Table Of ContentBurchard Kohaupt
Praxiswissen Chemie
fUr
Techniker und Ingenieure
Aus dem Programm _____________ ___...
Grundlagen und Anwendungen der Technik
Werkstoffkunde der Elektrotechnik
von E. Dăring
Praktikum in Werkstoffkunde
von E. Macherauch
Fertigungstechnik mit K1eb- und Dichtstoffen
von W. End1ich
Praktische Oberflăchentechnik
von K.-P. Miiller
Praxiswissen Chemie fur Techniker und
Ingenieure
von B. Kohaupt
Handbuch Technische Oberflăchen
von H. von Weingraber und Abon-Aly
Tribologie Handbuch
von H. Czichor und K.-H. Habig
Experimentalphysik fur Ingenieure
von D. Schulz et al.
VIeweg _________________
~
Burchard Kohaupt
Praxiswissen Chemie
fur
Techniker und Ingenieure
Mit 123 Bildern
5., verbesserte Auflage
al
Vleweg
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Kohaupt, Burchard:
Praxiswissen Chemie fUr Techniker und lngenieure / Buchard Kohaupt.
- 5., verb. Aufl. - Braunschweig; Wiesbaden: Vieweg 1996
4. Aufl. u.d.T.: Kohaupt, Burchard: Chemie fUr Techniker und lngenieure
ISBN 978-3-528-14978-9 ISBN 978-3-663-07703-9 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-07703-9
Das Buch erschien bis zur 4. Auflage unter dem TiteI
Chemie fUr Techniker und Ingenieure im Hoppenstedt-Verlag, Darmstadt
5., verbesserte Auflage 1996
Alle Rechte vorbehalten
© Springer Fachmedien Wiesbaden 1996
Urspriinglich erschienen bei Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 1996
Softcover reprint ofthe hardcover Sth edition 1996
Der Verlag Vieweg ist ein Unternehmen der Bertelsmann Fachinformation.
Das Werk einschliel3lich aHer seiner Teile ist urheberrechtlich geschiltzt. Jede
Verwertung auBerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne
Zustimmung des Verlags unzulăssig und strafbar. Das gilt insbesondere fUr Ver
vielfaltigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung in
elektronischen Systemen.
Gedruckt auf săurefreiem Papier
ISBN 978-3-528-14978-9
Vorwort
Erkenntnisse chemischer Forschungs- und Entwicklungsarbeit haben heute groBe Be
deutung im Alltag.
Zu Recht nicht immer unumstritten, hat die Chemie als Teilgebiet der Naturwissenschaf
ten im letzten Vierteljahrhundert ihr Gesicht sehr gewandelt.
Um zu zeigen, daB Chemie kein statisches Wissensreservoir ist und sich durch die
Genialitiit vieler Chemiker entwickelt hat, wurden in den einzelnen Abschnitten die
Meilensteine der Chemie und ihre Forscher genannt.
Das besondere Anliegen dieses Buches ist es, Erkenntnisse aus der chemischen Grund
lagenforschung in einem erkennbaren praktischen Nutzen zu zeigen.
Vor allem Studenten technischer Fachrichtungen und bereits in der Praxis stehende
Techniker und Ingenieure ha ben mit diesem Buch die M6g1ichkeit, ein ihr Aufgabenfeld
sonst nur tangierendes Wissensgebiet - mit dem sie aber stiindig konfrontiert werden -
fUr sich zu erschlieBen und zu beherrschen.
Bei der Stoffauswahl wurden besonders die modernen Teilgebiete wie Kunststoffe, Kor
rosion, Klebstoffe, die Organometalle und die Elektrochemie (einschlieBlich Brennstoff
zellen) beriicksichtigt.
Theorien sind unbestiindig, Tatsachen weit weniger.
Es ist wichtig, Beobachtungen einzuschiitzen, die gewonnenen Informationen zu analy
sieren und ihren Wert und die Grenzen ihrer Anwendbarkeit beurteilen zu k6nnen.
Koblenz, im Sommer 1995 Burchard Kohaupt
Inhaltsverzeichnis
Teill AIIgemeine und anorganische Chemie 1
v
Vorwort ....
1. Einleitung
2. Grundbegriffe der Chemie 5
2.1 Aufbau der Materie 5
2.2 Chemische Kurzzeichen (Nomenklatur) 5
2.3 Wertigkeit der Atome . . 6
2.4 Metalle und Nichtmetalle 6
2.5 Katalysatoren 6
2.6 Indikatoren . . . . . . 7
2.7 Losungsmittel . . . . . 7
2.8 Die drei chemischen Grundgesetze (stochiometrische Gesetze) 7
2.9 Die chemische Bindung 8
3. Săuren, Basen und Salze 11
3.1 Săuren . . . . . . . 11
3.1.1 Sauerstofffreie Săuren . 11
3.1.2 SauerstofThaltige Săuren . 11
3.1.3 Săurereste . . . 11
3.1.4 Săureanhydride 11
3.2 Basen (Laugen) 12
3.3 Salze ..... 12
3.3.1 Saure, neutrale, basische Salze 13
3.3.2 Sauer, neutral und basisch reagierende Salze 13
3.4 Der pH- Wert ..... . . . . . . . . 13
3.5 Konzentration găngiger konzentrierter Săuren und Basen 14
3.6 Bildung, Benennung und Aufstellung von Formeln fUr Săuren, Basen und
Salze ......................... . 14
3.6.1 Bildung von Săuren, Basen und Salzen . . . . . . . . . . . . . 14
3.6.2 Namen und Formeln einiger wichtiger Săuren, Basen und Salze ... 15
3.6.3 Aufstellung von Formeln chemischer Verbindungen als Summen- und
Strukturformeln anhand der Element-Wertigkeit (Oxidationszahl) sowie
deren Benennung ..... 16
4. Periodensystem der Elemente 21
5. Atombau 29
5.1 Allgemeines . . . 29
5.2 Aufbau der Atome 29
5.2.1 Maximale Elektronenzahl auf den Elektronenschalen 29
VIII lnhaltsverzeichnis
5.2.2 Elektronenverteilung 30
5.2.3 Massen-Energiegesetz 30
5.3 Bohr'sches Atommodell (1913) 31
5.4 Isotope und Radionuklide . . 31
5.5 Genaue Kennzeichnung von Elementen 32
5.6 Atom- und Molekiilmasse . . . . . 32
5.7. Zusammenfassung des Atomaufbaus 33
6. Chemische Bindung . . . . . 35
6.1 Bindungen 1. Ordnung . . . 35
6.2 Bindungen h6herer Ordnung . 36
6.3 Polaritiit chemischer Verbindungen 37
6.3.1 ModellmiiBige Erkliirung des polaren Verhaltens an Hand des Bohr'schen
Atommodells . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
6.3.2 Erkliirung der Polaritiit mittels der Elektronegativitiit 38
6.3.3 Der WasserstofT im Periodensystem 39
6.4 Die Wertigkeit und Oxidationszahl 40
7. Chemische Gesetze . . . . . 43
7.1 Avogadro'sches Gesetz 43
7.2 Chemisches Gasvolumengesetz 43
7.3 Allgemeine Gasgleichung 45
7.4 Loschmidt- oder Avogadro-Konstante (Loschmidt'sche- oder
Avogadro'sche Zahl) . . . . . . . . . . . . . . . . 46
7.5 Massenwirkungsgesetz (MWG) ........... . 47
7.6 Das Gesetz von der Erhaltung der Masse und der Energie 47
7.7 Das Gesetz der festen Massenverhiiltnisse . . . 48
7.8 Das Gesetz der vielfachen Gewichtsverhiiltnisse . 48
7.9 Schwefel-Eisen-Versuch . . . 49
8. Dissoziationsgrad und pH-Wert . 53
8.1 Die Dissoziation . . . . . . . 53
8.2 Dissoziationsgrad der Elektrolyte 53
8.3 pH-Wert ......... . 54
8.4 Verhalten von Gips gegeniiber Metallen 56
8.4.1 Aggressivitiit von Gips gegeniiber Stahl und anderen Metallen 56
8.4.2 Schiitzende Wirkung von Gips gegeniiber Biei 57
9. Stickstoff und seine wichtigsten Verbindungen . . . . . . . 59
9.1 Salpetersiiure-Synthese nach dem Luftverbrennungsverfahren 59
9.2 Verschiedene Oxide des StickstofTs . . . . . . . . . . . 59
9.3 Ammoniaksynthese (Haber-Bosch-Verfahren). . . . . . . 60
9.4 Salpetersiiure-Synthese (n. d. Ammoniakverbrennungsverfahren) 60
9.5 Einige Katalyse-Verfahren mit Ede1metallen (Platinmetallen) 61
10. Eigenschaften der Gase (Gastheorie) 63
10.1 Linde-Luftverfliissigungsverfahren 63
10.2 Gase ............ . 63
Inhaltsverzeichnis IX
10.2.1 Reale Gase ....... . 64
10.2.2 Ideale Gase . . . . . . . . 64
10.3 Kritische GroBen von Gasen . 65
10.4 Kinetische Gastheorie. . . . 65
10.4.1 Die drei wichtigsten Gasgesetze 67
10.5 Ozon ... 68
10.6 MAK-Werte .... 69
11. Eingestellte Liisungen 73
11.1 MaBlosungen 75
11.2 Ansetzen einer MaBlosung . 75
11.3 Das Einstellen einer angesetzten MaBlosung 76
11.4 MaBanalytische Bestimmung geloster Substanz 79
Teil 2 Organische Chemie . . . . . . . . 83
12. Einftihrung in die organische Chemie . 83
13. Kohlenwasserstoffe . . . . . . . . 85
13.1 Einige gesattigte Kohlenwasserstoffe 85
13.2 Sonderstellung des KohlenstofTs im Periodensystem 86
13.3 Alkane, Alkene und Alkine 86
13.3.1 Die Spannungstheorie. . . . . . . . . . 87
13.3.2 Alkene (Olefine) . . . . . . . . . . . . 88
13.3.3 Alkine und Acetylen . . . . . . . . . . 88
13.4 Acyclische und cyclische Kohlenwasserstoffe 90
13.4.1 Beispiele acyclischer Kohlenwasserstoffe . . 91
13.4.2 Beispiele cyclischer Kohlenwasserstoffe 91
13.4.3 Beispiele aromatischer Kohlenwasserstoffe . 93
13.4.4 Beispiele aliphatisch-aromatischer und ahnlicher Kohlenwasserstoffe . 95
13.5 Isomerie ............. 98
13.5.1 Spiegelbild-Isomerie (optische Isomerie) 99
13.5.2 Substitutions-Isomerie ....... 100
14. Wichtige Verbindungen und Begriffe der organischen Chemie 103
14.1 Paraffine . . . . . . . . . 103
14.2 Olefine . . . . . . . . . . 103
14.3 Derivate und Halogenderivate 103
14.4 Homologe Reihe 106
14.5 Jodzahl. 108
14.6 Radikale . . . 108
14.7 Alkohole . . . 108
14.7.1 Alkoholische Gruppe (OH-Gruppe) . 109
14.7.2 Mehrwertige Alkohole ...... 110
14.7.3 Primare,sekundare und tertiare Alkohole 110
14.7.4 Erkennungsmoglichkeiten der verschiedenen Alkohole (primar, sekundar,
tertiar) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
14.7.5 Vergallungsmittel (Denaturierungsmittel) fUr Ethanol ......... 112
X lnhaltsverzeichnis
15 Kohlenhydrate (Saccharide) . 115
16 Verbindungen mit funktionellen Gruppen 117
16.1 Ether . 117
16.2 Substitution 117
16.3 Amine und Amide 117
16.4 Aldehyde 118
16.5 Ketone 118
16.6 Carbonsăure . 119
16.7 Mehrbasige organische Săuren 120
16.8 Ester 120
17 Seifen und Waschmittel (Fette und Tenside) 125
17.1 Seifen (Waschseife) . . . . . . . . . . 125
17.2 Synthetische Waschmittel . . . . . . . 126
17.3 Schwimmaufbereitung von Erzen (Flotation) 127
18 Kraftstoffe . 129
18.1 Benzin (Oktanzahl, Verbleiung) . 129
18.2 Dieselkraftstoff (Cetanzahl) 131
19 Teer und Bitumen . 133
19.1 Herkunft von Teer und Bitumen 133
19.2 Definition von Teer und Bitumen 133
19.3 Unterscheidungsmerkmale zwischen Teer und Bitumen 133
Teil 3 Elektrochemie (Elektrolyse) 137
20 EinfUhrung in die Elektrochemie 137
21 Elektrolytische Zersetzung . . . 139
21.1 Elektrolytische Zersetzung von Kupfersulfat und E-Kupfergewinnung 139
21.3 Faraday'sche Gesetze . . . . . 140
22 Elektrochemische Spannungsreihe 145
22.1 Normalpotentiale....... 146
22.1.1 Elektrochemische Spannungsreihe der Metalle (in saurer L6sung) 147
22.1.2 Elektrochemische Spannungsreihe der Nichtmetalle . . 148
22.1.3 Elektrochemische Spannungsreihe der Ionenumladungen 149
22.1.4 Thermoelektrische Spannungsreihe 149
22.2 Polarisation. 150
22.3 Lokalelemente....... 151
22.4 Passivităt . . . . . . . . . 151
22.5 Elektropolieren (" Elysieren ") 152
lnhaltsverzeichnis XI
23 Korrosion ............. . 155
23.1 Allgemeine Bedeutung ....... . 155
23.2 Theorie der elektrochemischen Korrosion 157
23.3 Kontaktkorrosion . . . . . . . . . . 157
23.3.1 Korrosion verzinkter Stahlrohre (Wasserleitungen) 157
23.4 Das "Umkehren" des Zink- und Eisenpotentials 158
23.5 Lochfra/3 .......... . 158
23.6 Lokalelementbildung . . . . . . 159
23.7 Reibkorrosion und Reibverschlei/3 159
23.7.1 Die selektive Korrosion . . . . . 159
23.7.2 Spongiose (Schwammkorrosion) . 160
23.8 Erosions- und Kavitationskorrosion 160
24 Korrosionsschutz 163
24.1 Korrosionsschutz durch Obernăchenbeschichtung 163
24.1.1 N atiirlicher Korrosionsschutz 163
24.1.2 Kiinstlicher Korrosionsschutz 163
24.2 Kathodischer Korrosionsschutz . 164
25 Elektrischer Leitungsmechanismus . 167
25.1 Elektrische Leiter . 167
25.2 Elektrische Nichtleiter (lsolatoren) 169
25.3 Elektrische Halbleiter . 169
25.3.1 Theoretische Grundlagen 169
25.3.2 Storstellenleitung in Halbleitern 171
26 Akkumulatoren (Sekundărelemente) und Brennstoffzellen 175
26.1 Bleiakkumulator 175
26.1.1 Aufbau des Bleiakkumulators 175
26.1.2 Elektrochemischer Arbeitsproze/3 176
26.1.3 Herstellung der Akkumulatorplatten 177
26.1.4 Technische Daten 178
26.1.5 Vor- und Nachteile des Bleiakkumulators 179
26.2 Nickel-Eisen- und Nickel-Cadmium-Akkumulator 180
26.2.1 Arbeitsprinzip 180
26.2.2 Gasdichte Akkumulatoren . 181
26.2.3 Entwicklung und Aufbau 181
26.2.4 Lade- und Entladevorgang 183
26.3 Silber-Zink-Akkumulator (oder auch Silber-Cadmium-Akkumulator) 185
26.4 Anwendung der Akkumulatoren 186
26.4.1 Schaltung von Akkumulatoren . 186
26.4.2 Zukunftsaussichten der Akkumulatoren 186
26.4.3 Akkumulatoren im Elektroauto (Elektrotraktion) 186
26.5 Brennstoffzellen 186
