Chemie der Nichtmetalle (Anorg. Chem. I)

Universität Freiburg, Stand WS 2004/05

Prof. Dr. H. Vahrenkamp

Stichwortverzeichnis der Vorlesung

Reine Elemente

Schwefel und Homologe: Molek"ule, Einfachbindung, Doppelbindung, Kettenbildungstendenz, Bindungsenergien, Schwefelmodifikationen, Synthese neuer Schwefelringe, Isoelektronische Beziehung S-CH₂, Ursachen f"ur den zunehmend metallischen Charakter in der Reihe S, Se, Te, Po.
Phosphor und Homologe: Edelgasregel, Doppelbindungsregel, Dreifachbindungen, Modifikationen des elementaren Phosphors, "Ubergang Nichtmetall-Metall in der Reihe P, As, Sb, Bi.
Kohlenstoff: Vorkommen und Bedeutung des Kohlenstoffs in der belebten und unbelebten Natur, Bindung in Graphit und Diamant, Diamantsynthese, Zustandsdiagramm des Kohlenstoffs, neue Modifikationen des Kohlenstoffs, Graphitverbindungen.
Silicium und Bor: Verwandtschaft und Unterschiede in der Reihe Si, Ge, Sn, Halbmetalle, Halbleiter, n- und p-Typ, B"andermodell, H"arte und Spr"odigkeit. Probleme durch Kovalenzneigung und Elektronenmangel beim Bor, Ikosaeder in elementarem Bor und in Borwasserstoffen, Borstickstoff.

Wasserstoffverbindungen
Bindungsarten des Wasserstoffs: Elementarer Wasserstoff, Bindungsenergie in Wasserstoffverbindungen, atomarer Wasserstoff, Isotope, ortho-para-Wasserstoff, metallischer Wasserstoff, saurer und hydridischer Wasserstoff, Elektronegativit"at. Basische Hydride: Darstellung, Hydrolyse, reduzierende Wirkung, hydrierende Wirkung, Wasserstofferzeugung aus Hydriden, Doppelhydride. Unpolare Hydride: Bindung im Diboran, Dreizentrenbindung, Hydrid-Br"ucken in B₂H₆, BeH₂, AlH₃, Elektronenmangel und Reaktivit"at von B₂H₆, Bildung und Eigenschaften von LiBH₄, Be(BH₄)₂, Al(BH₄)₃, Formeln der h heren Borane, Ikosaeder, B-B-B-Dreizentrenbindung. Saure Wasserstoffverbindungen: Definition und Bezugssystem der Acidit"at, Acidit"at bin"rer Wasserstoffverbindungen in Abh"angigkeit von der Stellung im Periodensystem, Basizit"at von S"auren, Protonenbeweglichkeit, Protonenleitf"ahigkeit, Wasserstoffbr"ucken in NH3, OH2, FH, weitere M"oglichkeiten f"ur Wasserstoffbr"ucken, Struktur von Eis und (HF)₆.
Halogenverbindungen
Systematik: anionisches, kationisches und radikalisches Halogen, Elektronenaffinit"aten, Bindungsenergien, Redoxpotentiale, MO-Schema f"ur F₂, O₂, N₂, Bindungsenergien in kovalenten Halogeniden, St"ochiometrie, Oktett"uberschreitung, maximale Wertigkeit von Elementen.
Ionische und kovalente Halogenide: BeCl₂, BCl₃, BF₃, R"uckbindung B-N, B-O, B-F, Lewis-Acidit"at von Borhalogeniden, AlF₃, AlCl₃, Halogenbr"ucken, Vergleich CCl₄-SiCl₄, Oxidationsstufe 2 und 4 in Ge-, Sn- und Pb-Halogeniden. Unpolare Halogenide: Vergleich NCl₃-PCl₃, PF₅, Oktett"uberschreitung und Lewis-Acidit"at, Struktur von PCl₅, PBr₅, Vergleich OCl₂-OF₂, Schwefelchloride, Stabilit"at von S₂Cl₂, Vulkanisation, Synthese und Eigenschaften von l"angerkettigen Chlorsulfanen und Sulfanen, SF₆, einfache Interhalogenverbindungen. Chemie der Halogenverbindungen: Hydrolyse und ihre thermodynamischen Bedingungen, Nucloephile Substitution durch Amine, Hydride, Alkyle und Thiole, Metallierung, Element-Element-Verkn"upfung, Funktion als Lewis-S"auren und -Basen.
Sauerstoffverbindungen
Bindungsarten des Sauerstoffs: O^2-, O₂^2-, O₂^-, O₂⁺, MO-Schema dazu, Molek"ule mit ungepaarten Elektronen, Einfachbindung und Doppelbindung des Sauerstoffs, p_{PI-p_{PI-Bindung, R"uckbindung Ozon
O₂-H"amoglobin.

Molekulare Oxide I: Vorkommen im Periodensystem, CO₂, CO,
Vergleich CO-N₂, Vergleich CO₂-SiO₂,
Boudouard-Gleichgewicht, N₂O, NO, NO₂,
N_{2_{O₅, Vergleich OO, NO, CO; Vergleich OO₂,
NO₂, CO₂.

Molekulare Oxide II: P- und N-Oxide, P₄O₆,
P4}O₁₀, Bedeutung und Gef"ahrlichkeit von SO₂,
Doppelbindungen in SO₂ und SO₃,
Bindungszustand, Modifikationen und Reaktionen von SO_{3, Oxidhalogenide
im Vergleich zu bin"aren Oxiden und Halogeniden, COCl₂,
NOCl, POCl₃, SOCl₂, SO₂Cl₂.

S"auren

Acidit"at von OH-Verbindungen:
Hydrolyse von Oxiden der Metalle und Nichtmetalle,
Grenzf"alle, Wasser als Bezugssystem der S"aure-Base-Klassifizierung,
Anionen als starke Basen, Beeinflussung der S"aurest"arke in Verbindungen
X-OH durch die Elektronegativit"at von X, die Gr"o"se von X und
die Oxidationsstufe von X, Amphoterie.

Kondensation von Sauerstoffs"auren:
zur Existenz von H₂CO₃ und H₂SO₃,
keine S"aure zu NO und NO₂, S"auren, zu denen es kein Anhydrid gibt,
Hydrolyse von Oxiden, Mechanismus der Hydrolyse von
P₄O₁₀,
Entw"asserung von H₂SO₄, H₂SO₃,
H₃PO₄, Bisulfite, Polyphosphate,
Metaphosphate, ADP-ATP, Entw"asserung von H₃PO₃.

Silikate: Vernetzungsm"oglichkeiten von
H₂SO₄, H₃PO₄,
H₄SiO₄,
Orthosilikate, Disilikate, Metasilikate, Bandsilikate, SiO₂,
Strukturen und mechanische Eigenschaften der Silikate

Vergleich der 1. und 2. Achterperiode

Sulfide und Oxide: Einfachbindung, Mehrfachbindung,
p_PI-d_PI-Bindungen, ionische Bindung,
Donator-Akzeptor-Verhalten, Redochverhalten von O₂ und
S₈,
Kettenbildungstendenz, Stickstoffsulfide, Phosphorsulfide.

Vergleich Stickstoff-Phosphor: Oktett"uberschreitung,
Oxidationsempfindlichkeit, Doppelbindungsregel, Gegen"uberstellung der Oxide und
S"auren, Strukturverwandtschaft von H₃PO₄,
H3PO3, H3PO2, H3PO und PH4, Stickstoff- und Phosphorhalogenide, Phosphazene.

Si-Analoge der organischen Chemie: Kettenbildung, Stabilit"at
gegen Oxidation und Hydrolyse, Bindungsvielfalt, Vergleich der C-X und Si-X-Bindungsenergien,
Stabilit"at der Si-O-Bindung, Silane, Silen, Silin, Silanole, Siloxane, Silikone.

Allgemeine anorganische Chemie

Isoelektronische Beziehungen:
Definition, Vergleich O - NH - CH₂ - BH₃ - SiH₂ - PH - S,
Ladungsanalogie, z.B. Tl^--Sn, Rechts-Links-Analogie,
z.B. CC - BN, CO₂ und seine Analoga,
Vergleich ClO₄^- - SO₃F^- -
PO₂F₂^- - COF₃^- -
BF₄^-, Bor-Stickstoff-Verbindungen.

Lewis-S"auren und -Basen: Definition, Donatoren und Akzeptoren, Verbindungen mit Elektronenl
cken, Verbindungen mit freien Koordinationsstellen, Acidit
t von B-, Al-, Si-, Sn-, PV-, SbV-, SVI-Verbindungen,
bergangsmetallionen, Basizit
t gegen
ber Protonen und Lewis-S
uren, Reaktionen und Folgereaktionen zwischen Lewis-S
uren und -Basen.
Molek
lgeometrie: Hybridisierung, Oktett
berschreitung, stereochemische Aktivit
t freier Elektronenpaare, VSEPR-Regeln mit vielen Beispielen, Substituenten verschiedener Elektronennegativit
t, Mehrfachbindungen.

Wasser"ahnliche L"osungsmittel: Definitionen, L"oslichkeiten, Eigendissoziation,
S"aure-Base-Eigenschaften, Neutralisation, protonenhaltige L"osungsmittel:
NH₃, HF, CH₃COOH, HCN, protonenfreie L"osungsmittel:
SO₂, N₂O₄, BrF₃.

Moderne Aspekte

Edelgasverbindungen: historische Betrachtung, Xenonhalogenide,
Oxidierende Eigenschaft, Hydrolyse, Reaktion als Lewis-S"auren und -Basen,
Struktur nach der VSEPR-Theorie.

Organo-Element-Verbindungen:
Vergleich Hydride-Halogenide-Organyle, Stabilit"at der Element-Kohlenstoff-Bindung,
Funktionalisierung, Darstellung und Struktur von LiCH₃,
Mg(CH₃)₂, RMgX, Al(CH₃)₃,
B(CH₃)₃,
Bedeutung von Silicium- und phosphororganischen Verbindungen.

Nichtmetallische Werkstoffe:
Physikalische und chemische Grundlagen f"ur H"arte, Schmelzpunkt, Farbe,
Leitf"ahigkeit und Lumineszenz, Steingut, Porzellan, Zement, optische und chemisch
resistente Gl"aser, Email, Karborund, Widia, Fasern aus Glas, Kohlenstoff und Oxiden,
Hochtemperaturwerkstoffe, Halbleiter, LED's, Dotierung, Ionenleiter,
ß-Alumina, Batterien.

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