Chemie Für Ingenieure: Grundlagen Und Praxisbeispiele

ISBN-13: 9783642621543 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 436 str.

Dirk Flottmann; Detlev Forst; Helmut Rosswag

Opis

In diesem Buch fassen die Autoren, die teilweise drei Jahrzehnte Ingenieurstudenten unterrichteten, ihr chemisches Fachwissen in verstandlicher Form zusammen. Aus verschiedenen Vorlesungen wurden die fur alle ingenieurwissenschaftlichen Fachrichtungen bedeutenden Themenbereiche neu bearbeitet und so erganzt, dass sie auch ohne begleitende Vorlesung verstanden werden konnen. Die Themen Werkstoffkunde, Halbleiter, Wasserchemie, Elektrochemie, Umweltschutz und Energie sind u.a. inhaltliche Schwerpunkte. Wichtige Industrieprodukte und -bereiche wie Schwefelsaure, Luftflussigung, Ethylen und Erdol, Kalk, Ammoniak, Natronlauge und Chlor sind als Beispiele chemisch-technischer Prozesse mit einbezogen. Ubungen mit Losungen dienen der Vertiefung des erworbenen Wissens. "

Spis treści

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 weiß man bis hierher über 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 Radioaktivität.- 1.3.4 Was ist ein Spaltkern?.- 1.4 Das Aufbau-Prinzip des Periodensystems.- 1.5 Die Basisgröße “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 Elektronegativität.- 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 für kubische Ionenstrukturen.- 2.3 Metallische Bindung und Metallstrukturen.- 2.3.1 Sind Legierungen auch einfach aufgebaut?.- 2.4 Zu guter Letzt: Diamant, ein Supermolekül.- Wasser und wässrige Lösungen.- 3.1 Wasser, eine anormale Flüssigkeit.- 3.2 Lösevorgänge und Konzentrationsangaben.- 3.3 Wasserhärte und Wasseraufbereitung.- 3.3.1 Die Vollentsalzung des Wassers durch Ionenaustauscher.- 3.4 Was bedeutet “Chemisches Gleichgewicht”?.- 3.4.1 Ionenprodukt des Wassers und Löslichkeitsprodukt.- 3.5 Säuren und Basen.- 3.5.1 Die wichtigsten Mineralsäuren.- 3.6 Der pH-Wert.- 3.6.1 Die NIST-Standardpufferlösungen.- 3.6.2 Kann man den pH-Wert berechnen?.- 3.7 Redoxreaktionen in wässriger Lösung 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 Übergangsmetalle (früher: Nebengruppenelemente).- 4.8 Übergangsmetalle und Komplexchemie.- 4.8.1 Die okataedrische KZ 6 bei Komplexen.- 4.8.2 Einige ausgewählte 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 Energieänderung eines Systems.- 5.1.4 Enthalpie.- 5.1.5 Standardbildungsenthalpien.- 5.1.6 Reaktionsenthalpien.- 5.1.7 Enthalpieberechnungen.- 5.1.8 Reaktionsenthalpie und Entropie-Triebkräfte 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, Konzentrationsabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit.- 5.2.2 Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit.- 5.2.3 Einfluss von Katalysatoren.- Grundlagen der organischen Chemie.- 6.1 Alkane (gesättigte Kohlenwasserstoffe, Paraffine).- 6.1.1 Grenzenlose Möglichkeiten?.- 6.2 Erdöl und Benzin.- 6.2.1 Was ist Erdöl?.- 6.2.2 Feuergefährliche Flüssigkeiten und Flammpunkt.- 6.3 Ungesättigte 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 Carbonsäuren und Ester.- 6.6 Kohlenhydrate.- 6.7 Organische Chlorverbindungen.- 6.7.1 Das „grüne 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 Salpetersäure als Lösungsmittel für 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 Sekundärbatterien (Akkumulatoren).- 7.6.1 Der Bleiakkumulator.- 7.6.2 Die Nickel-Metallhydrid-Batterie.- 7.6.3 Lithium in Sekundärzcllen.- 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 Verständnis der Korrosion nach dem Wasserstoff- und Sauerstofftyp anhand von Stromdichte-Potenzial-Kurven.- 8.2.2 Belüftungszellen; einige Beispiele aus der Praxis.- 8.3 Korrosionsschutz.- 8.3.1 Korrosionsschutzgerechte Konstruktion.- 8.3.2 Schutzmaßnahmen am Korrosionsmedium.- 8.3.3 Schutzmaßnahmen durch Eingriff in den elektrochemischen Vorgang: Kathodischer und anodischer Korrosionsschutz.- 8.3.4 Schutzmaßnahmen am Werkstoff: Schutz durch Überzüge.- Chemische Industrieprodukte.- 9.1 Schwefclsäurc.- 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 Gläser.- 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 störempfindlich?.- 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 Erdöl (Ergänzung 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 Mineralöle.- 10.8.2 Tenside.- 10.9 Einblicke in die Polymerchemie.- 10.9.1 Allgemeines.- 10.9.2 Die Kondensationspolymerisation als Aufbaureaktion für Makromoleküle.- 10.9.3 Die klassische Polymerisation.- 10.9.4 Klassische Additonspolymerisate: Polyurethane und Epoxidharze.- 10.9.5 Hochtemperaturbeständige Thermoplaste.- Chemie und Umwelt.- 11.1 Ökologische 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 natürliche 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 Künstliche 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.

O autorze

Prof. Dr. Dirk Flottmann, Jahrgang 1965: Studium der Chemie an der Universität Bielefeld, 1995 Promotion in Physikalischer Chemie, 1995-2002 Wacker Chemie GmbH/Burghausen bzw. Wacker Siltronic AG/Singapur. Seit April 2002 Professor für 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 zuständig für Anorganische Chemie, Elektrochemie und Chemie für Ingenieure. Seit 1990 Aufbau von ökologischen Vorlesungen und Teilnahme an internationalen Umweltkonferenzen.

Prof. Dr. Helmut Roßwag, Jahrgang 1938: Studium der Chemie und Promotion an der Universität Karlsruhe; Industrietätigkeit; Lehrtätigkeit an der Fachhochschule Aalen im Studiengang "Oberflächentechnik und Werkstoffkunde"; 8 Jahre Rektor der Fachhochschule Aalen. Zeitweise Technische Entwicklungshilfe in Nord- und Zentralafrika.

Blurb

In diesem Buch fassen die Autoren, die teilweise drei Jahrzehnte Ingenieurstudenten unterrichteten, ihr chemisches Fachwissen in verständlicher Form zusammen. Aus verschiedenen Vorlesungen wurden die für alle ingenieurwissenschaftlichen Fachrichtungen bedeutenden Themenbereiche neu bearbeitet und so ergänzt, dass sie auch ohne begleitende Vorlesung verstanden werden können. Übungen mit Lösungen dienen der Vertiefung des erworbenen Wissens.