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Vorbestellen	Zweigstelle: 07., Urban-Loritz-Pl. 2a	Standorte: NN.CP Laut / College 6a - Naturwissenschaften	Status: Verfügbar	Frist:	Vorbestellungen: 0

(Verlagstext)

Für das Verständnis vieler technischer, chemischer und biologischer Prozesse ist ein solides Basiswissen der Thermodynamik und Kinetik notwendig. Das vorliegende Buch basiert auf einem multimedialen Kurs für Bio- und Chemie-Ingenieure, welcher die Neugierde und Eigeninitiative der Studenten triggern soll.

Die einsemestrige Grundlagenvorlesung wurde in 12 Workshops (Kapitel) unterteilt. Jedes Kapitel behandelt einen praxisrelevanten Bereich der Physikalischen Chemie und enthält die folgenden didaktischen Elemente, die dieses Buch besonders spannend und verständlich machen:

 

 

- Videos zu jedem Kapitelstart als Vorbereitung zum Workshop

- Schlüsselbegriffe (fettgedruckt) für weitere eigene Recherche

- Verständnisfragen und Rechenübungen mit Lösung als Lernkontrolle

- Schlüsselabbildungen als einfache, leicht nachzuzeichnende Tafelbilder

 

Humorvolle Cartoons zu jedem Workshop (by Faelis) lockern den Text zusätzlich auf und erleichtern als Eselsbrücke den Lernprozess. Als Abrundung des Kurses finden sich im Anhang eine Zusammenfassung der bekanntesten Experimente im physikalisch-chemischen Grundpraktikum sowie Vorschläge für die Gestaltung der Workshops mit Exponaten, Experimenten und "Fragen des Tages".

 

Geeignet ist dieses Buch für Studenten mit Nebenfach Chemie, wobei auch Chemiestudenten dieses verschlankte, didaktisch wertvolle Werk sicher hilfreich finden. Das Buch ist hervorragend zum Selbststudium geeignet.

 

 

Aus dem Inhalt:

1 Zustandsänderungen 1 / 1.1 Motivation 1 / 1.2 Wie beschreibt die Thermodynamik die Knallgasreaktion? 1 / 13 Wie beschreiben wir den Zustand eines Systems? 3 / 1.4 Wie viele Angaben benötigen wir zur Beschreibung eines Systems? 4 / 1.5 Wie beschreiben wir einen Prozess mit thermodynamischen Größen? 5 / 1.6 Wie verändert sich die Energie während eines Prozesses? 6 / 1.7 Wie verändert sich das Chaos (Entropie) während eines Prozesses? 7 / 1.8 Wie verändert sich die Instabilität während eines Prozesses? 8 / 1.9 Welches Vorzeichen haben die Prozessgrößen Wärme und Arbeit? 9 / 1.10 Wie messen wir Wärme? 9 / 1.11 Wie messen wir Arbeit? 11 / 1.12 Wie beschreiben wir einen Prozess thermodynamisch? 12 / 1.13 Zusammenfassung 13 / 1.14 Testfragen 14 / 1.15 Übungsaufgaben 15 / / 2 Gase 17 / 2.1 Motivation 17 / 2.2 Wo finden wir „ideale“ und „reale" Gase im Zustandsdiagramm? 17 / 2.3 Wie verhalten sich Gase bei Volumenänderung? 19 / 2.4 Wie verhalten sich Gase bei Temperaturänderung? 20 / 2.5 Wie verhalten sich Gase bei Stoffmengenänderung? 21 / 2.6 Wie beschreiben wir den Zustand eines idealen Gases? 21 / 2.7 Wie beschreiben wir eine Gasmischung? 22 / 2.8 Welche Energie besitzen Gasteilchen? 23 / 2.9 Welche Geschwindigkeit besitzen Gasteilchen? 24 / 2.10 Wie häufig kollidieren Gasteilchen? 25 / 2.11 Welche Distanz legen Gasteilchen zwischen zwei Zusammenstößen zurück? 26 / 2.12 Wie beschreiben wir Abweichungen vom idealen Verhalten? 26 / 2.13 Was passiert bei der Kompression eines Gases oberhalb seiner kritischen Temperatur? 28 / 2.14 Was passiert bei der Kompression eines Gases unterhalb seiner kritischen Temperatur? 28 / 2.15 Was passiert bei der Annäherung an den kritischen Punkt? 29 / 2.16 Zusammenfassung 30 / 2.17 Testfragen 31 / 2.18 Übungsaufgaben 33 / / 3 Thermisches Gleichgewicht 35 / 3.1 Motivation 35 / 3.2 Wo liegt das Gleichgewicht und wie weit sind wir davon entfernt? 35 / 3.3 Wie schnell geht ein System durch Konduktion ins Gleichgewicht? 37 / 3.4 Wie schnell geht konduktiver Wärmetransport? 38 / 3.5 Wie ändert sich das Temperaturprofil? 39 / 3.6 Wie gut leitet ein (ruhendes) Gas die Wärme? 40 / 3.7 Wie schnell geht Diffusion? 40 / 3.8 Wie ändert sich das Konzentrationsprofil? 41 / 3.9 Wie schnell diffundieren Gase? 42 / 3.10 Wie verändern sich Energie und Entropie beim Wärmetransport? 42 / 3.11 Was ist die Innere Energie und was fordert der Erste Hauptsatz der Thermodynamik? 44 / 3.12 Was ist die Entropie und was fordert der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik? 45 / 3.13 Wie viel Wärme können wir in Arbeit umwandeln? 46 / 3.14 Wie berechnen wir den Wirkungsgrad einer CARNOT-Maschine aus den Hauptsätzen? 48 / 3.15 Zusammenfassung 49 / 3.16 Testfragen 50 / 3.17 Übungsaufgaben 51 / / 4 Affinität 53 / 4.1 Motivation 53 / 4.2 Wie viel Innere Energie steckt in einem System? 53 / 4.3 Wie können wir die Innere Energie messen? 55 / 4.4 Wie machen wir aus der isobaren Wärme eine Zustandsgröße? 55 / 4.5 Was ist Enthalpie? 56 / 4.6 Wann verändert sich die Enthalpie? 57 / 4.7 Ist die Enthalpieänderung vom Weg abhängig? 57 / 4.8 Wie viel Enthalpie steckt in einem Molekül bzw. in einer chemischen Bindung? 58 / 4.9 Wie ändert sich die Enthalpie bei einer Reaktion? 59 / 4.10 Was ist die Entropie? 60 / 4.11 Wie können wir die Entropie messen ? 61 / 4.12 Wann ändert sich die Entropie? 62 / 4.13 Wie ändert sich die Entropie bei einer Reaktion? 62 / 4.14 Wie erhalten wir aus den Hauptsätzen die freie Enthalpie als Maß für die Affinität? 63 / 4.15 Wann ändert sich die Freie Enthalpie? 64 / 4.16 Wie ändert sich die Freie Enthalpie während einer Reaktion? 65 / 4.17 Wie klassifizieren wir einen Prozess thermodynamisch? 66 / 4.18 Zusammenfassung 66 / 4.19 Testfragen 67 / 4.20 Übungsaufgaben 68 / / 5 Chemisches Gleichgewicht 71 / 5.1 Motivation 71 / 5.2 Wie quantifizieren wir die Lage des Gleichgewichts? 71 / 5.3 Wie klassifizieren wir einen Prozess mit thermodynamischen Kenngrößen? 71 / 5.4 Ist die Energie mit uns? 73 / 5.5 Ist die Entropie mit uns? 74 / 5.6 Wie berechnen wir den Standardantrieb (Standard-Affinität)? 75 / 5.7 Ist die Freie Enthalpie mit uns? 75 / 5.8 Wie formulieren wir die thermodynamische Gleichgewichtskonstante? 76 / 5.9 Wie berechnen wir die thermodynamische Gleichgewichtskonstante? 77 / 5.10 Wie klassifizieren wir einen Prozess in einem Entropie/Enthalpie-Diagramm? 78 / 5.11 Wie verändert die Temperatur Standardantrieb und Gleichgewichtskonstante? 79 / 5.12 Wie können wir die Lage eines Gleichgewichts verändern? 80 / 5.13 Wie können wir endergonische Reaktionen erzwingen? 81 / 5.14 Zusammenfassung 82 / 5.15 Testfragen 83 / 5.16 Übungsaufgaben 84 / / 6 Dampfdruck 87 / 6.1 Motivation 87 / 6.2 Was ist der Dampfdruck? 87 / 6.3 Wann sind zwei Phasen im Gleichgewicht? 89 / 6.4 Welche Faktoren beeinflussen den Dampfdruck? 90 / 6.5 Wie sieht das Dampfdruckdiagramm eines reinen Stoffes aus? 91 / 6.6 Wie können wird die Dampfdruckkurve mathematisch beschreiben? 93 / 6.7 Wie können wir die Dampfdruckkurve auswerten? 93 / 6.8 Haben Feststoffe einen Dampfdruck? 93 / 6.9 Wie können wir die Zusammensetzung einer Mischung beschreiben? 95 / 6.10 Wie verteilt sich das Lösemittel zwischen Flüssigkeit und Gasphase? 96 / 6.11 Wie verteilt sich der gelöste Stoff zwischen Flüssigkeit und Gasphase? 97 / 6.12 Wie verteilt sich ein gelöster Stoff zwischen zwei Flüssigphasen? 99 / 6.13 Zusammenfassung 100 / 6.14 Testfragen 101 / 6.15 Übungsaufgaben 102 / / 7 Lösungen 105 / 7.1 Motivation 105 / 7.2 Wie können wir die Zusammensetzung einer Mischung angeben? 105 / 7.3 Wie können wir die Zusammensetzung einer mElektrolytlösung angeben? 105 / 7.4 Wie gut vertragen sich zwei Komponenten A und B? 108 / 7.5 Wie beschreiben wir einen Mischprozess thermodynamisch? 109 / 7.6 Bei welcher Temperatur siedet eine Lösung? 109 / 7.7 Bei welcher Temperatur gefriert eine Lösung? 110 / 7.8 Warum wandert das Lösemittel in die konzentriertere Lösung? 111 / 7.9 Wo begegnet uns der osmotische Druck in Natur und Technik? 112 / 7.10 Zusammenfassung 113 / 7.11 Testfragen 114 / 7.12 Übungsaufgaben 115 / 8 Phasendiagramme 117 / 8.1 Motivation 117 / 8.2 Wie beschreiben wir ein Zweikomponentensystem? 117 / 8.3 Wie sieht das Phasendiagramm eines Zweikomponentensystems (2KS) aus? 117 / 8.4 Wo finden wir im 3D-Phasendiagramm ein 2D-Siedediagramm? 119 / 8.5 Bei welcher Temperatur beginnt eine flüssige Mischung zu sieden? 120 / 8.6 Bei welcher Temperatur beginnt eine gasförmige Mischung zu kondensieren? 120 / 8.7 Welche Zusammensetzung hat die Gasphase über einer siedenden Mischung? 122 / 8.8 Welche Zusammensetzung hat die Flüssigphase, die aus einer Gasphase kondensiert? 122 / 8.9 Heterogene Bereiche in Phasendiagrammen: Welche Phasen liegen in welchen Mengen vor? 123 / 8.10 Wie lesen wir das Siedediagramm einer nichtidealen Mischung? 124 / 8.11 Wie lesen wir das Schmelzdiagramm eines Mischkristallsystems? 125 / 8.12 Wie sieht das Schmelzdiagramm aus, wenn die feste Phase eine Mischungslücke besitzt? 125 / 8.13 Was ist inkongruentes Schmelzen? 126 / 8.14 Wie stellen wir Dreikomponentensysteme grafisch dar? 127 / 8.15 Wie verlaufen Binodalen und Konoden im GiBBS’schen mPhasendreieck? 128 / 8.16 Zusammenfassung 129 / 8.17 Testfragen 130 / 8.18 Übungsaufgaben 131 / 9 Reaktionskinetik 133 / 9.1 Motivation 133 / 9.2 Hat ein Prozess einen Antrieb? 133 / 9.3 Wie schnell verläuft eine Reaktion? 134 / 9.4 Welche Faktoren beeinflussen die Reaktionsgeschwindigkeit? 135 / 9.5 Wie können wir uns eine Reaktion am mechanischen Modell veranschaulichen? 137 / 9.6 Wie sieht die Konzentrations-Zeit-Kurve bei einer Reaktion 0. Ordnung aus? 137 / 9.7 Wie sieht die Konzentrations-Zeit-Kurve bei einer Reaktion 1. Ordnung aus? 139 / 9.8 Wie sieht die Konzentrations-Zeit-Kurve bei einer Reaktion 2. Ordnung aus? 140 / 9.9 Wie ändert sich die potenzielle Energie auf dem Weg vom Eduktmolekül zum Produktmolekül? 141 / 9.10 Wie beeinflusst die Temperatur die Geschwindigkeit einer Reaktion? 143 / 9.11 Wie berechnen wir die kinetischen Kenngrößen nach Arrhenius? 144 / 9.12 Wie beeinflusst die Stabilität des Übergangszustands die Geschwindigkeit? 144 / 9.13 Zusammenfassung zu Kapitel 9 145 / 9.14 Testfragen 147 / 9.15 Übungsaufgaben 148 / / 10 Reaktionsmechanismus 149 / 10.1 Motivation 149 / 10.2 Welche kinetischen Kenngrößen besitzt eine einfache Reaktion A-> B? 149 / 10.3 Aus welchen Elementarreaktionen besteht eine Reaktion? 150 / 10.4 Welche Mechanismen können wir aus zwei Elementarreaktionen kombinieren? 151 / 10.5 Wie beschreiben wir den Mechanismus einer Gleichgewichtsreaktion? 152 / 10.6 Wie können wir eine Gleichgewichtsreaktion im Modell abbilden? 153 / 10.7 Wie sehen die Konzentrations-Zeit-Kurven bei einer Gleichgewichtsreaktion aus? 153 / 10.8 Wie ist der Zusammenhang zwischen Kinetik und Thermodynamik bei einer Gleichgewichtsreaktion? 154 / 10.9 Wie beschreiben wir den Mechanismus einer Folgereaktion? 155 / 10.10 Wie können wir eine Folgereaktion im Modell abbilden? 155 / 10.11 Wie sehen die Konzentrations-Zeit-Kurven bei einer Folgereaktion aus? 156 / 10.12 Ist das Zwischenprodukt stabil oder instabil? 157 / 10.13 Wie beschreiben wir den Mechanismus einer Parallelreaktion? 158 / 10.14 Wie können wir eine Parallelreaktion im Modell abbilden? 158 / 10.15 Wie sehen die Konzentrations-Zeit-Kurven bei einer / Parallelreaktion aus? 158 / 10.16 Entsteht das kinetische oder das thermodynamische Produkt? 160 / 10.17 Zusammenfassung 161 / 10.18 Testfragen 162 / 10.19 Übungsaufgaben 163 / / 11 Leitfähigkeit 165 / 11.1 Motivation 165 / 11.2 Wie funktioniert der Ladungstransport in einem Elektronenleiter? 165 / 11.3 Wie funktioniert der Ladungstransport in einem lonenleiter? 167 / 11.4 Wie sieht die Struktur eines Elektrolyten aus? 167 / 11.5 Wie groß ist die effektive Konzentration (Aktivität) eines Elektrolyten? 168 / 11.6 Wie messen wir die elektrische Leitfähigkeit eines Elektrolyten? 169 / 11.7 Wie erhalten wir aus der spezifischen Leitfähigkeit die molare Leitfähigkeit eines Elektrolyten? 170 / 11.8 Wie ändert sich die molare Leitfähigkeit eines Elektrolyten beim Verdünnen? 171 / 11.9 Wie können wir die Grenzleitfähigkeit eines Elektrolyten berechnen? 172 / 11.10 Wie ist der Beitrag des Kations bzw. Anions zur Leitfähigkeit? 173 / 11.11 Wie schnell bewegt sich ein Ion im elektrischen Feld? 174 / 11.12 Zusammenfassung 175 / 11.13 Testfragen 176 / 11.14 Übungsaufgaben 177 / / 12 Elektroden 179 / 12.1 Motivation 179 / 12.2 Wie passiert beim Transport von Elektronen in den Elektrolyten? 179 / 12.3 Wie passiert beim Transport von Elektronen aus dem Elektrolyten? 181 / 12.4 Wie viel Stoffumsatz passiert an den Elektroden? 181 / 12.5 Wie groß ist der Potenzialsprung an der Phasengrenze Metall/Elektrolyt? 182 / 12.6 Wie hängt das Elektrodenpotenzial von der Konzentration ab? 184 / 12.7 Wie nutzen wir die Spannungsreihe? 185 / 12.8 Wie beschreiben wir eine Elektrode erster Art (Metall/Metallsalz)? 185 / 12.9 Wie beschreiben wir eine Gaselektrode? 186 / 12.10 Wie ermitteln wir Vorzeichen und Betrag der Leerlaufspannung („EMK“)? 187 / 12.11 Wie unterscheiden sich eine spontane Redoxreaktion von einer GALVANI’schen Zelle? 188 / 12.12 Wie groß ist der Potenzialsprung an einer semipermeablen Membran? 190 / 12.13 Zusammenfassung 191 / 12.14 Testfragen 192 / 12.15 Übungsaufgaben 193 / / 13 Serviceteil (Anhang) 195 / 13.1 Lösungen der Tests und Übungsaufgaben 195 / 13.2 Klassische Praktikumsversuche der Physikalischen Chemie 223 / 13.3 Links und QR-Codes zu den Multimedia-Kursen 245 / 13.4 Vorschläge zur Gestaltung der Workshops 246 / 13.5 Abkürzungsverzeichnis 252 / 13.6 Naturkonstanten und Einheiten 255 / 13.7 Bindungsenthalpien 255 / 13.8 Thermodynamische Daten 255 / 13.9 Eigenschaften von Gasen 260 / 13.10 ANTOINE-Gleichung und Parameter 260 / 13.11 lonenleitfähigkeiten 260 / 13.12 Spannungsreihe 260 / / Literatur 263