Physikalische Chemie 1 Struktur und Materie Wintersemester 2016/17

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Transkript:

Physikalische Chemie 1 Struktur und Materie Wintersemester 2016/17 Vorlesung: Hörsaal 10.01 Daran anschließend Physikalische Chemie 2 (Prof. Falcaro, TU): Materie im elektr./magn. Feld, Wechselwirkungen, Dynamik, Transport, statistische Thermodynamik Prüfung: erster Termin am Semesterende, zweiter Termin Februar/März 2017 Kontakt: Univ. Prof. Dr. Leonhard Grill Abteilung Physikalische und Theoretische Chemie Universität Graz, Heinrichstrasse 28, 5. OG www.nanograz.com E-Mail: leonhard.grill@uni-graz.at Sprechstunde nach Bedarf (per e-mail kontaktieren) Sekretariat (für alle Prüfungsangelegenheiten!): Frau Kogler Abteilung Physikalische und Theoretische Chemie Heinrichstrasse 28, 4. OG

Inhalt 1. Festkörper 1.1 Kristalle (Einkristall, entropische Betrachtung) 1.2 Kristallstrukturen (Miller sche Indizes, Elementarzellen, Bravaisgitter) 1.3 Dichte Kugelpackungen (hexagonal und kubisch dichtgepackt) 1.4 Kristallsymmetrien (Drehachsen, Quasikristalle) 1.5 Beugung am Kristallgitter (Bragg sches Gesetz, Abstand der Gitterebenen) 1.6 Reziprokes Gitter (Bezug zum realen Gitter, Laue Gleichungen) 1.7 Streufaktor und Strukturfaktor (systematische Auslöschungen, Fouriersynthese) 1.8 Röntgenbeugung in der Chemie (DNA Beugungsmuster) 1.9 Beugung mit Teilchen (Einfluss der Masse, Neutronenbeugung) 1.10 Festkörperklassen (Radienverhältnisregel, sp 2 und sp 3 Hybridisierung) 1.11 Elektronische Eigenschaften (Drude Modell, Fermi-Dirac Verteilung, Bänder) 1.12 Elektrische Leitung in Festkörpern (Absorptionskante, Halbleiter, Dotierung)

Inhalt 2. Grenzflächen 2.1 Wieviel ist Grenzfläche? 2.2 Thermodynamische Betrachtung (Grenzflächenenergie, Anisotropie) 2.3 Adsorptionsmechanismen (Druck und Temperatur, Physisorption, Chemisorption) 2.4 Wachstumsprozesse (verschiedene Modi, Energiebetrachtung, Epitaxie) 2.5 Heterogene Katalyse (active sites, Gifte, Vulkankurve, Haber-Bosch Prozess) 3. Flüssigkeiten 3.1 Ordnung und Unordnung (von fest zu flüssig, Röntgenbeugung an Flüssigkeiten) 3.2 Flüssigkristalle (Isotropie und Anisotropie, smektisch und nematisch, LCD) 3.3 Gläser (Struktur, Erweichungsbereich) 4. Makromoleküle 4.1 Eigenschaften (Molmasse, Heterogenitätsindex, MALDI, Rayleigh-Streuung) 4.2 Strukturen (Polymere, Hierarchie, statistische Knäuel, Proteine, Potentialenergie) 4.3 Kolloide (Sol, Aerosol, Emulsion, Stabilisierung, Elektrische Doppelschicht)

Literatur Atkins, de Paula Physikalische Chemie Wiley Moore Physikalische Chemie de Gruyter Hoffmann Solids and Surfaces Wiley Außerdem: Physikalische Chemie, G. M. Barrow Polymer Physics, U. W. Gedde Einführung in die Festkörperphysik, K. Kopitzki

Konzept der Kristallstrukturen SEM Aufnahme Source: Moore, Physikalische Chemie

Source: Moore, Physikalische Chemie

Spezielle Kristallgitter Source: Kopitzki, Einführung in die Festkörperphysik

Dichte Kugelpackung Source: Atkins/de Paula, Physikalische Chemie

Quasikristalle Source: Swedish Academy of Sciences

Abstände der Netzebenen in Kristallen Source: Moore, Physikalische Chemie

Diffraktometer Source: Polymer Physics, U. W. Gedde

DNA in Röntgenbeugung Source: Atkins/de Paula, Physikalische Chemie

Röntgenkleinwinkelstreuung Source: Polymer Physics, U. W. Gedde

Beugung verschiedener Strahlungen Mittlere freie Weglänge von Elektronen G. A. Somorjai, Chemistry in two dimensions: Surfaces Henzler/Göpel: Oberflächenphysik des Festkörpers, Teubner

Zinkblendestruktur Source: Atkins/de Paula, Physikalische Chemie

Kovalente Festkörper Diamant Graphit Carbon Nanotubes Source: Atkins/de Paula, Physikalische Chemie

Elektrische Leitfähigkeit von Festkörpern Source: Atkins/de Paula, Physikalische Chemie

Bildung von Energiebändern Quantenmechanische Berechnung der Orbitale bei Annäherung zweier Atome Source: Moore, Physikalische Chemie

Grenzflächen Source: Oberflächenphysik des Festkörpers, Henzler/Göpel

Freie Oberflächenenergie (von Blei) Zangwill: Physics at Surfaces, Cambridge

In welcher Form kristallisiert ein Festkörper? Wulff Konstruktion (1901) Freie Oberflächenenergien eines 2D Kristalls mit einer Fläche von 1 cm 2 : (a) Nur (10) Ebenen: 1000 ergs (=10-4 J) (b) Nur (11) Ebenen: 900 ergs (c) Kombination der beiden: 851 ergs Pb Kristall (Bildgröße 5 x 7 m 2 ) Zangwill: Physics at Surfaces, Cambridge Adamson/Gast: Physical Chemistry of Surfaces, Wiley

Physisorption und Chemisorption Henzler/Göpel: Oberflächenphysik des Festkörpers, Teubner

Wachstumsmodi Zangwill: Physics at surfaces, Cambridge

Hetergene Katalyse: Active sites und poisons Dissoziation von NO an Ru Stufenkanten Gold als poison G. Ertl: Reactions at Solid Surface, Wiley G. Ertl: Reactions at Solid Surface, Wiley

Chemisorption für verschiedene Oberflächenelemente Source: Atkins/de Paula, Physikalische Chemie

Ammoniaksynthese durch heterogene Katalyse Haber-Bosch Prozess: N 2 + 3H 2 2NH 3 (Fe Katalysator) G. Ertl: Reactions at Solid Surface, Wiley

Beugung an Flüssigkeiten Source: Moore, Physikalische Chemie

Flüssigkristalle Source: Moore, Physikalische Chemie

Gläser Source: Moore, Physikalische Chemie

Makromoleküle Source: Atkins/de Paula, Physikalische Chemie