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Wie die Organische und die Anorganische Chemie ist die Physikalische Chemie eines der klassischen Teilgebiete der Chemie. Wie ihr Name schon sagt, beschäftigt sie sich mit dem Grenzbereich von Chemie und Physik. Georg Heun erklärt Ihnen, was Sie über Kräfte und Elemente, Reinstoffe, Mischungen, Wechselwirkungen und Thermodynamik wissen sollten. Mit vielen Übungen erläutert er so verständlich wie möglich die Grundlagen der Physikalischen Chemie und hilft Ihnen so bei Ihren ersten Schritten in diesem Grenzbereich der Naturwissenschaften.

 

 

 

 

Aus dem Inhalt:

Über den Autor 7 / Über den Überarbeiter der 2. Auflage 7 / Einführung 19 / Über dieses Buch 20 / Konventionen in diesem Buch 20 / Törichte Annahmen über den Leser 21 / Wie dieses Buch aufgebaut ist 21 / Teil I: Kräfte und Substanzen 22 / Teil II: Reinstoffe und Mischungen 22 / Teil III: Reaktionskinetik 22 / Teil IV: Thermodynamik 23 / Teil V: Wechselwirkungen 23 / Teil VI: Der Top-Ten-Teil 23 / Teil VII Anhänge 24 / Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 24 / Wie es weitergeht 24 // TEIL I / KRÄFTE UND SUBSTANZEN 25 / Kapitel 1 / Gase unter Druck: Die Gasgesetze 27 / Physik plus Chemie gleich Physikalische Chemie? 27 / Das ideale Gas 28 / Druck 28 / Temperatur 29 / Das Boyle-Mariotte'sche Gesetz 29 / Das Gay-Lussac'sche Gesetz 31 / Die allgemeine Gasgleichung 33 / Das reale Gas 33 // Kapitel 2 / Zerreißprobe für Feststoffe - Verformung 37 / Dehnung und Stauchung 37 / Das Hooke'sche Gesetz 39 / Elastisch, plastisch, bis es zerreißt 41 // Kapitel 3 / Die Sache kommt in Fluss - Viskosität 43 / Zähe Sache, die idealviskosen Flüssigkeiten 43 / Moleküle im laminaren Gleichschritt 44 / Das Newton'sche Gesetz 45 / Nicht alles ist ideal: strukturviskos bis thixotrop 48 / Pseudoplastisch und dilatant durch dick und dünn 48 / Plastische Strukturverluste mit Thixotropie 52 / Messmethoden und praktische Anwendungen 54 / Das Stokes'sche Gesetz 55 / Das Kugelfallviskosimeter nach Höppler 57 / Das Hagen-Poiseuille'sche Gesetz 58 / Das Kapillarviskosimeter nach Ostwald 59 / Das Rotationsviskosimeter 61 // Kapitel 4 / Übungen 63 / Berechnung des Sprühdrucks einer Sprayflasche 63 / Bestimmung der Molmasse eines löslichen Polymers 64 / Vorsicht! Logarithmus! Bestimmung des Fließverhaltens einer / strukturviskosen Flüssigkeit 67 // TEIL II / REINSTOFFE UND MISCHUNGEN 71 / Kapitel 5 / Zustandsdiagramme (Phasendiagramme) 73 / Die Zustände fest, flüssig und gasförmig 73 / Zustandsdiagramme 74 / Verwirrende Zustände - Tripelpunkt und überkritisches G as 75 / Anomalie des Wassers 77 / Gibbs'sche Phasenregel 78 / Modifikation und Allotropie 79 / Eiskalt weggedampft und lyophil nach der Gefriertrocknung 81 / Ohne Energie läuft nichts! 83 // Kapitel 6 / Lösungen und Mischungen 85 / Das ist die ideale Lösung 86 / Dampfdruck einer reinen Flüssigkeit 86 / Dampfdruckdiagramm einer idealen Mischung 88 / Einfaches Rechnen mit M olen 89 / Kolligative Eigenschaften 90 / Dampfdruck 91 / Siedepunkt 91 / Gefrierpunkt 92 / Osmotischer Druck 95 / Nichts wie weg! Diffusion, Auflösung und Verteilung 99 / Die Fick'schen Diffusionsgesetze 100 / Die Noyes-Whitney-Gleichung 101 / Der Nernstsche Verteilungskoeffizient 102 / Zwei Stoffe schmelzen dahin bis zum eutektischen Tiefpunkt 103 / Darf es etwas mehr sein? - Dreikomponentendiagramme 107 // Kapitel 7 / Oberflächlich betrachtet: Grenzflächenphänomene 109 / Moleküle im Spannungsfeld an der Grenze 109 / Die »schwimmende« Büroklammer 109 / Die Oberflächenspannung als Kraft pro Länge 110 / Die Oberflächenspannung als Energie pro Fläche 110 / Ringmethode, Tropfmethode und Blasendruckmethode 112 / Ringmethode 112 / Tropfmethode 113 / Blasendruckmethode 114 / Tenside: Und die Spannung ist weg 115 / Hydrophilie und Lipophilie 115 / Gespaltene Persönlichkeit: das Tensidmolekül 115 / Gemeinsam sind wir stark: die Mizelle 117 / Tenside als Emulgatoren 118 / Tenside als Reinigungsmittel 119 / Saugen ohne Unterdrück: die Kapillarität 119 / Flach bis kugelrund: der Benetzungswinkel 119 / Es wird eng: Depression und Aszension in Kapillaren 121 / Es geht aufwärts: die Steighöhenmethode 122 / Adsorptionsisotherme: die freundliche Art zu klammern 123 / Hin und weg bis zum Adsorptionsgleichgewicht 123 / Die Adsorptionsisotherme nach Freundlich 124 / Bei Langmuir wird der Platz knapp 126 / Es geht doch was nach BET 127 // Kapitel 8 / Übungen 129 / Isotonisierung einer Arzneistofflösung 129 / Noch mal Vorsicht! Logarithmische Auswertung eines Adsorptionsversuchs 130 / Experimentelle Erstellung eines Dreiecksdiagramms 132 / Nicht so einfach, wie es scheint! Ausschütteln mit Ether 134 // TEIL III / REAKTIONSKINETIK 135 / Kapitel 9 / Lassen Sie es krachen: Die chemische Reaktion 137 / Wer mit wem und wohin: Edukte und Produkte 137 / Die zwei Akteure prallen aufeinander 138 / Trefferquote 138 / Zurück mit Zins: Aktivierungsenergie und Energiebilanz 139 / In der Kürze liegt die W ürze 141 // Kapitel 10 / Wer mit wem - die Reaktionsordnung 143 / Einer für A lle 143 / Reaktionen erster und pseudoerster Ordnung 144 / Von der Reaktionsgleichung zur Halbwertszeit 146 / Strahlend: Der radioaktive Zerfall 147 / Zersetzende Flüssigkeit: Die Hydrolyse 149 / Der Logarithmus hilft beim Geradebiegen 150 / Reaktionen nullter Ordnung 151 / Ab durch das Nadelöhr 152 / Reaktionen zweiter Ordnung 154 / Etwas durcheinander: Die Michaelis-Menten-Kinetik 156 / Es geht auch noch schneller: Die Arrhenius-Gleichung 158 // Kapitel 11 / Übungen 161 / Hydrolyse eines Esters in wässriger Lösung 162 / Stresstest und Arrhenius-Plot 164 // TEIL IV / THERMODYNAMIK 167 / Kapitel 12 / Zustands- und Prozessgrößen - die Bausteine / der Thermodynamik 169 / Der Ort des Geschehens - das thermodynamische System 169 / Zustand oder Prozess? 172 / Zustands- und Prozessgrößen 172 / Zustandsgleichungen 174 / Thermodynamische Prozesse 175 / Ein klein wenig Mathematik 175 / Es kommt auf Änderungen an: Differenzen und Differentiale 176 / Sie beschreiben Änderungen: Ableitungen 176 // Kapitel 13 / Robert von Mayer und der erste Hauptsatz der / Thermodynamik - Ein Arzt und die Energieerhaltung 179 / Der erste Hauptsatz der Thermodynamik 180 / Energetische Zustandsgrößen: Die innere Energie U und die Enthalpie H 181 / Der Energieinhalt eines Systems 181 / Der Wärmeinhalt eines Systems 182 / Wärmekapazität 182 // Kapitel 14 / Alles in Unordnung - Der zweite Hauptsatz / der Thermodynamik 185 / Der zweite Hauptsatz und seine Bedeutung 185 / Jedes System besitzt Entropie 186 / Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik 188 / Grafische Darstellung von Bilanzen 190 / Etwas Mathematik ist erforderlich: Entropieänderungen 191 / Entropieänderung bei Zustandsänderungen ohne Phasenänderung 191 / Entropieänderung bei Zustandsänderungen mit Phasenumwandlung 195 / Entropie am Beispiel eines Druckbehälters 196 / Prozesse verständlicher machen: Das T-s-Diagramm 198 / Energieumwandlungen 200 / Über die Qualität von Energieformen 201 / Der Idealfall: Der Carnot-Prozess 202 // Kapitel 15 / Zustände und Zustandsänderungen 207 / Grundlagen 207 / Zustandsänderungen idealer Gase 208 / Isochore Zustandsänderung 209 / Isobare Zustandsänderung 209 / Isotherme Zustandsänderung 210 / Adiabate Zustandsänderung 211 / Isentrope Zustandsänderung 212 / Polytrope Zustandsänderung 213 / Zustandsgrößen und Zustandsänderungen grafisch darstellen 214 / Das T-s-Diagramm von Wasser als Beispiel 214 // Kapitel 16 / Links oder rechts - die Kreisprozesse 219 / Wärme teilweise in Arbeit umwandeln: Rechtskreisprozesse 220 / Grundprinzip 220 / Der Clausius-Rankine-Prozess 222 / Der Joule-Prozess 225 / Der Otto-Prozess 229 / Der Diesel-Prozess 231 / Der Linkskreisprozess oder: Wie funktioniert der Kühlschrank? 232 / Allgemeine Bemerkungen zu Linkskreisprozessen 232 / Der Wärmepumpenprozess 235 // Kapitel 17 / Gas-Dampf-Gemische - Alles feuchte Luft? 237 / Absolute und relative Feuchte 237 / Relativ oder absolut: Maße für die Luftfeuchtigkeit 237 / Umrechnungen 239 / Wichtige Hilfsmittel: Mollier-Diagramme 240 / Aufbau eines Mollier-T,y-Diagramms 241 / Arbeiten mit dem Diagramm: Zustandsänderungen feuchter Luft 243 / Erwärmung 243 / Abkühlung 243 / Mischung 244 / Beispiel: Mischung zweier Luftström e 244 / Befeuchtung und Trocknung 246 // Kapitel 18 / Jetzt wird es brenzlig - Verbrennung 249 / Ablauf der Verbrennung 249 / Ihre Reihe ist ziemlich lang: Brennstoffe 249 / Voraussetzungen für eine Verbrennung 251 / Arten der Verbrennung 252 / Stöchiometrische Verbrennungsrechnung 252 / Berechnung des Luftbedarfs für Brennstoffe 253 / Berechnung der Rauchgasmenge 255 / Verbrennungsrechnung mit Brennstoffkenngrößen 257 / Verbrennungstemperatur und Taupunkt des Rauchgases 258 // Kapitel 19 / Übungen 261 / Zustände können sich ändern 261 / Sie können nicht funktionieren: Perpetua mobilia 262 / Besser geht es nicht: Der Carnot-Prozess 263 / Sie funktionieren sehr wohl: Otto- und Dieselmotor 263 / Alles nur feuchte Luft 263 // TEIL V / WECHSELWIRKUNGEN 265 / Kapitel 20 / Spektroskopie 267 / Das elektromagnetische Spektrum 267 / Kleine Energie, große Wirkung - Radiowellen 270 / Feinstrukturen durch Verschiebung und Kopplung erkennen 272 / Hier wird es heiß - Mikrowellen 274 / Bindungen im Tanzfieber -Infrarotspektroskopie 275 / Schauen wir mal - UV/Vis-Spektroskopie 277 / Jetzt wird es kristallklar - Röntgenstrukturanalyse 280 / Röntgendiagnose 280 / Röntgenstrukturanalyse 281 // Kapitel 21 / Molecular Modeling 283 / Vom Aussehen eines Moleküls 283 / Molekülmechanik: Kraftfeldmethoden 286 / Die Energiegleichungen eines Kraftfelds 286 / Zusammenfassen und Zeit sparen 288 / Vom Berg ins Tal mit geschlossenen Augen 289 / Mit Dynamik die Moleküle bewegen 290 / Quantenchemie mit der unlösbaren Schrödinger-Gleichung 291 / Semi-empirisch mit MNDO und Co 292 / Von Anfang an: Ab-initio-Berechnungen 293 // TEIL VI / DER TOP-TEN-TEIL 295 / Kapitel 22 / Zehn (Groß-)Väter der Physikalischen Chemie 297 / Wilhelm Ostwald 297 / Svante Arrhenius 298 / Jacobus Henricus van't Hoff 299 / Walther Nernst 299 / Josiah Willard Gibbs 300 / Johannes Diderik van der Waals 300 / Jean Louis Marie Poiseuille 301 / Irving Langmuir 301 / Julius Robert von Mayer 302 / Nicolas Läonard Sadi C arnot 302 // Kapitel 23 / Zehn Tipps für Studierende 305 / Nur scheinbar kompliziert - keine Angst vor mathematischen Formeln 305 / Diagramme verstehen - nicht auswendig lernen ; 306 / Was du heute kannst besorgen 307 / Vorlesungen sind besser als Bücher 308 / Übungen und Seminare sind noch besser als Vorlesungen 308 / Praktika: Sauber arbeiten, denken und dokumentieren 309 / Wie Fehler entstehen und wie Sie diese vermeiden 310 / Kommilitonen sind Mitstreiter, keine Konkurrenten 311 / Alte Klausuren sind die halbe M iete 311 / Das Internet ist nicht nur zum Chatten zu gebrauchen 312 // TEIL VII / ANHÄNGE 315 / Kapitel A / Lösungen der Übungsaufgaben aus Kapitel 4 317 / So berechnen Sie den Druck in der Sprayflasche 317 / Das ist die Molmasse des Polymers 318 / Logarithmische Auswertung eines Rheogramms 319 / Kapitel B / Lösungen der Übungsaufgaben aus Kapitel 8 321 / Berechnung eines Isotonisierungszusatzes 322 / Auswertung einer Adsorptionsisotherme nach Freundlich 323 / Die Binodallinie im Dreiecksdiagramm 324 / Den Extraktgehalt nach dem Ausschütteln berechnen 325 / Kapitel C / Lösungen der Übungsaufgaben aus Kapitel 11 329 / Die Hydrolysekinetik grafisch darstellen und auswerten 330 / Mit Arrhenius im Schnellgang die Haltbarkeit Vorhersagen 331 / Kapitel D / Lösungen der Übungsaufgaben aus Kapitel 19 335 / Zustandsänderungen in einer Luftpumpe 335 / Und sie laufen und laufen und laufen überhaupt nicht 336 / Ideal, aber nicht perfekt: Der Carnot-Prozess 336 / Sie laufen zuverlässig: Otto- und Dieselmotor 337 / Mit feuchter Luft kann man auch rechnen 338 // Stichwortverzeichnis 339