Physikalische Chemie 4

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1 Physikalische Chemie 4 Statistische hermodynamik - Grundlagen und Anwendungen in Chemie und Biowissenschaften: Grundlagen der klassischen statistischen Mechanik, klassische Ensembletheorie, Boltzmannstatistik, Zustandssumme, Zusammenhang mit thermodynamischen Größen, Gleichverteilungssatz. Grundlagen der Quantenstatistik, quantenmechanische Ensembletheorie, Systeme aus ununterscheidbaren eilchen, Maxwell-Boltzmann-, Fermi-Dirac- und Bose-Einstein-Statistik. Anwendungen der statistischen hermodynamik: Berechnung chemischer Gleichgewichte idealer Gase, Absolutberechnung von Reaktionsgeschwindigkeiten, reale Gase, Flüssigkeiten, Mischungen und Lösungen, Phasenübergänge und kritische Phänomene, Adsorptionsisothermen, Festkörper (Gitterschwingungen, Halbleiter). Konformation und strukturelle Phasenübergänge makromolekularer und biopolymerer Systeme: Statistisches Knäuel, Polymerelastizität, Flory-Huggins-heorie, Proteine, Proteinfaltung, DNA, RNA, Helix-Knäuel-Übergang, Zipper-Modell, nichtreguläre Strukturen. Berechnung biomolekularer Assoziationsgleichgewichte: Wechselwirkung zwischen Makromolekülen, Ligandenwechselwirkung, Kooperativität. Computersimulations-Methoden: Molekulardynamik- und Monte Carlo-Verfahren.

2 Literatur zur Vorlesung (Auswahl): Allgemeine Lehrbücher der Physikalischen Chemie: C. Czeslik, H. Seemann, R. Winter, Basiswissen Physikalische Chemie, B. G. eubner Verlag, Stuttgart, 2. Auflage, 2007 P.W. Atkins, Einführung in die Physikalische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim, 2001 P.W. Atkins, Physical Chemistry, Oxford University Press, Oxford, 2006 P.W. Atkins, J. DePaula, Physical Chemistry for the Life Sciences, Oxford University Press, Oxford, 2005 D.A. McQuarrie, J. D. Simon, Physical Chemistry - A Molecular Approach, University Science Books, Sausalito, 1997 D.A. McQuarrie, J. D. Simon, Molecular hermodynamics, University Science Books, Sausalito, 1999 R.S. Berry, S.A. Rice, J. Ross, Physical Chemistry, Oxford University Press, Oxford, 2000 G. Wedler, Lehrbuch der Physikalischen Chemie, Wiley-VCH, Weinheim, 1997 G.M. Barrow, Physikalische Chemie I-III, Vieweg, Braunschweig, 1974 R.A. Alberty, R.J. Silbey, Physical Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 1992 K.A. Dill, S. Bromberg, Molecular Driving Forces, Garland Science, aylor & Francis, New York, 2003 Weiterführende Literatur: P.W. Atkins, R.S. Friedman, Molecular Quantum Mechanics, Oxford University Press, 1997 D.A. McQuarrie, Quantum Chemistry, University Science Books, Mill Valley, CA, 1983 H. Haken, H.C. Wolf, Atom- und Quantenphysik, Springer, Berlin, 1993 H. Haken, H.C. Wolf, Molekülphysik und Quantenchemie, Springer, Berlin, 1992 M.W. Hanna, Quantenmechanik in der Chemie, Steinkopff, 1976 D.A. McQuarrie, J.D. Simon, Physical Chemistry. A Molecular Approach. University Science Books, 1997 A. Beiser, Atome, Moleküle, Festkörper, Fr. Vieweg, Braunschweig, 1983 P.C. Schmidt, K.G. Weil, Atom- und Molekülbau, hieme, Stuttgart, 1982 C.N. Banwell, Fundamentals of Molecular Spectroscopy, McGraw Hill, London,1994 W. Schmidt, Optische Spektroskopie, VCH, Weinheim, 1994 J.M. Hollas, Modern Spectroscopy, John Wiley & Sons, Chichester,1992 C. Kittel, Physik der Wärme, R. Oldenburg Verlag, München, 1973 G. Kortüm, Einführung in die chemische hermodynamik, Vandenhoeck & Ruprecht, 1960 H.B. Callen, hermodynamics and an Introduction to hermostatics,wiley, New York, 1985 K. S. Pitzer, hermodynamics, McGraw-Hill, New York, 1995 G.H. Findenegg, Statistische hermodynamik, Dr. R. Steinkopff Verlag, Darmstadt, 1985 K.H. Homann, Reaktionskinetik, Steinhoff, Darmstadt, 1975 K.J. Laidler, Chemical Kinetics, Harper Collins Publ., N.Y., 1987 M.J. Pilling, P.W. Seakins, Reaction Kinetics, Oxford University Press, Oxford, 1995 H. Strehlow, Rapid Reactions in Solution, VCH, Weinheim, 1992 R. Haase, ransportvorgänge, Dr. D. Steinkopff Verlag, Darmstadt, 1987 C.H. Hamann, W. Vielstich, Elektrochemie, VCH, Weinheim, 1998 G. Kortüm, Lehrbuch der Elektrochemie, VCH, Weinheim, 1972

3 Anhang 1. Physikalische Größen und Einheiten 1.1 Basisgrößen und ihre Einheiten im SI-System Basisgröße Basiseinheit Länge Masse Zeit Elektrische Stromstärke hermodynamische emperatur Stoffmenge Lichtstärke m kg s A K mol cd (Meter) (Kilogramm) (Sekunde) (AMPÈRE) (KELVIN) (Mol) (Candela) 1.2 Abgeleitete SI-Einheiten Einheitenname Einheitenzeichen Definition Größe HERZ NEWON PASCAL JOULE WA COULOMB VOL OHM SIEMENS FARAD ESLA Hz N Pa J W C V Ω S F s kg m s 2 N m 2 N m J s A s J C V A Ω C V V s m 2 Frequenz Kraft Druck Energie Leistung elektr. Ladung elektr. Potential elektr. Widerstand elektr. Leitwert elektr. Kapazität magn. Flußdichte 1.3 Dezimale Vielfache und Bruchteile von Einheiten Vielfaches Vorsilbe Symbol Bruchteil Vorsilbe Symbol Deka Hekto Kilo Mega Giga era Peta da h k M G P Dezi Zenti Milli Mikro Nano Piko Femto d c m µ n p f

4 1.4 Weitere Einheiten und ihr Zusammenhang mit SI-Einheiten Einheitenname Einheitenzeichen Definition Zentimeter ÅNGSRÖM Barn Liter Gramm SVEDBERG Dyn Kilopond Erg Elektronenvolt hermochemische Kalorie Physikalische Atmosphäre Bar orr POISE CURIE DEBYE cm Å b L g S dyn kp erg ev cal atm bar orr P Ci D = 10 2 m = 10 0 m = 100 fm 2 = m 2 = 1 dm 3 = 10 3 m 3 = 10 3 kg = 10 3 s = 1 g cm s 2 = 10 5 N = 9,80665 kg m s 2 = 9,80665 N = 1 dyn cm = 10 7 J 1, J = 4,184 J = 1,01325 bar = 760 orr = 1, Pa = 10 5 Pa = 1 mm Hg-Säule 133,322 Pa = 1 g cm s = 0,1 Pa s = 3, Bq 3, C m 1.5 Umrechnungsfaktoren von Energieeinheiten 1 J = 1 W s = 1 N m = 1 kg m 2 s 2 = 10 2 L bar 4,184 J = 1 cal Die Energien atomarer eilchen werden oft in Elektronenvolt (ev) angegeben: 1 ev = 1000 mev = 1, J = 96,485 kj mol In der Spektroskopie wird in Anlehnung an das Frequenzgesetz E = h ν = h c ~ ν als Maß für die Anregungsenergie E eines eilchens häufig die Wellenzahl ~ ν (in cm ) angegeben: 1 cm = 1, J = 0,1240 mev = 11,963 J mol Die thermische Energie beträgt bei Raumtemperatur (298,15 K): R = 2,4790 kj mol = 0,02569 ev = 207,2 cm

5 2. Naturkonstanten und wichtige Zahlenwerte Größe Symbol Zahlenwert AVOGADRO-Konstante Gaskonstante BOLZMANN-Konstante Elektrische Elementarladung FARADAY-Konstante Lichtgeschwindigkeit im Vakuum PLANCKsche Konstante atomare Masseneinheit Ruhemasse des Neutrons des Protons des Elektrons Massenverhältnis Magnetische Feldkonstante Elektrische Feldkonstante Nullpunkt der CELSIUS-Skala Normaldruck Molares Standardvolumen des idealen Gases BOHRscher Radius BOHRsches Magneton Kernmagneton Magnetisches Moment des Elektrons LANDÉ-Faktor des Elektrons (g-faktor) Gyromagnetisches Verhältnis des Protons Normal-Fallbeschleunigung N A R k B = R/N A e F = e N A c h h = h/2π u m n m p m e m p /m e µ 0 ε 0 = (µ 0 c 2 ) 0 p 0 V 0 = R 0 /p 0 2 a 0 = 4π ε 0 h /(m e e 2 ) µ B = e h /2m e µ N = e h /2m p µ e g e = 2µ e /µ B γ p g 6, mol 8, J K 8, L bar K 8, L atm K 62,364 L orr K 1,987 cal mol K 1, J K 1, erg K 3, cal K 1, C 9, C mol 2, m s 6, J s 1, J s 1, kg 1, kg 1, kg 9, kg 1836,15 4π 10 7 N A C 4π 10 7 N s 8, F m 273,15 K 1, Pa 2, m 3 mol 5, m 9, J 5, J 9, J 2, , s 9,80665 m s 2 nach: IUPAC (Hrsg.), Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry, Blackwell Scientific Publ., Oxford, 1993.