Vorstellung Vertiefungsrichtung Chemie

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Matthias Sommer
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1 Institut für Chemische Verfahrenstechnik Vorstellung Vertiefungsrichtung Chemie U. Nieken

2 Vertiefungsrichtung Chemie Organische Chemie mit Praktikum Instrumentelle Analytik mit Praktikum Physikalische Chemie Theoretische Chemie Ziele: Kommunikation in interdisziplinären Teams mit Naturwissenschaftlern Grundverständnis auf molekularer Ebene

3 Organische Chemie Die organische Chemie ist der Grundbaustein für das Leben auf der Erde. Bsp.: Photosynthese O 2 CO 2 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + O 2 CO 2

4 Vorlesung der OC Allgemeine Grundlagen: Elektronenkonfiguration des Kohlenstoffs, Hybridisierung, Grundtypen von Kohlenstoffgerüsten: C-C-Einfach-/Zweifach-/Dreifachbindungen, cyclische Strukturen, Nomenklatur (IUPAC); Isomerie: Konstitution, Konfiguration (Chiralität), Stoffklassen: Alkane, Alkene, Alkine, Halogenalkane, Alkohole, Amine, Carbonsäuren und ihre Derivate, Aromaten, Aldehyde u. Ketone, Polymere, Aminosäuren Reaktionsmechanismen: Radikalische und Nucleophile Substitution, Eliminierung, Addition, elektrophile aromatische Substitution, 1,2-Additionen (Veresterung, Reduktion, Grignard-Reaktion), Reaktionen C-H acider Verbindungen (Knoevenagel-Kondensation, Aldolreaktion); Polymerisation (radikalisch, kationisch, anionisch)

5 Anwendung der OC Oxidation von Toluol zu Benzoesäure Vorkommen: Konservierungsmittel Kosmetika Toluoloxidation und dessen Zwischenprodukte

6 Reaktionsmechanismus: Anwendung der OC Oxidation von Toluol zu Benzoesäure Einfach kompliziert Benzaldehyd Toluol Benzoesäure Benzalkohol

7 Instrumentelle Analytik -Das Unsichtbare sichtbar machen.- Ziel der instrumentellen Analytik ist heute mehr denn je eine Spurensuche nach dem was, wieviel, wo?. Mittels analytische Methoden und empfindlichste Analysengeräte basierend auf einem breiten chemischphysikalischen Fundament

8 Vorlesung und Praktikum der IA Optische Methoden: Farbindikatoren (Farbsehen, Absorptions-Spektroskopie), ph-, Redox- und Metallindikatoren; Emissions-Spektroskopie Elektrochemische Verfahren, insbesondere Potentiometrie; ph-messung durch ph-elektrode; Sensoren, Voltametrie. Trennverfahren Chromatographie und Ionenaustausch.

9 Anwendung der IA Darstellung eines Reaktionsfortschritts Diamant Sonde ATR-FTIR Spektrometer

Hierzu gehören grenzflächendominierte Prozesse.

10 Physikalische Chemie Viele verfahrenstechnische Prozesse sind von physikalischen Vorgängen geprägt. Hierzu gehören grenzflächendominierte Prozesse. Typische Beispiele sind - Der Lotus-Effekt - Die Adsorption von Molekülen an einer Oberfläche

11 Vorlesung der PC Thermodynamik von Festkörpern: Thermodynamische Potentiale, elastische, elektrische und magnetische Arbeit, Phasenumwandlungen erster und zweiter Ordnung, kritisches Verhalten, Dielektrische und optische Eigenschaften: Polarisierbarkeit und Dipolmoment, induzierte Polarisation, Dispersion und Absorption, spontane Polarisation Grenzflächen und Kolloide: Thermodynamik der Grenzflächen, Oberflächenspannung, Kontaktwinkel und Benetzung, zweidimensionale Oberflächenfilme, Mizellbildung, kolloiddisperse Systeme, Adsorption an Festkörperöberflächen

Experiment Simulation Untersuchung und Vorhersage der Blasenform bei

12 Gasinjektion in Blasensäule Anwendung der PC Blasenbildung und abriss ist ein physikalischer Prozess. Experiment Simulation Untersuchung und Vorhersage der Blasenform bei unterschiedlicher Düsengeometrie und material. Benetzungseigenschaften und Form der Düse beeinflussen Blasenform und Größe bei Abriss.

13 Verdrängung von Fluorinert mit Wasser Anwendung der PC Mehrphasenströmung in porösen Medien Experiment (Mikromodell) Simulation Strömung Benetzungsverhalten z.b. beim Transport von Wasser und Sauerstoff in der Brennstoffzelle

14 Anwendung der PC Herstellung von porösen Polymermembranen Polymermembranen werden als Filter in der Wassertechnik, Filtration oder Medizintechnik eingesetzt. Eine gezielte Membranstruktur ist für funktionelle Materialien wichtig. Entstehungprozess der Porenstruktur ist ein physikalischer (grenzflächendominierter) Prozess Experiment Simulation Wasser Polymerlösung Video in Realzeit

15 Vorlesung Theoretische Chemie Grundlagen der Quantenmechanik Berechnung von Molekülschwingungen (Infrarot-Spektren) Atombau Chemische Bindung und Elektronenstruktur von Molekülen

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16 Anwendung der TC Koaleszenzverhalten von Argon vorhersagen Störung des chemischen Potentials durch die zweite Grenzfläche (zweiter Tropfen) führt zu Koaleszenz DFT prädiktiv für Grenzflächeneigenschaften thermodynamisch konsistentes Modell für Koaleszenz als Schnittstelle für die Strömungsmechanik

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18 Vom Detail zur Anwendung Beispiel Autoabgaskatalyse Verständnis der katalytischen Reaktion an einem Platin-Partikel Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Abgaskatalysators Gesamtprozess im Auto

19 Beispiel Kunststoffe Verständnis des Molekülaufbaus Vom Detail zur Anwendung Messung der Kunststoffeigenschaften (z.b. DSC) Kunststoffteil mit speziellen Eigenschaften

20 Beispiel Nanopartikel Vom Detail zur Anwendung Herstellung von Nanopartikeln Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen von Nanopartikeln Oberflächenbeschichtungen mit speziellen Eigenschaften

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