Basiswissen Physikalische Chemie

Transkript

1 Claus Czeslik Heiko Seemann Roland.Winter Basiswissen Physikalische Chemie 4., aktualisierte Auflage STUDIUM VIEWEG+ TEUBNER

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort Liste der wichtigsten Symbole V XI 1 Aggregatzustände Ideale Gase Das ideale Gasgesetz Gasmischungen Geschwindigkeiten von Gasteilchen Effusion " Stöße zwischen Gasteilchen Flüsse: Diffusion, Viskosität und Wärmeleitung Reale Gase Zwischenmolekulare Kräfte Virial-und VAN DER WAALS-Gleichung Flüssigkeiten Niedermolekulare Flüssigkeiten Flüssigkristalle Lösungen von Makromolekülen Kristalline Festkörper 37 2 Thermodynamik Erster Hauptsatz der Thermodynamik Begriffe und Definitionen Formulierung des ersten Hauptsatzes Innere Energie und Enthalpie....' Wärmekapazitäten Adiabatische Prozesse Thermochemie V" Differenz-Scanning-Kalorimetrie Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik Einfühlung der Größe Entropie Eigenschaften der Entropie GlBBS-Energie und HELMHOLTZ-Energie Mischungen Partielle molare Größen Das chemische Potenzial Mischungsgrößen Exzessgröfien Das RAOULTsche Gesetz Das HENRYsche Gesetz Kolligative Eigenschaften Chemische Gleichgewichte Gleichgewichtskonstanten 91

3 VIII Inhaltsverzeichnis Temperatur- und Druckabhängigkeit von Gleichgewichtskonstanten Ermittlung von Gleichgewichtskonstanten Phasendiagramme GlBBSsche Phasenregel Einkomponentensysteme Zweikomponentensysteme Klassifikation von Phasenumwandlungen Aufbau der Materie Grenzen der klassischen Physik Einführung in die Quantenmechanik Mikroskopische Teilchen in Bewegung Translation 122^ Rotation 126* Schwingung Atome Das Wasserstoffatom Der Elektronenspin Aufbau des Periodensystems der Elemente Termsymbole für Atome Moleküle Die BORN-OPPENHElMER-Näherung Der LCAO-Ansatz Die chemische Bindung Ab-initio-Molekülorbital-Rechnungen Molekulardynamik-Computersimulationen Die HÜCKEL-MO-Methode Photoelektronenspektroskopie Statistische Thermodynamik - ^_ Isolierte Systeme Geschlossene Systeme Thermodynamische Größen geschlossener Systeme Offene Systeme ' Thermodynamische Größen offener Systeme Anwendung: Ideale Gase Thermodynamische Größen idealer Gase Das Äquipartitionstheorem.... : Anwendung: Wärmekapazitäten kristalliner Festkörper Oberflächenerscheinungen Einleitung Die Oberflächenspannung Gekrümmte Oberflächen Benetzung fester Oberflächen Thermodynamische Oberflächengrößen 202

4 Inhaltsverzeichnis IX 5.6 Oberflächenerscheinungen von Mischungen Oberflächenkonzentrationen Der Spreitungsdruck von Oberflächenfilmen Gasadsorption an Festkörperoberflächen Theorien der Gasadsorption.' Isostere Adsorptionsenthalpie Elektrochemie Ionentransport in Elektrolytlösungen Mikroskopische Beschreibung der Ionenwanderung im elektrischen Feld Diffusion in Elektrolytlösungen ~ FARADAY-Gesetze (Coulombmeter) Überführungszahlen 225" Leitfähigkeit schwacher Elektrolyte Thermodynamische Eigenschaften von Ionen in Lösung Aktivitätskoeffizienten von Elektrolytlösungen DEBYE-HÜCKEL-Theorie Elektrochemische Thermodynamik Die elektromotorische Kraft Bestimmung von Standard-Potenzialen, Aktivitätskoeffizienten und ph-werten Diffusionspotenziale Konzentrationsketten Technisch wichtige Zellen (Galvanische Elemente) Elektrolyse und Potenziale von Zellen unter Belastung Reaktionskinetik Grundbegriffe und Messmethoden Einfache Geschwindigkeitsgesetze (Formalkinetik) Bestimmung der Geschwindigkeitsgleichung Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitskonstanten Komplexe Reaktionen Reversible Reaktionen Parallelreaktionen 1. Ordnung Folgereaktionen Kettenreaktionen Explosionen Oszillierende Reaktionen Enzymreaktionen Theorien der Elementarreaktionen Stoßtheorie bimolekularer Reaktionen Theorie des Übergangszustandes Katalysatoren Reaktionen in Lösung Reaktionen zwischen Ionen 304

5 X Inhaltsverzeichnis 7.8 Relaxationsverfahren Molekülspektroskopie Elektrische Eigenschaften der Materie Messung von elektrischen Dipolmomenten Prinzipien der Spektroskopie Reine Rotationsspektren Der unstarre lineare Rotator Schwingungsspektroskopie 321 " Rotations-Schwingungsspektren Schwingungen mehratomiger Moleküle RAMAN-Spektroskopie Rotations-RAMAN-Spektren Schwingungs-RAMAN-Spektren Elektronenschwingungsspektren von Molekülen Elektronenschwingungsspektren in der Gasphase Desaktivierung elektronisch angeregter Zustände NMR-Spektroskopie Grundlagen Die chemische Verschiebung Spin-Spin-Wechselwirkung Chemischer Austausch Elektronen-Spin-Resonanz (ESR) 354 A Literaturauswahl 359 B SI-Einheiten und abgeleitete Größen 363 C Naturkonstanten 365