Physikalische Chemie und ihre rechnerische Anwendung. ¿Thermodynamik¿

Das vorliegende Buch ist aus Bedürfnissen heraus entstanden, die sich im Zuge physikalisch-chemischer seminaristischer Übungen an Universitäten heraus stellten. Diese Übungen, die sich allenthalben als notwendig erweisen zur Auf schließung des Verständnisses für physikalisch-chemische Gedankengänge, Pro blemstellungen, Gesetzmäßigkeiten und deren mathematische Formulierung und zur Vertiefung des Lehrstoffes, sollen dem Studierenden auch die Wege weisen, auf denen unsere Erkenntnisse einer weiteren Forschung oder der Praxis nutzbar gemacht werden können. Die Erfahrung hat gezeigt, daß der Erreichung dieses Zieles vielfach der mangelnde Überblick über die verzweigten und damit leicht zu Unübersichtlich keit führenden Beziehungen in der Physikalischen Chemie, sowie die Scheu vor mathematischen Anwendungen, die eben die letzte Präzisierung "eigener Vorstellungen verlangen, entgegenstehen. Der Überblick über die Vielfalt der Zusammenhänge läßt sich zweifellos nicht leicht aus der üblichen laufenden Behandlung des Lehrstoffes gewinnen. Bei dem Nacheinander einer solchen Behandlung kann das Neben-und Ineinander gehen der Beziehungen nicht immer genügend deutlich werden, dies soll hier durch eine entsprechende Aufgliederung und graphisch-schematische Darstel lungen erreicht werden. Bedingt eine Schematisierung zuweilen auch eine ge wisse Einseitigkeit der Betrachtungsweise -der man dann mit Vorsicht begegnen soll -, so nötigt sie hier zu einer straffen Systematisierung, die im Interesse der angestrebten Klarheit und Übersichtlichkeit liegt. Ist erst der Überblick ge wonnen und das mathematische Rüstzeug vorhanden, dann sind auch die we sentlichen Voraussetzungen für eine ersprießliche Anwendung gegeben. Bezüglich der Unterteilung des Gesamtgebietes der Physikalischen Chemie sei auf die Einführung zu diesem Buch verwiesen.

InhaltsangabeZur Einführung.- A. Allgemeine Begriffe und Voraussetzungen.-
1. Symbolik.-
2. Maßsysteme, Einheiten, Dimensionen, Konstanten.-
3. Zustände, Phasen, homogene und heterogene Systeme.-
4. Zustandsgrößen: (Menge), Temperatur, Volumen, Druck, (Zusammensetzung); die Aktivität.-
5. Zustandsgleichungen (thermische).- a) Gasgesetze, Zustandsgleichungen idealer Gase.- Allgemeine Zustandsgleichung für ideale Gase.- Lösungen und Zustandsgleichung idealer Gase.- Ideales und reales Gasverhalten.- b) Zustandsgleichung realer Gase.- Theorem der übereinstimmenden Zustände.- Boyle-Temperatur.- Kalorische oder thermodynamische Zustandsgleichungen.-
6. Arten und Erscheinungsformen der Energie.-
7. Wege der Zustandsänderungen.- Partielle Änderungen der Zustandsgrößen.- Isotherme und adiabatische Zustandsänderungen idealer Gase.- Reversible Prozesse.- Irreversible Prozesse.- B. Die energetischen Größen (Zustandsfunktionen) und ihre Verkettung.-
8. Die Hauptsätze der Thermodynamik.- a) Erster Hauptsatz (Energieerhaltungssatz).- b) Zweiter Hauptsatz (Entropiesatz).- Verbindung des 1. und 2. Hauptsatzes, die Helmholtzsche Gleichung.- c) Dritter Hauptsatz (Nernstscher Wärmesatz).-
9. Die energetischen Größen (Zustandsfunktionen) von Einzelstoffen (einphasigen Systemen).- 1. Wärmekapazität, Spezifische Wärmen und Molwärmen cv, cp (Cv, Cp).- Spezielles: Ideale Gase.- Reale Gase.- Flüssigkeiten.- Festkörper.- 2. Energieinhalt (Innere Energie) u, u - u0 (U, U-U0), Enthalpie h, h-h0 (H, H-H0).- Spezielles: Ideale Gase.- Reale Gase.- Flüssigkeiten.- Festkörper.- 3. Entropie s (S) [auch sp, Sp und sv, Sv].- Nullpunktsentropie und Entropiekonstante.- Spezielles: Festkörper.- Flüssigkeiten.- Gase.- 4. Gebundene Energie = reversible Wärme grev (Qrev).- 5. Freie Energie f, f-f0 (F, F-F0), Freie Enthalpie g, g-g0, (G, G-G0).- Spezielles.- Übersicht 1. Thermodynamische Ableitungen und Zusammenhänge.-
10. Die energetischen Umwandlungsgrößen (Reaktionsgrößen).- 1. Molwärmendifferenz ?Cp, ?Cv.- 2. Enthalpieänderung, Reaktionsenthalpie ?H, Energieinhaltsänderung, Reaktionsenergie ?U, = Wärmetönungen, Reaktionswärmen bei konstantem Druck und konstantem Volumen.- Thermochemische Reaktionsgleichungen.- Bildungsenthalpie und Bildungsenergie (Bildungswärmen).- Kirchhoff scher Satz.- 3. Entropieänderung, Reaktionsentropie ?S (= ?Sp), ?Sv, und.- 4. Reversible Reaktionswärme ?Qrev = T?S, bzw. (?Qrev)v = T?Sv.- 5. Änderung der Freien Enthalpie, Freie-Reaktionsenthalpie ?G, Änderung der Freien Energie, Freie-Reaktionsenergie ?U, (= Maximale Reaktionsarbeit, Affinität).- Normalwert der Freien-Reaktionsenthalpie ?NG.- Die Helmholtz-Gibbssche Gleichung.-
11. Die energetischen Größen von Stoffen in Mischphasen.- Mischphasen.- Ideale und reale Mischungen.- Natur der gelösten Partikeln.- Zusammenhänge zwischen den Erscheinungen bei Mischphasenbildung realer Systeme.- 1. Partielle Größen und Partielle molare Größen.- Die Abhängigkeit der partiellen molaren Größen von der Zusammensetzung, dem Molenbruch x; Freie Enthalpie, Entropie, Enthalpie, Molwärmen.- 2. Die Lösungs- und Verdünnungsenthalpien (-wärmen) (differentielle und integrale).- Übersicht 2. Mischungs-, Lösungs- und Verdünnungsenthalpien und ihre gegenseitigen Beziehungen.- C. Gleichgewichte.-
12. Physikalische Gleichgewichte, Phasengleichgewichte.- 1. Einstoffsysteme (Aggregatzustandsänderungen).- a) Verdampfen, Kondensieren.- Die Dampfdruckgleichung.- Die Dampfdruckkonstante, die Chemische Konstante.- a') Sublimieren.- b) Schmelzen Erstarren.- c) Modifikationswechsel.- Das Phasengesetz (die "Phasenregel").- 2. Zweistoff-, Mehrstoffsysteme (insbesondere Phasengleichgewichte mit Lösungen).- a) Verdampfungsgleichgewichte binärer Systeme.- a1) Der Dampfdruck über einer flüssigen Mischphase (Lösung).- ?) ideales ?) reales Verhalten.- Die Dampfdruckerniedrigung (Raoultsches Gesetz).- a2) Der Siedepunkt einer flüssigen Mischphase (Siedepunktserhöhung).- b) Schmelzgleichgewichte binärer Systeme.- Der Gefrier

Zur Einführung.- A. Allgemeine Begriffe und Voraussetzungen.1. Symbolik.2. Maßsysteme, Einheiten, Dimensionen, Konstanten.3. Zustände, Phasen, homogene und heterogene Systeme.4. Zustandsgrößen: (Menge), Temperatur, Volumen, Druck, (Zusammensetzung); die Aktivität.5. Zustandsgleichungen (thermische).- a) Gasgesetze, Zustandsgleichungen idealer Gase.- Allgemeine Zustandsgleichung für ideale Gase.- Lösungen und Zustandsgleichung idealer Gase.- Ideales und reales Gasverhalten.- b) Zustandsgleichung realer Gase.- Theorem der übereinstimmenden Zustände.- Boyle-Temperatur.- Kalorische oder thermodynamische Zustandsgleichungen.6. Arten und Erscheinungsformen der Energie.7. Wege der Zustandsänderungen.- Partielle Änderungen der Zustandsgrößen.- Isotherme und adiabatische Zustandsänderungen idealer Gase.- Reversible Prozesse.- Irreversible Prozesse.- B. Die energetischen Größen (Zustandsfunktionen) und ihre Verkettung.8. Die Hauptsätze der Thermodynamik.- a) Erster Hauptsatz (Energieerhaltungssatz).- b) Zweiter Hauptsatz (Entropiesatz).- Verbindung des 1. und 2. Hauptsatzes, die Helmholtzsche Gleichung.- c) Dritter Hauptsatz (Nernstscher Wärmesatz).9. Die energetischen Größen (Zustandsfunktionen) von Einzelstoffen (einphasigen Systemen).- 1. Wärmekapazität, Spezifische Wärmen und Molwärmen cv, cp (Cv, Cp).- Spezielles: Ideale Gase.- Reale Gase.- Flüssigkeiten.- Festkörper.- 2. Energieinhalt (Innere Energie) u, u - u0 (U, U-U0), Enthalpie h, h-h0 (H, H-H0).- Spezielles: Ideale Gase.- Reale Gase.- Flüssigkeiten.- Festkörper.- 3. Entropie s (S) [auch sp, Sp und sv, Sv].- Nullpunktsentropie und Entropiekonstante.- Spezielles: Festkörper.- Flüssigkeiten.- Gase.- 4. Gebundene Energie = reversible Wärme grev (Qrev).- 5. Freie Energie f, f-f0 (F, F-F0), Freie Enthalpie g, g-g0, (G, G-G0).- Spezielles.- Übersicht 1. Thermodynamische Ableitungen und Zusammenhänge.10. Die energetischen Umwandlungsgrößen (Reaktionsgrößen).- 1. Molwärmendifferenz ?Cp, ?Cv.- 2. Enthalpieänderung, Reaktionsenthalpie ?H, Energieinhaltsänderung, Reaktionsenergie ?U, = Wärmetönungen, Reaktionswärmen bei konstantem Druck und konstantem Volumen.- Thermochemische Reaktionsgleichungen.- Bildungsenthalpie und Bildungsenergie (Bildungswärmen).- Kirchhoff scher Satz.- 3. Entropieänderung, Reaktionsentropie ?S (= ?Sp), ?Sv, und.- 4. Reversible Reaktionswärme ?Qrev = T?S, bzw. (?Qrev)v = T?Sv.- 5. Änderung der Freien Enthalpie, Freie-Reaktionsenthalpie ?G, Änderung der Freien Energie, Freie-Reaktionsenergie ?U, (= Maximale Reaktionsarbeit, Affinität).- Normalwert der Freien-Reaktionsenthalpie ?NG.- Die Helmholtz-Gibbssche Gleichung.11. Die energetischen Größen von Stoffen in Mischphasen.- Mischphasen.- Ideale und reale Mischungen.- Natur der gelösten Partikeln.- Zusammenhänge zwischen den Erscheinungen bei Mischphasenbildung realer Systeme.- 1. Partielle Größen und Partielle molare Größen.- Die Abhängigkeit der partiellen molaren Größen von der Zusammensetzung, dem Molenbruch x; Freie Enthalpie, Entropie, Enthalpie, Molwärmen.- 2. Die Lösungs- und Verdünnungsenthalpien (-wärmen) (differentielle und integrale).- Übersicht 2. Mischungs-, Lösungs- und Verdünnungsenthalpien und ihre gegenseitigen Beziehungen.- C. Gleichgewichte.12. Physikalische Gleichgewichte, Phasengleichgewichte.- 1. Einstoffsysteme (Aggregatzustandsänderungen).- a) Verdampfen, Kondensieren.- Die Dampfdruckgleichung.- Die Dampfdruckkonstante, die Chemische Konstante.- a') Sublimieren.- b) Schmelzen Erstarren.- c) Modifikationswechsel.- Das Phasengesetz (die "Phasenregel").- 2. Zweistoff-, Mehrstoffsysteme (insbesondere Phasengleichgewichte mit Lösungen).- a) Verdampfungsgleichgewichte binärer Systeme.- a1) Der Dampfdruck über einer flüssigen Mischphase (Lösung).- ?) ideales ?) reales Verhalten.- Die Dampfdruckerniedrigung (Raoultsches Gesetz).- a2) Der Siedepunkt einer flüssigen Mischphase (Siedepunktserhöhung).- b) Schmelzgleichgewichte binärer Systeme.- Der Gefrierpunkt einer flüssigen Mischphase (Gefrierpunktserniedrigung).- c) Löslichkeitsgleichgewichte binärer Systeme.- Löslichkeit.- Lösung eines Festkörpers.- Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit.- Lösung eines Gases (Henrysches Gesetz).- Verteilung eines Stoffes zwischen zwei Lösungsmitteln (Nernst scher Verteilungssatz).13. Chemische Gleichgewichts.- 1. Gleichgewichte in homogenen Systemen.- Das Massenwirkungsgesetz (MWG).- Die Gleichgewichtskonstante.- Druckabhängigkeit der Gleichgewichtskonstante.- Die Gleichgewichtszusammensetzung.- Dissoziationsgrad.- Bildungsgrad.- Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstante.- Prinzip des kleinsten Zwanges.- Freie-Reaktionsenthalpie ?G (Affinität) und Gleichgewichtskonstante.- Beziehung zum Normalwert der Freien-Reaktionsenthalpie ?NG (Normalaffinität).- Zusammengesetzte chemische Gleichgewichte.- 2. Chemische Gleichgewichte in heterogenen Systemen.- Übersicht 3. Die Konstanten des MWG; Ableitung und Abhängigkeiten.- Anwendungsteil: D. Die praktische Auswertung der energetischen Größen und ihrer wechselseitigen Beziehungen.14. Die Übersichtsdarstellung der praktisch benutzten thermodynamischen Beziehungen.- 1. Die Übersicht für Einphasen-Einstoff-Systeme.- Übersicht 4. Schema der thermodynamischen Beziehungen für ein Einphasen-Einstoff-System.- 2. Die Übersicht für Reaktions-(Umwandlungs-)größen.- Übersicht 5. Schema der thermodynamischen Beziehungen für Umwandlungen, Reaktionen.- 3. Die allgemeine Übersicht für reales Verhalten.- Übersicht 6. Schema der thermodynamischen Beziehungen für reale Mischphasensysteme.15. Die Anwendung der praktisch benutzten thermodynamischen Beziehungen in einem Modellbeispiel.- I. Die energetischen Daten der Einzelphasen des Stoffes Z.- II. Physikalische Umwandlungen. Die energetischen Daten für die Aggregatzustandsänderungen des Stoffes Z.- III. Chemische Reaktionen. Die energetischen Daten für die Dissoziationsreaktion des zweiatomigen Gases Z2.- Das chemische Gleichgewicht.- IV. Die energetischen Größen bei bestimmtem Volumen und Umwandlungen (Reaktionen) bei konstantem Volumen.16. Die Anwendung der thermodynamischen Beziehungen bei realem Mischphasenverhalten in einem "Modellbeispiel Lösung".- 1. Die Effekte und energetischen Größen bei Bildung einer realen Mischphase (beim Lösen und Verdünnen).- 2. Phasengleichgewichte des Mischphasensystems.- 3. Chemische Reaktionen mit Mischphasenkomponenten.- E. Übungsbeispiele und Aufgaben.- F. Tabellenanhang.- Symbole, Konstanten, Einheiten.- Energetische Daten von Einzelstoffen, physikalischen Umwandlungen und Bildungsreaktionen.- Gleichgewichtsdaten.- Mathematischer Formelanhang.- Literaturhinweis.