Einführung in die Physikalische Chemie

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1 Einführung in die Physikalische Chemie 1. Zwischenmolekulare Wechselwirkungen 2. Bau der Materie 3. Struktur der Moleküle 4. Molekülspektroskopie 5. Boltzmann-Statistik 6. Transportphänomene 7. Theorie der Wärmekapazität 8. Mathematik und Formalismen der klassischen Thermodynamik 9. Grundlagen der Thermodynamik 10. Thermochemie 11. Der Phasenübergang 12. Das Reaktionsgleichgewicht 13. Komplexe Systeme

2 Wichtig! Die Lösung der Übungen auf den Übungsblättern sind für alle Hörer und Hörerinnen der Vorlesung obligatorisch. Sie gelten als Teil der Vorlesungen und Prüfungen. Es wird nicht kontrolliert, ob sie gelöst werden. Die Übungsaufgaben dienen einerseits der Prüfungsvorbereitung; sie werden aber auch zur Vertiefung des Stoffes verwendet, indem Zusatzinformation vermittelt oder technische Probleme genauer erläutert werden. Die Übungsstunden werden auf Wunsch der Biologie abgehalten, sie wenden sich jedoch an alle interessierten Hörer und Hörerinnen. Der Besuch ist nicht obligatorisch. Die erste Aufgabe jeder Übungs-Serie besteht in der Regel aus einer Anzahl meist qualitativer Überlegungsfragen, die das Verständnis des Stoffs testen sollen. Das Angebot an Aufgaben mag zuweilen mehr Zeit beanspruchen, als Sie aufzuwenden gewillt sind. Dies geschieht mit Absicht, um eine breite Auswahl an Problemen zu präsentieren. Wir werden Lösungsblätter mit den Antworten zu den wichtigsten Aufgaben verteilen. Die Übungs- und Lösungsblätter zusammen können Ihnen später als wertvolle Hilfe bei der Prüfungsvorbereitung dienen. Übungsablauf: Sie erhalten jede Woche ein Übungsblatt, das Sie bis zum darauf folgenden Montag studieren sollten, sodass Sie in der Übungsstunde (Mo 9-10) Fragen stellen und sich ergebende Probleme diskutieren können. Die Aufgaben lösen Sie zu Hause oder während der Übungsstunde (wobei Sie wahrscheinlich zusätzliche Zeit brauchen). Dort können Sie auch den Dozenten um Hilfe bitten. Zusammen mit dem neuen Übungsblatt erhalten Sie auch das Lösungsblatt der vorangehenden Übung. Fragen zu den Lösungen können Sie dann wiederum am Montag danach stellen. Prüfungen: Zu schriftlichen Prüfungen dürfen Sie einen Spickzettel mit den wichtigsten Formeln im Umfang von vier A4-Seiten mitbringen (z.b. zwei Blätter zweiseitig beschrieben). Die benötigten Tabellenwerte und Umrechnungsfaktoren werden den Prüfungsaufgaben beigelegt werden. Dies gilt für die Vorlesung Einführung in die Physikalische Chemie. Für die weiterführende Vorlesung (Biophysikalische Chemie) fragen Sie die entsprechenden Dozenten. Dozenten: Vorlesung H. Huber, Büro 4.05, Tel , Übungen M. Jungen, Büro 5.09, Tel ,

3 L e h r b ü c h e r ( A u s w a h l ) - P. Atkins, J. de Paula, Atkins Physical Chemistry, Oxford Univ. Press, Oxford, 7th ed., Modernes Standard-Lehrbuch der physikalischen Chemie. Wegen des mit jeder neuen Auflage zunehmenden Umfangs (z.z. ca S.) eher als Nachschlagewerk geeignet. Frühere Auflagen sowie eine Kurzfassung sind auch in deutscher Sprache herausgekommen. Die neue englische Ausgabe ist billiger als beide Übersetzungen. kartoniert Fr Siehe auch: - I. Tinoco, K. Sauer, J.C. Wang, J.D. Puglisi Physical Chemistry, Principles and applications in biological sciences, Prentice-Hall, New Jersey, ed.4, 2002, ISBN Speziell für Studierende der Biologie (Umfang 740 S.), kartoniert $106.- In den folgenden Kapiteln der Vorlesung wird auf obige Lehrbücher verwiesen. - P.W. Atkins, Physikalische Chemie, Kurzlehrbuch, Wiley-VCH, 3. Auflage, Alternative zum Atkins (s. oben). Mit 859 S. etwas kürzer. Die wichtigsten in der Vorlesung behandelten Themen sind darin zu finden. kartoniert Fr Weitere Lehrbücher: - G. Adam, P. Läuger, G. Stark, "Physikalische Chemie und Biophysik", 3. Aufl., Springer-Verlag, Berlin, Lehrbuch der Biophysik; der erste, physikalisch-chemische Teil deckt freilich nicht alle in dieser Vorlesung behandelten Gegenstände ab. - G. Wedler, Lehrbuch der Physikalischen Chemie, Verlag Chemie, Weinheimt 1997 (DM 128.-). - R. Winter, H. Seemann, C. Czeslik, Einführungskurs Physikalische Chemie, Teubner Studienbücher Chemie, Stuttgart R. Winter, F. Noll, Methoden der Biophysikalischen Chemie, Teubner Studienbücher Chemie, Stuttgart Teubner-Bücher haben einen Umfang von ca. 400 Seiten und kosten Fr L.M. Raff, Principles of Physical Chemistry, Prentice Hall, NJ (ca S.) - D.T. Haynie, Biological Thermodynamics, Cambridge University Press, Cambridge (ca. 380 S.) - P.R. Bergethon, The physical basis of biochemistry: the foundations of molec. biophysics, Springer, N.Y (ca.570 S.), 2nd ed.

4 S I - E i n h e i t e n u n d K o n s t a n t e n SI-Basiseinheiten: Länge: Meter (m) Masse: Kilogramm (kg) Zeit: Sekunden (s) El. Strom: Ampere (A) Temperatur: Kelvin (K) Substanzmenge: Mol (mol) Einige abgeleitete SI-Einheiten mit eigener Bezeichnung: Frequenz Hertz Hz s-1 Kraft Newton N m kg s-2 (= J m-1) Energie Joule J m2 kg s-2 (= N m = Pa m3) Leistung Watt W m2 kg s-3 (= J s-1) Druck Pascal Pa m-1 kg s-2 (= N m-2) El. Ladung Coulomb C A s El. Potential Volt V m2 kg s-3 A-1 (= J C-1) El. Widerstand Ohm Ω m2 kg s-3 A-2 (= V A-1) Celsius-Temperatur Grad Celsius C (Definiert als θ/ C = T/K ) Vorsatz (-Zeichen): femto (f) 10-3 milli (m) 1012 tera (T) pico (p) 103 kilo (k) nicht IUPAC: 10-9 nano (n) 106 mega (M) 10-2 centi (c) 10-6 mikro (µ) 109 giga (G) 10-1 dezi (d) Naturkonstanten: (* bedeutet: exakt, gemäss Definition) Avogadrosche Zahl L, N A mol-1 Boltzmann-Konstante k J K-1 Gaskonstante (k. N A ) R J mol-1 K-1 Elementarladung e C Faraday-Konstante (e. N A ) F C mol-1 Plancksche Konstante h J s Protonenmasse (Ruhemasse) m p kg Elektronenmasse (Ruhemasse) m e kg Atomare Masseneinheit u kg Lichtgeschwindigkeit im Vakuum * c, c o m s-1 Influenzkonstante ε o C2 J-1 m-1 Absoluter Nullpunkt der Kelvin-Skala * T o C

5 E N E R G I E - U M R E C H N U N G S F A K T O R E N J (Ws) ev cm-1 Hz kj mol-1 1 J (Ws) ev cm Hz kj mol kcal mol * 1 K * exakt, gemäss Definition Definitionen: 1 J (1 Ws): SI-Einheit der Energie. In der Spektroskopie als "J pro Teilchen" resp. "J pro Elementarprozess" verwendet. 1 ev: Kinetische Energie eines Teilches mit Ladung e (Elementarladung), welches die Beschleunigungsspannung von 1 V durchlaufen hat. 1 cm-1: Energie eines Strahlungs-Quants, wenn die Wellenlänge der Strahlung eine Welle pro cm beträgt (λ = 1 cm). (Man gibt die inverse Wellenlänge oder "Wellenzahl" an und meint die Energie des Photons E Photon = hν = hc/λ). 1 Hz: Energie eines Strahlungs-Quants, wenn die Frequenz der Strahlung 1 Hz beträgt. (Man gibt die Frequenz an und meint auch die Energie des Photons). 1 kj mol-1: "Chemische" (makroskopische) Energieeinheit. 103 J pro N A Teilchen. 1 kcal mol-1: Ältere chemische Energieeinheit. 103 cal pro N A Teilchen (1 cal = J). 1 K (Kelvin): Gemeint ist k. T (T in Kelvin) wo k = JK-1.