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Physikalische Chemie
Buch
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Fachbuch
2012

Physikalische Chemie

Gesamtausgabe

ISBN
EAN
978-3-642-87848-0
9783642878480
Artikel-Nr.
5VQQ59K
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speech-bubble-svg Beschreibung
Inhalt des Teils III ist die thermodynamische und kinetische Beschreibung chemi­ scher Reaktionen, sozusagen das eigentliche Ziel der Physikalischen Chemie seit jeher. Die ersten beiden Teile stellen in diesem Sinne die physikalischen Grundlagen zur Behandlung reagierender Materie zur Verfügung; auf sie wird verwiesen, wenn es um molekül- oder systemspezifische Vorstellungen geht. Der Teil III beginnt nach einer Einfiihrung in die Thermochemie mit der Behandlung chemischer und elektrochemischer Reaktionen bzw. Gleichgewichte und geht dann in getrennten Kapiteln auf die Kinetik homogener und heterogener Reaktionen ein. Während die Gleichgewichtsthermodynamik von Reaktionen noch abgeschlossen darstellbar ist - Schwierigkeiten bereiten hier höchstens die verschie­ den definierten Standard- bzw. Bezugszustände - äußert sich in der Kinetik die große Vielfalt der Chemie an sich: Empirische Erfahrungen gepaart mit scheinbar gegensätzli­ chen Theorien und Vorstellungen. Dasselbe gilt auch für die Photochemie, die dort be­ ginnt, wo die Molekülspektroskopie endet. Der heutigen Auffassung folgend, wonach der Ablauf biologischer Reaktionen durch Prinzipien der irreversiblen Thermodynamik ge­ steuert wird, wurde ein abschließendes Kapitel über lineare und nichtlineare Prozesse neu verfaßt. Für wertvolle Diskussionen während und nach der Durchsicht des Manuskriptes bedanke ich mich bei Herrn Dr. H. Leitner und Frau Dipl.-Ing. I. Hollerer (TU Graz).
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Physikalische Chemie
Zielgruppe
Lower undergraduate
Inhaltsverzeichnis
I: Atome, Moleküle, Kerne.- 1 Gasmoleküle und ihre Energie.- 1.1 Die Gasgesetze von Boyle-Mariotte und Gay-Lussac.- 1.2 Das ideale Gasgesetz und die Gaskonstante.- 1.3 Daltonsches Partialdruckgesetz und mittlere Molmasse.- 1.4 Das kinetische Modell der Gase.- 1.5 Mittlere kinetische Energie und Gleichverteilungssatz.- 1.6 Die MB-Geschwindigkeitsverteilung.- 1.7 Gasmoleküle als starre Kugeln.- 1.8 Reale Gase und Moleküldurchmesser.- 2 Die quantenmechanische Beschreibung atomarer Teilchen.- 2.1 Licht-Materiewechselwirkung.- 2.2 Das Bohrsche Atommodell.- 2.3 Das Konzept der Quantenmechanik.- 2.4 Teilchen in einem eindimensionalen Potentialtopf.- 2.5 Teilchen in einem dreidimensionalen Potentialtopf.- 2.6 Die Translationsenergie.- 2.7 Die Rotationsenergie.- 2.8 Die Schwingungsenergie.- 2.9 Normalschwingungen mehratomiger Moleküle.- 3 Der Atomaufbau.- 3.1 Die Energieeigenwerte der Einelektronenatome.- 3.2 Die Eigenfunktionen der Einelektronenatome.- 3.3 Das Vektormodell der Einelektronenatome.- 3.4 Zweielektronenatome.- 3.5 Das Antisymmetrieprinzip.- 3.6 Das He-Atom.- 3.7 Atomaufbau der Elemente.- 3.8 Elektronenkonfiguration und chemisches Verhalten der Atome.- 4 Molekülsymmetrie und Gruppentheorie.- 4.1 Symmetrieoperationen in Matrizendarstellung.- 4.2 Die Prinzipien der Gruppentheorie.- 4.3 Der Charakter von Matrizendarstellungen.- 4.4 Molekülsymmetrie und Charaktertafel.- 4.5 Gruppentheoretische Anwendungen.- 5 Chemische Bindung und Molekülaufbau.- 5.1 Klassische Deutungsversuche und Ionenbindung.- 5.2 Das H2-Molekül.- 5.3 VB-Methode und Hybridisierung von Atomorbitalen.- 5.4 Valenzorbitale und ihre Symmetrie.- 5.5 Resonanzhybridisierung.- 5.6 Variationsrechnung und MO-Theorie.- 5.7 Zweiatomige, homonukleare Moleküle und ihre Symmetrie.- 5.8 Zweiatomige, heteronukleare Moleküle und Elektronegativität.- 5.9 Konjugierte ?-Elektronensysteme.- 5.10 Koordinations- und Elektronenüberschußverbindungen.- 6 Molekülspektren.- 6.1 Strahlungstheorie.- 6.2 Das Lambert-Beersche Absorptionsgesetz.- 6.3 Rotationsspektren.- 6.4 Schwingungsspektren.- 6.5 Elektronenspektren.- 6.6 Photoelektronen- und Massenspektroskopie.- 6.7 Kern- und Elektronenresonanzspektroskopie.- 7 Elektrische und magnetische Molekülmomente.- 7.1 Die dielektrische Polarisation.- 7.2 Das elektrische Dipolmoment.- 7.3 Messung des Dipolmoments und der Polarisierbarkeit.- 7.4 Dipolmoment und Ionencharakter.- 7.5 Magnetische Molekülmomente.- 8 Lichtstreuung an Molekülen.- 8.1 Ramanspektren.- 8.2 Rayleighstreuung an Makromolekülen.- 8.3 Beugungserscheinungen.- 8.4 Die Wierlgleichung.- 8.5 Auswertung des Beugungsspektrums.- 9 Aufbau der Atomkerne.- 9.1 Allgemeine Kerneigenschaften.- 9.2 Tröpfchenmodell und Stabilität der Atomkerne.- 9.3 Das Schalenmodell der Atomkerne.- 9.4 Natürliche und künstliche radioaktive Kerne.- 9.5 Kernanregung, Kernreaktionen und Kernspaltung.- 9.6 Elementarteilchen.- II: Gase, Flüssigkeiten, Festkörper und Mischphasen.- 10 Statistische Beschreibung der Materie.- 10.1 Das Antisymmetrieprinzip.- 10.2 Die FD- und die BE-Statistik.- 10.3 Die MB-Verteilung und der Multiplikator ?.- 10.4 Das Konzept der Zustandssumme.- 10.5 Die Zustandssummen der Translation, der Rotation und der Schwingung und die mittlere Gesamtenergie eines Gases.- 10.6 Statistische Begründung der MB-Geschwindigkeitsverteilung.- 10.7 Die Entropie.- 10.8 Die Mischungsentropie.- 10.9 Das chemische Potential ? und der Multiplikator ?.- 11 Die Thermodynamik.- 11.1 Zustandsfunktionen und Energieerhaltungssatz.- 11.2 Wärme und Volumenarbeit.- 11.3 Enthalpie und spezifische Wärme bei konstantem Druck.- 11.4 Statistische Berechnung der Molwärme.- 11.5 Entropie und 2. Hauptsatz.- 11.6 Die freie Enthalpie.- 11.7 Unerreichbarkeit des absoluten Nullpunktes.- 11.8 Entropie und 3. Hauptsatz.- 11.9 Das thermodynamische Formelgebäude.- 12 Reale Gase.- 12.1 Das reale Verhalten der Gase.- 12.2 Das Theorem der übereinstimmenden Zustände.- 12.3 Das van der Waalsgas.- 12.4 Statistische Behandlung realer Gase.- 12.5 Statistische Interpretation des van der Waalsgases.- 12.6 Die Molwärmedifferenz und der Joule-Thomsonkoeffizient.- 12.7 Die freie Enthalpie.- 13 Die Kristallstruktur.- 13.1 Die Kristallsymmetrie.- 13.2 Kristallgitter und Elementarzelle.- 13.3 Braggsche Reflexion und Einkristallverfahren.- 13.4 Das Debye-Scherrerverfahren und die NaCl-Struktur.- 13.5 Der Strukturfaktor.- 13.6 Fouriersynthese der Elektronendichte.- 14 Festkörper.- 14.1 Ionenkristalle und Gitterenergie.- 14.2 Die Molwärme.- 14.3 Die Molwärme der Metalle und das Elektronengasmodell.- 14.4 Bändermodell und Metalle.- 14.5 Valenzkristalle und Halbleiter.- 14.6 Molekülkristalle.- 14.7 Der reale Festkörper.- 14.8 Diffusion und Leitfähigkeit.- 15 Flüssigkeiten.- 15.1 Flüssigkeitsstruktur und Röntgenbeugung.- 15.2 Paarverteilungsfunktion und thermodynamische Eigenschaften.- 15.3 van der Waalswechselwirkungen.- 15.4 Dampfdruck und Verdampfungsenthalpie.- 15.5 Verdampfungsentropie und Gasmodell.- 15.6 Die Molwärme.- 15.7 Computersimulation.- 15.8 Die Viskosität und das Hagen-Poiseuillesche Gesetz.- 15.9 Die Oberflächenspannung.- 16 Systeme aus mehreren chemischen Komponenten und Phasen.- 16.1 Phasen, Komponenten und Freiheiten.- 16.2 Das chemische Potential von Komponenten in Mischphasen.- 16.3 Zustandsdiagramme einkomponentiger Systeme.- 16.4 Zustandsdiagramme zweikomponentiger flüssiger Systeme.- 16.5 Thermodynamik idealer und realer flüssiger Mischungen.- 16.6 Unvollständig mischbare Flüssigkeiten.- 16.7 Schmelzdiagramme.- 16.8 Zustandsdiagramme dreikomponentiger Systeme.- 16.9 Freie Enthalpie und Stabilität von Mischkristallen.- 16.10 Phasenumwandlungen zweiter Ordnung.- 17 Kolligative Eigenschaften von Lösungen.- 17.1 Dampfdruckerniedrigung.- 17.2 Siedepunkterhöhung.- 17.3 Gefrierpunkterniedrigung.- 17.4 Der osmotische Druck.- 17.5 Löslichkeit von Gasen und festen Stoffen.- 17.6 Lösungswärmen.- 17.7 Nernstsches Verteilungsgesetz.- 18 Elektrolyt- und Makromoleküllösungen.- 18.1 Elektrolytlösungen und ihre Leitfähigkeit.- 18.2 Die Hydratation der Ionen.- 18.3 Die Ionenwolke und der Aktivitätskoeffizient.- 18.4 Theorie der elektrolytischen Leitfähigkeit.- 18.5 Makromolekulare Lösungen.- 18.6 Diffusion und Brownsche Molekularbewegung.- 18.7 Sedimentation.- 18.8 Viskosität.- III: Thermodynamische und kinetische Behandlung chemischer Reaktionen.- 19 Thermochemie.- 19.1 Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie.- 19.2 Direkte und indirekte Bestimmung der Reaktionswärme.- 19.3 Standardbildungsenthalpie.- 19.4 Temperaturabhängigkeit der Reaktionsenthalpie.- 19.5 Statistische Berechnung der Reaktionsenthalpie.- 19.6 Thermochemische Bindungsenergien.- 19.7 Gitter- und Hydratationsenthalpie.- 20 Das chemische Gleichgewicht.- 20.1 Die freie Reaktionsenthalpie.- 20.2 Temperatur- und Druckabhängigkeit der freien Reaktionsenthalpie.- 20.3 Die Gleichgewichtskonstante.- 20.4 Statistische Berechnung der Gleichgewichtskonstante.- 20.5 Allgemeine Formulierung des chemischen Gleichgewichts.- 20.6 Säure-Basengleichgewicht.- 20.7 Das Löslichkeitsprodukt.- 21 Das elektrochemische Gleichgewicht.- 21.1 Die elektrochemische Zelle.- 21.2 Die EMK und das Elektrodenpotential.- 21.3 Konzentrationszellen, Diffusionspotential und Salzbrücken.- 21.4 Spezielle Elektroden und ihre Anwendung.- 21.5 Bestimmung thermodynamischer Größen aus EMK-Daten.- 21.6 Membrangleichgewicht und elektrochemisches Potential.- 21.7 Das Donnangleichgewicht.- 22 Kinetik homogener Reaktionen.- 22.1 Phänomenologische Begriffe der chemischen Kinetik.- 22.2 Vollständige Reaktionen erster und höherer Ordnung.- 22.3 Unvollständige Reaktionen und chemische Relaxation.- 22.4 Folgereaktionen und Näherung des stationären Zustandes.- 22.5 Homogene Katalyse und Enzymreaktionen.- 22.6 Die Geschwindigkeitskonstante.- 22.7 Theorie des Übergangszustandes.- 22.8 Die Stoßtheorie.- 22.9 Theorie monomolekularer Zerfallsreaktionen.- 22.10 Theorie diffusionskontrollierter Reaktionen.- 22.11 Quantenstatistische Geschwindigkeitstheorie.- 23 Phasengrenzflächen und Kinetik heterogener Reaktionen.- 23.1 Die elektrische Doppelschicht.- 23.2 Elektrodenkinetik.- 23.3 Festkörperkontakte.- 23.4 Adsorption von Gasmolekülen an Festkörperoberflächen.- 23.5 Heterogene Katalyse.- 23.6 Die Oxidation von Metallen.- 23.7 Lösungsreaktionen.- 23.8 Adsorption an Flüssigkeitsoberflächen.- 24 Photochemie.- 24.1 Strahlungsgleichgewicht und Lebensdauer angeregter Zustände.- 24.2 Fluoreszenz und Phosphoreszenz.- 24.3 Induzierte Emission und Laser.- 24.4 Photochemische Reaktionen und Blitzlichtphotolyse.- 24.5 Photoeffekte an Halbleiterkontakten.- 25 Irreversible Thermodynamik.- 25.1 Kinetik und Thermodynamik.- 25.2 Die Entropieproduktion irreversibler Prozesse.- 25.3 Elektrokinetische Effekte.- 25.4 Atomistische Behandlung der Elektroosmose und des Strömungspotentials.- 25.5 Onsagerrelationen und Prinzip der minimalen Entropieproduktion.- 25.6 Nichtlineare Prozesse.- 4: Anhang.- I. Vektoren und Vektoroperationen.- III. Ersatz von Summen durch Integrale.- IV. Energiedichte des elektrostatischen bzw. elektromagnetischen Feldes.- V. Transformation des Laplaceoperators in Kugelkoordinaten.- VI. Zugeordnete Legendresche Polynome.- VII. Hermitesche Polynome.- VIII. Taylorreihenentwicklung.- IX. Determinanten und Gleichungssysteme.- X. Zugeordnete Laguerresche Polynome.- XI. Orthogonalität von Eigenfunktionen.- XII. Variationstheorem.- XIII. Fourierreihe und Fourierintegral.- XIV. Tunneleffekt.- XV. Stirlingsche Näherungsformel.- XVI. Lagrangesche Multiplikatoren.- XVIII. Kontinuitätsgleichung.- XIX. Londonsche Dispersionsenergie.- XX. Die Gaußsche Verteilung.- XXI. Poissonsche Gleichung und Debye-Hückeltheorie.- Verzeichnis der Symbole.- Tabellen.- Basisgrößen, Einheiten, Vielfache und Definitionen des internationalen Einheitensystems (SI).- Abgeleitete SI-Einheiten und SI-fremde Einheiten.- Konzentrationseinheiten und Umrechnungsfaktoren.- Energieumrechnungsfaktoren und einige wichtige physikalische Konstanten in SI-Einheiten.- Atomgewichte.- Isotopentabelle.- Elektrodenstandardpotentiale.- Thermodynamische Eigenschaften eigener Substanzen.- Thermodynamische Eigenschaften von Ionen in wäßriger Lösung.- Charaktertafeln.- Namen- und Sachwortverzeichnis.
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6. Auflage -
17.05.2012
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