5 Zink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22.6 Quecksilber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22.6.1 Elementares Quecksilber . . . . . . . . . . . . . . . .
22.6.2 Quecksilberverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . .
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Eisen und Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23.1 Übersicht über die Metalle der 8. Nebengruppe . . . . . . .
23.2 Eisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23.2.1 Elementares Eisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23.2.2 Eisenverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23.3 Eisen- und Stahlgewinnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23.3.1 Roheisengewinnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23.3.2 Stahlgewinnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23.4 Cobalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23.5 Nickel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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406
24
Wichtige Metalle der 4. bis 7. Nebengruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
24.1
24.2
24.3
24.4
4. Nebengruppe
5. Nebengruppe
6. Nebengruppe
7. Nebengruppe
25
Chemie und Technologie des Wassers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
25.1
25.2
25.3
25.4
Die wirtschaftliche Bedeutung des Wassers . . . . . . . . . . . .
Natürliches Wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wasserhärte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Anforderungen an die Wasserbeschaffenheit . . . . . . . . . . .
25.4.1 Anforderungen an die Trinkwassergüte . . . . . . . .
25.4.2 Anforderungen der Industrie an Brauchwasser . . . .
Trinkwasseraufbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25.5.1 Flockung und Filtration . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25.5.2 Kalk-Kohlenstoffdioxid-Gleichgewicht . . . . . . . .
25.5.3 Entkeimung des Wassers . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Enthärtung des Wassers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Abwasserreinigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25.7.1 Mechanische Reinigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25.7.2 Biologische Reinigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25.7.3 Schlammbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wasseruntersuchung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25.8.1 Bestimmung der Wasserhärte . . . . . . . . . . . . . . .
25.8.2 Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs .
25.5
25.6
25.7
25.8
Verlag Harri Deutsch
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ISBN 978-3-8171-1783-3
Inhaltsverzeichnis
15
26
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26.1
26.2
26.3
26.4
26.5
Gegenstand der organischen Chemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gegenstand der organischen Chemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben und Bedeutung der organischen Chemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammensetzung, Formeln und Isomerie organischer Verbindungen . . . . . . . . . . . . . .
Einteilung und Nomenklatur organischer Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bindungsverhältnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26.5.1 Die σ - und die π -Bindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26.5.2 Polarisation der Atombindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26.6 Eigenschaften organischer Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26.6.1 Schmelz- und Siedepunkt organischer Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26.6.2 Löslichkeit organischer Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26.7 Reaktionen organischer Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26.7.1 Reaktionsgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26.7.2 Reaktionsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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27
Gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe – Alkane . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456
28
Ungesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe – Alkene und Alkine . . . . . . . . 463
28.1 Alkene – Olefine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
28.2 Alkadiene – Diolefine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
28.3 Alkine – Acetylene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
29
Halogenverbindungen der Alkane und Alkene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
29.1 Halogenalkane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
29.2 Halogenalkene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
30
Derivate der aliphatischen Kohlenwasserstoffe . . . .
30.1 Funktionelle Gruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30.2 Alkanole (Alkohole) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30.2.1 Einwertige Alkanole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30.2.2 Mehrwertige Alkanole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30.2.3 Technisch wichtige Alkanole . . . . . . . . . . . . . . .
30.3 Alkanale (Aldehyde) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30.4 Alkanone (Ketone) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30.5 Alkansäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30.6 Alkensäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30.7 Substituierte Carbonsäuren und Carbonsäurederivat . . . . . .
30.7.1 Substituierte Carbonsäuren – optische Isomerie . . .
30.7.2 Carbonsäurederivate und Derivate der Kohlensäure
30.8 Ester . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30.9 Ether . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
31.1
31.2
31.3
31.4
31.5
31.6
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Cyclische Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Cycloalkane – Naphthene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aromatische Kohlenwasserstoffe – Benzol . . . . . . . . . .
Substitutionsprodukte aromatischer Kohlenwasserstoffe .
Phenole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aromatische Alkohole und Carbonsäuren . . . . . . . . . . .
Kondensierte aromatische Ringsysteme . . . . . . . . . . . .
Heterocyclische Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Verlag Harri Deutsch
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R. Pfestorf: Chemie – Ein Lehrbuch für Fachhochschulen
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ISBN 978-3-8171-1783-3
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32
Inhaltsverzeichnis
32.1
32.2
32.3
32.4
32.5
32.6
32.7
Petrol- und Kohlechemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Entstehung, Vorkommen und Inhaltsstoffe von Erdöl und Erdgas . . . . . . . . . . . . . . . . .
Physikalische Trennung von Erdölbestandteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Erdölveredlung mit chemischen Methoden – Petrolchemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Inhaltsstoffe, Entstehung und Vorkommen der Kohle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Verfahren der Kohleveredlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kraftstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Schmieröle und Schmierfette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
Eiweißstoffe, Fette und Kohlenhydrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
33.1
33.2
33.3
33.4
33.5
Aminosäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Proteine und Proteide . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fette und fette Öle . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Seifen und synthetische Waschgrundstoffe . . .
Kohlenhydrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33.5.1 Monosaccharide . . . . . . . . . . . . . . .
33.5.2 Oligosaccharide . . . . . . . . . . . . . . .
33.5.3 Polysaccharide: Stärke und Cellulose .
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531
532
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535
537
537
34
Polymere Werkstoffe und Faserstoffe – Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Arten der Polymerisation und Polymereigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Thermoplaste auf der Basis von Ethen und Ethenderivaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Synthetischer Kautschuk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Duroplaste auf der Basis von Phenolen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kunststoffe auf der Basis von Harnstoff und anderen Stickstoffverbindungen . . . . . . . . .
Epoxidharze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Polyester . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Polyamide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kunststoffe auf Cellulosebasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
540
34.1
34.2
34.3
34.4
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34.6
34.7
34.8
34.9
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553
554
Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558
Lösungen zu den Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559
Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588
Sachwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
Verlag Harri Deutsch
R. Pfestorf: Chemie – Ein Lehrbuch für Fachhochschulen
ISBN 978-3-8171-1783-3