Umweltchemie

Eine Einführung mit Aufgaben und Lösungen

Ronald A. Hites, Jonathan D. Raff, Peter Wiesen

• Verlag: Wiley-VCH
• Jahr: 2017
• ISBN drucken: 9783527335237
• eBook-ISBN: 9783527672967
• Auflage: 1
• Thema: Naturwissenschaften
• Thema: Organische Chemie

Ein schneller Einstieg in die Umweltchemie, fachlich fundiert und mit Praxisbezug? Die vorliegende Übersetzung des amerikanischen Bestsellers Elements of Environmental Chemistry macht es möglich.
Hier werden die Schwerpunkte der Umweltchemie auf den Punkt gebracht: Welche Faktoren verursachen die Klimaerwärmung? Wo nützt Ozon und wo schadet es? Wie verhalten sich schwer abbaubare Substanzen, wenn sie in die Umwelt gelangen?
Ergänzt um aktuelle Beispiele aus Deutschland und Europa vermittelt das einführende Lehrbuch Grundlagen und Anwendungen des chemischen Verhaltens von Stoffen in der Umwelt. Zahlreiche Beispielrechnungen trainieren den Umgang mit chemischen Größen. Den Bezug zur Praxis stellen die über 120 Übungsaufgaben her, und der Lernerfolg kann gleich im Lösungsteil überprüft werden.
Ein Grundlagenbuch und ein Werkzeugkasten, der Bachelor-Studenten mit dem notwendigen Wissen ausrüstet.
Das ideale Einsteigerbuch für Studierende aller Fachrichtungen.

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Einfache Werkzeuge oder: Was man weiß – was man wissen sollte

In diesem Kapitel werden wir uns mit Grundeinheiten, dem Umrechnen von Einheiten, der Abschätzung von Größen, dem idealen Gasgesetz und der Stöchiometrie chemischer Reaktionen beschäftigen. All dieses wird uns in den folgenden Kapiteln immer wieder begegnen und es ist wichtig, diese grundlegenden Dinge richtig zu beherrschen.

1.1 Umrechnung von Einheiten

Es gibt mehrere wichtige Vorsilben für Maßeinheiten, die Sie kennen sollten:

Präfix	Symbol	Wert	Präfix	Symbol	Multiplier
Yokto	y	10^−24	Zenti	c	10^−2
Zepto	z	10^−21	Dezi	d	10^−1
Atto	a	10^−18	Kilo	k	10^3
Femto	f	10^−15	Mega	M	10^6
Piko	p	10^−12	Giga	G	10^9
Nano	n	10^−9	Tera	T	10^12
Mikro	μ	10^−6	Peta	P	10^15
Milli	m	10^−3	Exa	E	10^18

So ist z. B. ein Nanogramm 10⁻⁹ g und ein Kilometer ist 10³ m lang. Aber das ist ziemlich trivial.

Obwohl in vielen Ländern inzwischen das SI-Einheitensystem¹⁾ per Gesetz vorgeschrieben ist, gibt es eine Vielzahl von Einheiten, die aus historischen Gründen noch immer verwendet werden. Zur Umrechnung von Einheiten, die in Großbritannien und den USA verwendet werden, sind die folgenden Umrechnungsfaktoren hilfreich:

1. 1 Pfund (lb) = 454 Gramm (g)
2. 1 Zoll (in) = 2,54 Zentimeter (cm)= 1 Zoll (′′)
3. 12 Zoll = 1 Fuß (ft)
4. 1 Meter (m) = 3,28 f t
5. 1 Meile = 5280 ft = 1610 m
6. 3,8 Liter (L) = 1 US-Gallone (gal)

Es gibt einige andere gemeinsame Umrechnungsfaktoren, die Länge, Volumina und Flächen verbinden:

1. 1 Liter (L) = 10³ cm³
2. 1 m³ = 10³ L
3. 1 km² = (10³ m)² = 10⁶ m² = 10¹⁰ cm²

Eine weitere nützliche Einheitenumrechnung ist

1. 1 Tonne = 1 t = 10³ kg = 10⁶ g

Eine Einheit, die Chemiker häufig verwenden, um Abstände zwischen den Atomen in einem Molekül anzugeben, ist das Ångström²⁾. Diese Einheit hat das Symbol Å. Ein Ångström sind 10⁻¹⁰ m. Zum Beispiel ist die Länge einer C–H-Bindung in einem organischen Molekül typischerweise 1,1 Å oder 1,1 × 10⁻¹⁰ m. Die OH-Bindung in Wasser ist 0,96 Å lang.

Lassen Sie uns nun die Umrechnung von Einheiten an einigen einfachen Beispielen üben. Schreiben Sie sich die Umrechnung der Einheiten immer auf, auch wenn Sie glauben, alles im Kopf ausrechnen zu können.

Nehmen wir an, dass das menschliche Kopfhaar im Monat 0,5 Zoll wächst. Wie viel wächst das Haar in einer Sekunde? Bitte verwenden Sie SI-Einheiten.

Ansatz: Lassen Sie uns Zoll in Meter und Monate in Sekunden konvertieren. Je nachdem wie klein das Ergebnis ist, können wir dann die richtigen Längeneinheiten wählen:

Wir werden in diesem Buch fast immer die wissenschaftliche Schreibweise verwenden. Diese ist viel einfacher, wenn man mit sehr kleinen oder sehr großen Zahlen operiert.

Wir können das Ergebnis dann wie folgt schreiben:

Ein Wort zu signifikanten Nachkommastellen. In der Aufgabe wurde die Wachstumsgeschwindigkeit mit einer Nachkommastelle angegeben. Dann sollte das Ergebnis der Berechnung auch nicht mit mehr als einer Nachkommastelle angegeben werden. Bei der Berechnung selber kann man natürlich mit mehr signifikanten Stellen rechnen, aber zum Schluss muss eine entsprechend sinnvolle Rundung vorgenommen werden.

Die Gesamtmenge an Schwefel, die pro Jahr durch die Verbrennung von Kohle in die Atmosphäre eingetragen wird, beträgt etwa 75 Mio. t. Welches Volumen hätte ein Würfel, wenn man annimmt, dass der Schwefel in fester Form vorliegt. Berechnen Sie dazu die Kantenlänge des Würfels in SI-Einheiten und nehmen Sie an, dass Schwefel die doppelte Dichte von Wasser hat.

Ansatz: Nun ja, das ist jetzt ein bisschen mehr als nur das Umwandeln von Einheiten. Zunächst müssen wir das Gewicht in ein Volumen umrechnen. Dazu benötigen wir die Dichte von Schwefel. Die Dichte hat die Einheit Masse pro Volumeneinheit. In unserem Beispiel soll die Dichte des Schwefels dopp...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Inhaltsverzeichnis
• Titel
• Impressum
• Vorwort zur englischen Originalausgabe
• Vorwort zur deutschen Ausgabe
• 1 Einfache Werkzeuge oder: Was man weiß – was man wissen sollte
• 2 Massebilanz und chemische Kinetik
• 3 Chemie der Atmosphäre
• 4 Der Klimawandel
• 5 CO2-Gleichgewichte
• 6 Pestizide, Quecksilber und Blei
• 7 Organische Verbindungen und ihr Abbau in der Umwelt
• 8 PCB, Dioxine und Flammschutzmittel
• Anhang A: Eine kurze Einführung in die Struktur und Nomenklatur organischer Verbindungen
• Anhang B: Lösungen zu den Übungsaufgaben
• Anhang C: Periodensystem der Elemente
• Stichwortverzeichnis
• Endbenutzer-Lizenzvereinbarung