Übungen zur physikalischen Chemie

Eine gute Kenntnis der physikalisch-chemischen Rechenmethoden ist die Voraussetzung, dass man praktische Probleme lösen oder zumindest eine Lösung abschätzen kann. Außerdem erleichtert und vertieft die praktische Übung auch das Verständnis der Theorie. Die rund 650 Beispiele und Aufgaben dieses Buches aus den Basisgebieten der Physikalischen Chemie sollen dabei helfen. Zu Beginn sind die theoretischen Grundlagen so ausführlich dargestellt, dass die Beispiele und Aufgaben ohne Zuhilfenahme anderer Bücher gelöst werden können. Die Fragestellungen sind der Praxis entnommen, wobei die Aufgaben die verschiedensten Schwierigkeitsgrade sowohl hinsichtlich der theoretischen Anforderungen als auch der verwendeten Rechenverfahren haben. Da bei der Laborarbeit Messfehler unvermeidlich sind, enthält das Buch auch Kapitel über Messfehler und Fehlerfortpflanzung, Auswertung von Versuchsergebnissen und Näherungsverfahren.
Dieses Buch ist zur Vorbereitung und Begleitung von Praktika aus Physikalischer Chemie gedacht, es dient aber auch dem geübten Chemiker, Chemieingenieur und Chemotechniker zur schnellen Information und Auffrischung vielleicht schon vergessenen Wissens. Grundlagen: Größen und Einheiten; Konzentration und Aktivität; Stöchiometrie chemischer Reaktionen; Mittelwert und Standardabweichung; Fehlerrechnung; Beurteilung von Versuchsergebnissen mit statistischen Methoden; Ausgleichsrechnung (Regressionsrechnung); Näherungsmethoden zur Lösung von Gleichungen.- Aggregatzustände: Gase; Flüssigkeiten; Feststoffe.- Phasenlehre: Phasenumwandlungen bei Reinstoffen; Binäre Phasengleichgewichte; Ternäre Phasengleichgewichte; Verdünnte Lösungen.- Thermodynamik: Erster Hauptsatz; Zweiter und dritter Hauptsatz; Das chemische Gleichgewicht.- Elektrochemie: Grundbegriffe; Ionenaktivität; Ionengleichgewichte in Lösungen; Leitfähigkeit von Elektrolyten; Stoffumsatz bei der Elektrolyse; Elektrochemische Zellen.- Reaktionskinetik: Grundbegriffe; Elementarreaktionen; Zusammengesetzte Reaktionen; Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit.- Strahlung und Teilchen: Licht und Materiewellen; Atomkern; Elektronenhülle.- Anhang.- Stichwortverzeichnis.

Wer in den physikalisch-chemischen Rechenmethoden fit ist, kann praktische Probleme besser lösen. Die Beispiele und Aufgaben in diesem Buch aus den Basisgebieten der Physikalischen Chemie helfen dabei. Die theoretischen Grundlagen sind ausführlich genug dargestellt, um die praxisorientierten Aufgaben allein mit dem Buch zu lösen. Kapitel über Messfehler und Fehlerfortpflanzung sind ebenso enthalten wie über die Auswertung von Versuchsergebnissen und Näherungsverfahren. Da ideale Buch zur gezielten Vorbereitung von Praktika und zum schnellen Nachschlagen für Erfahrene.

1 Grundlagen.- 1.1 Größen und Einheiten.- 1.1.1 Stoffmenge.- 1.1.2 Extensive und intensive Größen.- 1.1.3 Zustandsfunktionen.- 1.2 Konzentration und Aktivität.- 1.2.1 Konzentrationsangaben.- 1.2.2 Mischungsrechnung.- 1.2.3 Aktivität.- 1.3 Stöchiometrie chemischer Reaktionen.- 1.4 Mittelwert und Standardabweichung.- 1.4.1 Praktische Berechnung des Mittelwertes und der Varianz.- 1.4.2 Mittelwert einer Funktion.- 1.5 Fehlerrechnung.- 1.5.1 Messfehler.- 1.5.2 Fehlerfortpflanzung.- 1.6 Beurteilung von Versuchsergebnissen mit statistischen Methoden.- 1.6.1 Grundbegriffe.- 1.6.2 Verteilungsfunktionen.- 1.6.3 Streubereich um den Mittelwert.- 1.6.4 Vertrauensbereich (Konfidenzintervall) eines Mittelwertes.- 1.6.5 Vergleich zweier Standardabweichungen (F-Test).- 1.6.6 Vergleich zweier Mittelwerte (t-Test).- 1.7 Ausgleichsrechnung (Regressionsrechnung).- 1.7.1 Ausgleichsfunktion und Fehlermaße.- 1.7.2 Linearregression.- 1.7.3 Nichtlineare Regression.- 1.8 Näherungsmethoden zur Lösung von Gleichungen.- 1.8.1 Grundlagen.- 1.8.2 Allgemeines Iterationsverfahren.- 1.8.3 Newtonsches Iterationsverfahren.- 1.8.4 Intervallhalbierungsmethode.- 1.8.5 Sekantenmethode ("regula faisl").- 1.8.6 Näherungsmethoden zum Lösen nichtlinearer Gleichungssysteme.- 2 Aggregatzustände.- 2.1 Gase.- 2.1.1 Ideale Gase.- 2.1.1.1 Gasgemische.- 2.1.2 Kinetische Theorie.- 2.1.3 Reale Gase.- 2.2 Flüssigkeiten.- 2.2.1 Dichte und Volumsausdehnung.- 2.2.2 Viskosität.- 2.2.3 Oberflächenspannung.- 2.3 Feststoffe.- 2.3.1 Kristalle.- 2.3.2 Kristalle und Röntgenstrahlung.- 3 Phasenlehre.- 3.1 Phasenumwandlungen bei Reinstoffen.- 3.1.1 Grundbegriffe und Phasengesetz.- 3.1.2 Clausius-Clapeyron-Gleichung.- 3.1.3 Regel von Trouton.- 3.2 Binäre Phasengleichgewichte.- 3.2.1 Dampfdruck- und Siedediagramme 86.- 3.2.1.1 Einphasige Gemische.- 3.2.1.2 Zweiphasige Gemische.- 3.3 Ternäre Phasengleichgewichte.- 3.3.1 Phasendreieck.- 3.3.2 Ternäre Löslichkeitsdiagramme.- 3.4 Verdünnte Lösungen.- 3.4.1 Kolligative Eigenschaften.- 3.4.2 Löslichkeit.- 3.4.2.1 Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten.- 3.4.2.2 Verteilung eines Stoffes zwischen zwei flüssigen Phasen.- 4 Thermodynamik.- 4.1 Erster Hauptsatz.- 4.1.1 Volumsarbeit.- 4.1.2 Wärmesatz von Hess.- 4.1.3 Die Enthalpie.- 4.1.3.1 Definition und Eigenschaften.- 4.1.3.2 Berechnung von Enthalpien (und inneren Energien).- 4.2 Zweiter und dritter Hauptsatz.- 4.2.1 Zweiter Hauptsatz.- 4.2.2 Die Entropie.- 4.2.3 Die freie Enthalpie. Chemisches Potential.- 4.3 Das chemische Gleichgewicht.- 4.3.1 Gleichgewichtskonstante einer Reaktion.- 4.3.2 Arten von Gleichgewichtskonstanten.- 4.3.3 Rechnen mit der Gleichgewichtskonstanten.- 4.3.4 Abhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten von Temperatur und Druck.- 4.3.5 Heterogene Gleichgewichte.- 4.3.5.1 Verdampfung und Sublimation.- 4.3.5.2 Adsorption.- 4.3.6 Simultangleichgewichte.- 5 Elektrochemie.- 5.1 Grundbegriffe.- 5.2 lonenaktivität.- 5.2.1 Berechnung von Aktivitätskoeffizienten.- 5.3 lonengleichgewichte in Lösungen.- 5.3.1 pH-Wert; Autoprotolyse des Wassers.- 5.3.2 Starke Säuren und Basen.- 5.3.3 Schwache einprotonige Säuren und Basen.- 5.3.4 Puffergemische.- 5.3.5 Mehrstufige Protolysen.- 5.3.6 Löslichkeitsprodukt.- 5.4 Leitfähigkeit von Elektrolyten.- 5.5 Stoffumsatz bei der Elektrolyse.- 5.6 Elektrochemische Zellen.- 5.6.1 Elektrochemische Zellen verursacht durch Redoxreaktionen.- 5.6.1.1 Spannung einer galvanischen Zelle.- 5.6.1.2 Elektrochemische Halbzellen (Elektroden) und Gleichung von Nernst.- 5.6.2 Elektrochemische Zellen verursacht durch Diffusionsvorgänge.- 5.6.2.1 Membranpotentiale ohne Osmose.- 5.6.2.2 Membranpotentiale mit Osmose (Donnanpotentiale).- 6 Reaktionskinetik.- 6.1 Grundbegriffe.- 6.2 Elementarreaktionen.- 6.2.1 Reaktionen erster Ordnung.- 6.2.2 Reaktionen zweiter Ordnung.- 6.2.3 Reaktionen dritter Ordnung.- 6.2.4 Halbwertszeit für Reaktionen beliebiger Ordnung.- 6.3 Zusammengesetzte Reaktionen.- 6.3.1 Gegenläufige Reaktionen.- 6.3.2 Parallelreaktionen.- 6.3.3 Folgereaktionen.- 6.3.4 Kettenreaktionen (zyklische Folgereakiionen)).- 6.3.5 Katalyse.- 6.3.5.1 Enzymreaktionen.- 6.3.5.2 Autokatalyse.- 6.3.6 lonenreaktionen.- 6.3.7 Heterogene Reaktionen.- 6.4 Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit.- 7 Strahlung und Teilchen.- 7.1 Licht und Materiewellen.- 7.1.1 Physikalische Grundlagen.- 7.1.2 Licht.- 7.1.3 Materiewellen.- 7.2 Atomkern.- 7.2.1 Grundbegriffe.- 7.2.2 Massendefekt und Bindungsenergie der Atomkerne.- 7.2.3 Neutronenaktivierung.- 7.3 Elektronenhülle.- 7.3.1 Polarisation und Dipolmoment.- 7.3.2 Lichtabsorption.- 7.3.3 Drehung der Ebene polarisierten Lichtes.- 7.3.4 Molekülspektren.- 7.3.4.1 Molekülrotation.- 7.3.4.2 Molekülschwingung.- 7.3.4.3 Rotations-Schwingungsspektren.- 7.3.4.4 Berechnung thermodynamischer Größen.- ANHANG -308.- ANH-1 Lösungen zu den Aufgaben.- ANH-2 t-Verteilung.- ANH- 3 F-Verteilung für F(z) = 0,95 (95% statistische Sicherheit).- ANH- 4 F-Verteilung für F(z) = 0,99 (99% statistische Sicherheil).- ANH- 5 Relative Atommassen (Auswahl).- ANH- 6 Fundamentale physikalische Konstante.- ANH- 7 Vielfache und Teile von Einheiten.- ANH- 8 Thermodynamische Werte zur Berechnung von Gitterenergien.- ANH- 9 Griechisches Alphabet.- ANH-10 Dampfdruck von Wasser.- STICHWORTVERZEICHNIS.