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Dieser Klassiker bietet einen Überblick über die Chemie aller nichtmetallischen Elemente. Eine anspruchsvolle Einführung in die Theorien der chemischen Bindung bildet die Basis für die systematischen Behandlungen der Elemente. Synthesen, Strukturen, die anwendungsrelevante Bedeutung der Nichtmetallchemie für die chemische Technik und für den Umweltschutz werden thematisiert.
/ AUS DEM INHALT: / / /
Teil I: Die chemische Bindung und Moleküleigenschaften
1 Einführung 3
2 Die chemische Bindung 9
2.1 Die Ionenbindung 10
2.1.1 Einführung 10
2.1.2 Die Ionisierungsenergie 10
2.1.3 Die Elektronenaffinität 12
2.1.4 Ionenkristalle und lonenradien 14
2.1.5 Gitterenergie und Gitterenthalpie 16
2.1.6 Bestimmung von Gitterenergie und Gitterenthalpie 17
2.1.7 Bedeutung der Gitterenthalpie 19
2.1.8 Polarisation von Anionen durch Kationen 22
2.2 Moleküle und ihre Geometrie 25
2.2.1 Strukturbestimmungsmethoden 25
2.2.2 Die VSEPR-Methode zur Strukturermittlung 26
2.3 Molekülsymmetrie und Punktgruppensymbole 36
2.4 Die kovalente Bindung 41
2.4.1 Das Molekül-Ion [H2]+ 42
2.4.2 Das Molekül H2 49
2.4.3 Homonukleare Moleküle mit 5- und p-Orbitalen 53
2.4.4 Photoelektronenspektroskopie kleiner Moleküle 59
2.4.5 Heteronukleare zweiatomige Moleküle 62
2.4.6 Dreiatomige Moleküle der Symmetrie D"h 64
2.4.7 Dreiatomige Moleküle der Symmetrie C2v 68
2.4.8 Vieratomige Moleküle der Symmetrie Z)3h 70
2.4.9 Vieratomige Moleküle der Symmetrie C3v 74
2.4.10 Fünfatomige Moleküle 77
2.5 Die koordinative Bindung 79
2.6 Hyperkoordinierte oder hypervalente Verbindungen 83
2.7 Quantenchemische Berechnung von Struktur und Eigenschaften
von Molekülen 90
2.7.1 Physikalische Grundlagen: ab m/ft'o-Methoden 90
2.7.2 Näherungen für die Wellenfunktion/Molekülorbitale 91
2.7.3 Ab /n;Y/o-Methoden: Näherungen für den HAMILTON-Operator 95
2.7.4 Ab /"/rio-Methoden: Das Basissatz- und Korrelations-Limit 98
2.7.5 DFT-Methoden 99
2.7.6 Ablauf einer quantenchemischen Geometrieoptimierung 101
2.7.7 Qualität der Geometrieoptimierung am Beispiel
vonP4undS4N4 101
2.7.8 Berechnung physikalischer Messgrößen 103
3 Die VAN DER WAALS-Wechselwirkung 105
3.1 Der Dipoleffekt 105
3.2 Der Induktionseffekt 107
3.3 Der Dispersionseffekt 108
3.4 VAN DER WAALS-Radien 110
3.5 VAN DER WAALS-Moleküle 112
4 Bindungseigenschaften 115
4.1 Allgemeines 115
4.2 Bindungsenthalpie und Dissoziationsenthalpie 116
4.2.1 Zweiatomige Moleküle 116
4.2.2 Mehratomige Moleküle 119
4.2.3 Warum ist Sauerstoff gasförmig und Schwefel fest? 123
4.3 Der Kernabstand 125
4.4 Die Valenzkraftkonstante 128
4.4.1 Zweiatomige Moleküle 128
4.4.2 Zweiatomige Gruppen 130
4.4.3 Dreiatomige Moleküle 131
4.5 Zusammenhänge zwischen den Bindungseigenschaften 133
4.6 Polarität kovalenter Bindungen und Elektronegativität 135
4.6.1 Allgemeines 135
4.6.2 Elektronegativitäten 136
4.6.3 Das Bindungsmoment 142
4.7 Elektronendichteverteilung in Molekülen und Kristallen 146
Teil II: Chemie der Nichtmetalle
5 Wasserstoff 149
5.1 Elementarer Wasserstoff 151
5.2 Wasserstoff-Ionen H+ 156
5.3 Säuren 159
5.4 Basen 163
5.5 Die relative Stärke von Säuren und Basen 164
5.5.1 Verdünnte Lösungen 164
5.5.2 Konzentrierte und wasserfreie Säuren 168
5.6 Die Wasserstoffbrückenbindung 170
5.6.1 Allgemeines 170
5.6.2 Allgemeine Eigenschaften von Wasserstoffbrücken 171
5.6.3 Experimenteller Nachweis von Wasserstoffbrücken 173
5.6.4 Beispiele für Wasserstoffbrückenbindungen 176
5.6.5 Theorie der Wasserstoffbrückenbindung 186
5.7 Wasserstoffverbindungen (Hydride) 189
5.7.1 Allgemeines 189
5.7.2 Kovalente Hydride 190
5.7.3 H2 als Komplexligand 191
5.7.4 Salzartige Hydride 193
5.7.5 Metall-oder legierungsartige Hydride (Einlagerungshydride) 196
6 Bor 199
6.1 Allgemeines 199
6.2 Bindungsverhältnisse 200
6.2.1 Lewis Acidität und Adduktbildung 200
6.2.2 Koordinationszahlen und Mehrfachbindungen 203
6.2.3 Ähnlichkeiten und Unterschiede
gegenüber anderen Nichtmetallen 204
6.3 Elementares Bor 205
6.3.1 Herstellung 206
6.3.2 Kristallstrukturen 207
6.3.3 Bindungsverhältnisse 208
6.4 Metallboride und Borcarbid 210
6.4.1 Boride 210
6.4.2 Borcarbid 212
6.5 Borane und Hydroborate 213
6.5.1 Allgemeines 213
6.5.2 Diboran 214
6.5.3 Höhere Borane 216
6.5.4 Hydroborate 219
6.6 Organoborane 222
6.7 Carborane 223
6.8 Borhalogenide 225
6.8.1 Trihalogenide 225
6.8.2 Subhalogenide 227
6.9 Sauerstoffverbindungen des Bors 229
6.9.1 Allgemeines 229
6.9.2 Bortrioxid und Borsäuren 229
6.9.3 Borate 232
6.10 Bor-Stickstoff-Verbindungen 234
6.10.1 Bindungsverhältnisse 234
6.10.2 Ammoniak-Boran 236
6.10.3 Borazin 237
6.10.4 Bornitrid 239
6.10.5 Nitridoborate 241
7 Kohlenstoff 243
7.1 Allgemeines 243
7.2 Bindungsverhältnisse 244
7.3 Modifikationen des Kohlenstoffs 249
7.3.1 Graphit und Graphen 249
7.3.2 Diamant 252
7.3.3 Fullerene 255
7.3.4 Kohlenstoff-Nanoröhren 259
7.4 Graphitverbindungen 260
7.4.1 Kovalente Graphitverbindungen 261
7.4.2 Ionische Graphitverbindungen 263
7.5 Ruß, Kohle und Koks 266
7.6 Halogenide des Kohlenstoffs 268
7.7 Chalkogenide des Kohlenstoffs 268
7.7.1 Oxide 268
7.7.2 Sulfide, Selenide, Telluride 272
7.7.3 Kohlensäuren und Carbonate 274
7.8 Nitride des Kohlenstoffs 278
7.8.1 Hydrogencyanid und Cyanide 278
7.8.2 Binäre Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen 279
8 Silicium und Germanium 281
8.1 Allgemeines 281
8.2 Bindungsverhältnisse 282
8.3 Die Elemente 288
8.4 Silicide und Germanide 291
8.5 Hydride von Silicium und Germanium 293
8.5.1 Herstellung der Hydride 294
8.5.2 Reaktion der Silane und Germane 295
8.6 Halogenide von Silicium und Germanium 296
8.6.1 Fluoride 297
8.6.2 Chloride 298
8.6.3 Sonstige Si-Halogenide 299
8.7 Oxide von Silicium und Germanium 300
8.7.1 Dioxide 300
8.7.2 Siliciummonoxid 302
8.7.3 Germaniumoxide 302
8.8 Oxosäuren, Silicate und Germanate 303
8.8.1 Kieselsäuren und Siloxane 303
8.8.2 Silicate 305
8.8.3 Germanate 311
8.9 Gläser 311
8.10 Silicium-Stickstoff-Verbindungen 315
8.11 Organosilicium-Verbindungen 316
8.11.1 Organosilane 316
8.11.2 Ungesättigte Organosilicium- und
-germanium-Verbindungen 319
8.11.3 Organosiloxane (Silikone) 322
8.12 Sonstige Si-Verbindungen 324
8.12.1 Siliciumcarbid 324
8.12.2 Siliciumnitrid 325
8.12.3 Siliciumsulfide 326
9 Stickstoff 327
9.1 Elementarer Stickstoff 327
9.2 N2 als Komplexligand 329
9.3 Bindungsverhältnisse in Stickstoffverbindungen 332
9.4 Hydride des Stickstoffs 338
9.4.1 Allgemeines 338
9.4.2 Ammoniak NH3 338
9.4.3 HydrazinN2H4 342
9.4.4 Diazen (Diimin) N2H2 344
9.4.5 Hydrogenazid HN3 und Azide 345
9.4.6 Tetrazen(2) N4H4 347
9.4.7 Hydroxylamin NH2OH 348
9.4.8 Wasserähnliche Lösungsmittel 349
9.5 Halogenide und Oxidhalogenide des Stickstoffs 357
9.5.1 Halogenide 357
9.5.2 Oxidhalogenide 360
9.6 Oxide des Stickstoffs 362
9.6.1 Allgemeines 362
9.6.2 Distickstoffoxid N20 362
9.6.3 Stickstoffmonoxid NO und Distickstoffdioxid N202 363
9.6.4 Distickstofftrioxid N203 366
9.6.5 Stickstoffdioxid N02 und Distickstofftetroxid N204 367
9.6.6 Distickstoffpentoxid N205 368
9.7 Sauerstoffsäuren des Stickstoffs 369
9.7.1 Allgemeines 369
9.7.2 Salpetersäure HN03 bzwHON02 370
9.7.3 Peroxosalpetersäure HN04 bzwH00N02 372
9.7.4 Salpetrige Säure HN02 bzwHONO 373
9.7.5 Peroxosalpetrige Säure HOONO 374
9.7.6 Hyposalpetrige Säure (HON)2 375
10 Phosphor und Arsen 377
10.1 Allgemeines 377
10.2 Bindungsverhältnisse in P-und As-Verbindungen 377
10.3 Die Elemente Phosphor und Arsen 381
10.3.1 Herstellung der Elemente 381
10.3.2 Modifikationen von Phosphor und Arsen 382
10.4 Hydride von Phosphor und Arsen 387
10.4.1 Phosphan und Arsan 388
10.4.2 Diphosphan(4) 390
10.5 Phosphide 391
10.6 Organophosphane 393
10.7 Diphosphene und Phosphaalkine 395
10.8 Halogenide des Phosphors und Arsens 397
10.8.1 Trihalogenide EX3 398
10.8.2 Tetrahalogenide E2X4 400
10.8.3 Pentahalogenide EX5 400
10.8.4 Starke Lßwis-Säuren 402
10.9 Phosphorane und Arsorane 405
10.10 Oxide des Phosphors und Arsens 406
10.10.1 Phosphor(III)-oxid 407
10.10.2 Phosphor(III/V)-oxid 408
10.10.3 Phosphor(V)-oxid 409
10.10.4 Arsenoxide 410
10.11 Sulfide des Phosphors und Arsens 410
10.12 Oxosäuren von Phosphor und Arsen und deren Derivate 413
10.12.1 Oxosäuren mit einem P-Atom 413
10.12.2 Kondensierte Phosphorsäuren 417
10.12.3 Peroxophosphorsäuren 419
10.12.4 Thiophosphorsäuren 419
10.12.5 Halogeno-und Amidophosphorsäuren 420
10.12.6 Oxo-und Thiosäuren des Arsens und ihre Salze 420
10.13 Phosphor(V)-nitride und Nitridophosphate 421
10.14 Phosphazene 422
11 Sauerstoff 427
11.1 Elementarer Sauerstoff 427
11.1.1 Molekularer Sauerstoff 02 427
11.1.2 Atomarer Sauerstoff 435
11.1.3 Ozon 03 436
11.2 Bindungsverhältnisse am Sauerstoflfatom in kovalenten
und ionischen Verbindungen 441
11.2.1 Oxide 441
11.2.2 Peroxide 444
11.2.3 Superoxide 445
11.2.4 Ozonide 446
11.2.5 Dioxygenylverbindungen 447
11.2.6 Vergleich der Bindungsverhältnisse in den Ionen [02]'+,
[02]'~und [02p- 448
11.3 Hydride des Sauerstoffs und Peroxoverbindungen 449
11.3.1 Allgemeines 449
11.3.2 Wasser 450
11.3.3 Wasserstoffperoxid H202 451
11.3.4 Das Hydroxylradikal [OH]* 455
11.4 Fluoride des Sauerstoffs 457
11.4.1 Allgemeines 457
11.4.2 Sauerstoffdifluorid OF2 457
11.4.3 Disauerstoffdifluorid 02F2 458
11.5 Bindungsverhältnisse in den Hydriden und Fluoriden des Sauerstoffs 458
12 Schwefel, Selen und Tellur 461
12.1 Allgemeines 461
12.2 Bindungsverhältnisse und Tendenzen in der 16Gruppe 462
12.3 Herstellung der Elemente 465
12.3.1 Gewinnung von Schwefel 465
12.3.2 Herstellung von Selen und Tellur 466
12.4 Modifikationen der Chalkogene 467
12.4.1 Schwefel 467
12.4.2 Modifikationen von Selen und Tellur 475
12.5 Homoatomare Chalkogen-Kationen 476
12.6 Kettenaufbau- und -abbau-Reaktionen 479
12.7 Hydride der Chalkogene 480
12.7.1 Hydride H2E (E = S, Se, Te) 480
12.7.2 Polysulfane H2S" (n> 1) 482
12.8 Metallchalkogenide 483
12.9 Diorganopolysulfane R2S" (n>l) 488
12.10 Oxide der Chalkogene 489
12.10.1 Dioxide 489
12.10.2 Trioxide 492
12.10.3 Niedere Schwefeloxide 495
12.11 Oxo-, Thio-und Halogeno-Säuren der Chalkogene 496
12.11.1 Allgemeines 496
12.11.2 Schweflige Säure H2S03 497
12.11.3 Selenige Säure H2Se03 und Tellurige Säure
H2Te03 499
12.11.4 Schwefelsäure H2S04 500
12.11.5 Selensäure H2Se04 und die Tellursäuren H2Te04 und
Te(OH)6 502
12.11.6 Peroxoschwefelsäuren H2S05 und H2S208 503
12.11.7 Halogenoschwefelsäuren HS"03"X 503
12.11.8 Thioschwefelsäure H2S203 und Sulfandisulfonsäuren
H2S,A 504
12.11.9 Dithionsäure H2S206 505
12.11.10 Dithionige Säure H2S204 506
12.12 Halogenide und Oxidhalogenide der Chalkogene 507
12.12.1 Allgemeines 507
12.12.2 Schwefelhalogenide 508
12.12.3 Schwefeloxidhalogenide 512
12.12.4 Selen-und Tellurhalogenide 513
12.13 Schwefel-Stickstoff-Verbindungen 515
13 Die Halogene 521
13.1 Allgemeines 521
13.2 Die Elemente Fluor bis Iod 522
13.3 Bindungsverhältnisse 524
13.4 Fluor 527
13.4.1 Herstellung von Fluor 527
13.4.2 Eigenschaften von Fluor 529
13.4.3 Herstellung von Fluoriden 530
13.4.4 Verwendung von Fluorverbindungen 531
13.4.5 Bindungsverhältnisse in Fluoriden 534
13.4.6 Stabilisierung niedriger Oxidationsstufen 536
13.5 Chlor, Brom und Iod 538
13.5.1 Herstellung und Eigenschaften der Elemente 538
13.5.2 Halogenide 542
13.5.3 Polyhalogenid-Ionen 544
13.5.4 Positive Halogen-Ionen 547
13.5.5 Interhalogenverbindungen 549
13.5.6 Sauerstoff-Verbindungen von Chlor, Brom
und Iod 552
13.6 Pseudohalogene 564
14 Die Edelgase 565
14.1 Allgemeines 565
14.2 Vorkommen, Gewinnung und Verwendung 566
14.3 Xenonverbindungen 567
14.3.1 Xenonfluoride 568
14.3.2 Reaktionen der Xenonfluoride 569
14.3.3 Oxide und Oxosalze des Xenons 572
14.3.4 Oxidfluoride des Xenons 574
14.3.5 Sonstige Xenon-Verbindungen 574
14.4 Verbindungen der übrigen Edelgase 576
14.5 Elektronegativitäten der Edelgase 577
14.6 Bindungsverhältnisse bei Edelgasverbindungen 578
14.6.1 Zweiatomige Moleküle und Ionen 578
14.6.2 Mehratomige Moleküle und Ionen 579
14.6.3 Existenz und Nichtexistenz von Edelgasverbindungen 581