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Peter W. Atkins. Physikalische Chemie
Inhaltsverzeichnis
Orientierungspunkte
Liste der Abbildungen
Liste der Tabellen
Seitenliste
Physikalische Chemie
Tabellenverzeichnis
Toolkits
Zusatzinformationen
Anwendungen
Vorwort
Hinweise zur Benutzung des Buchs
2.1 Grundbegriffe. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
Schlüsselkonzepte
Toolkit 2: Eigenschaften der Materie
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Illustration 3.4
Beispiel 1.1: Anwendung der Zustandsgleichung des idealen Gases
Abschnitt 3.1 - Die Entropie
Anwendung 1: Umweltwissenschaft – Die Bedeutung der Gasgesetze für das Wetter
Abschnittsübergreifende Aufgaben
Danksagung
Prolog – Energie, Temperatur und Chemie
FOKUS 1. Die Eigenschaften der Gase
1.1 Das ideale Gas. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
1.1.1 Die Zustände der Gase
(a) Druck
Toolkit 1: Größen und Einheiten
(b) Temperatur
Illustration 1.1
Toolkit 2: Eigenschaften der Materie
1.1.2 Zustandsgleichungen und Gasgesetze
(a) Die empirische Basis
Beispiel 1.1: Anwendung der Zustandsgleichung des idealen Gases
(b) Gasmischungen
Beispiel 1.2: Berechnung von Partialdrücken
Anwendung 1: Umweltwissenschaft – Die Bedeutung der Gasgesetze für das Wetter
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
1.2 Die Bewegung von Molekülen in Gasen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
1.2.1 Die kinetische Gastheorie
Toolkit 3: Impuls und Kraft
(a) Druck und Molekülgeschwindigkeiten
(b) Die Maxwell’sche Geschwindigkeitsverteilung
Toolkit 4: Integralrechnung
(c) Mittlere Molekülgeschwindigkeiten
Beispiel 1.3: Die Berechnung der mittleren Molekülgeschwindigkeit in einem Gas
Illustration 1.2
1.2.2 Intermolekulare Stöße
(a) Die Stoßzahl
Illustration 1.3
(b) Die mittlere freie Weglänge
Illustration 1.4
Anwendung 2: Astrophysik – Die Sonne als Ball aus idealem Gas
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
1.3 Reale Gase. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
1.3.1 Abweichungen vom idealen Verhalten
(a) Der Kompressionsfaktor
Illustration 1.5
(b) Virialkoeffizienten
Illustration 1.6
Toolkit 5: Differenzialrechnung
(c) Kritische Größen
Illustration 1.7
1.3.2 Die Van-der-Waals-Gleichung
(a) Formulierung der Gleichung
Illustration 1.8
Beispiel 1.4: Die Anwendung der Van-der-Waals-Gleichung zur Bestimmung des molaren Volumens
(b) Zur Gültigkeit der Gleichung
(c) Das Prinzip der übereinstimmenden Zustände
Illustration 1.9
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Übungsteil Fokus 1 – Die Eigenschaften der Gase
Abschnitt 1.1 – Das ideale Gas
Abschnitt 1.2 – Die kinetische Gastheorie
Abschnitt 1.3 – Reale Gase
Abschnittsübergreifende Aufgaben
FOKUS 2. Der Erste Hauptsatz der Thermodynamik
2.1 Grundbegriffe. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
2.1.1 Arbeit, Wärme und Energie
(a) Grundlegende Definitionen
Toolkit 6: Arbeit und Energie
(b) Die molekulare Interpretation von Arbeit und Wärme
2.1.2 Die Innere Energie
(a) Die molekulare Interpretation der Inneren Energie
Toolkit 7: Der Gleichverteilungssatz
Illustration 2.1
(b) Die Formulierung des Ersten Hauptsatzes
Illustration 2.2
2.1.3 Volumenarbeit
(a) Eine allgemeine Formulierung der Arbeit
(b) Expansion gegen einen konstanten Druck
Beispiel 2.1: Die Volumenarbeit bei der Herstellung von Gasen
(c) Reversible Expansion
(d) Isotherme reversible Expansion eines idealen Gases
Illustration 2.3
2.1.4 Wärmeübergänge
(a) Kalorimetrie
Illustration 2.4
Toolkit 8: Elektrische Ladung, Strom, Leistung und Energie
(b) Die Wärmekapazität
Illustration 2.5
Toolkit 9: Partielle Ableitungen
Illustration 2.6
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
2.2 Die Enthalpie. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
2.2.1 Die Definition der Enthalpie
(a) Enthalpieänderungen und Wärmeübertragung
Illustration 2.7
(b) Kalorimetrie
Beispiel 2.2: Die Beziehung zwischen ΔU und ΔH
Illustration 2.8
2.2.2 Die Temperaturabhängigkeit der Enthalpie
(a) Wärmekapazität bei konstantem Druck
Beispiel 2.3: Die Temperaturabhängigkeit der Enthalpie
(b) Die Beziehung zwischen den Wärmekapazitäten
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
2.3 Thermochemie. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
2.3.1 Standardenthalpien
(a) Enthalpieänderungen bei physikalischen Zustandsänderungen
(b) Die Enthalpien chemischer Reaktionen
Illustration 2.9
(c) Der Satz von Hess
Beispiel 2.4: Die Anwendung des Satzes von Hess
2.3.2 Standardbildungsenthalpien
Illustration 2.10
Illustration 2.11
2.3.3 Die Temperaturabhängigkeit der Reaktionsenthalpien
Beispiel 2.5: Eine Anwendung des Kirchhoff’schen Gesetzes
2.3.4 Experimentelle Techniken
(a) Dynamische Differenzialkalorimetrie
(b) Isotherme Titrationskalorimetrie
Anwendung 3: Technologie – Thermochemische Aspekte von Brennstoffen und Nahrungsmitteln
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
2.4 Zustandsfunktionen und totale Differenziale. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
2.4.1 Totale und nicht totale Differenziale
Beispiel 2.6: Die Berechnung von Arbeit, Wärme und Innerer Energie
2.4.2 Änderungen der Inneren Energie
(a) Allgemeine Betrachtungen
(b) Das Experiment von Joule
(c) Die Änderung der Inneren Energie bei konstantem Druck
Beispiel 2.7: Berechnung des Koeffizienten der thermischen Ausdehnung eines Gases
Illustration 2.12
2.4.3 Änderungen der Enthalpie
Illustration 2.13
2.4.4 Der Joule-Thomson-Effekt
(a) Die Beobachtung des Joule-Thomson-Effekts
(b) Die Interpretation des Joule-Thomson-Effekts auf molekularer Ebene
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
2.5 Adiabatische Änderungen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
2.5.1 Änderung der Temperatur
Illustration 2.14
2.5.2 Änderung des Drucks
Illustration 2.15
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Übungsteil Fokus 2 – Der Erste Hauptsatz der Thermodynamik
Abschnitt 2.1 – Grundbegriffe
Abschnitt 2.2 – Die Enthalpie
Abschnitt 2.3 – Thermochemie
Abschnitt 2.4 – Zustandsfunktionen und totale Differenziale
Abschnitt 2.5 – Adiabatische Änderungen
Abschnittsübergreifende Aufgaben
FOKUS 3. Der Zweite und der Dritte Hauptsatz der Thermodynamik
3.1 Die Entropie. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
3.1.1 Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik
3.1.2 Die Definition der Entropie
(a) Die thermodynamische Definition der Entropie
Beispiel 3.1: Die Entropieänderung bei isothermer Expansion eines idealen Gases
Illustration 3.1
(b) Die statistische Deutung der Entropie
3.1.3 Die Entropie als Zustandsfunktion
(a) Der Carnot‐Kreisprozess
Illustration 3.2
Illustration 3.3
(b) Die thermodynamische Temperatur
(c) Die Clausius'sche Ungleichung
Anwendung 4: Maschinenbau – Kälteerzeugung
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
3.2 Entropieänderungen bei speziellen Prozessen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
3.2.1 Expansion
Illustration 3.4
3.2.2 Phasenübergänge
Illustration 3.5
3.2.3 Erhitzen
Illustration 3.6
3.2.4 Zusammengesetzte Prozesse
Beispiel 3.2: Die Änderung der Entropie bei einem zusammengesetzten Prozess
Anwendung 5: Materialwissenschaft – Kristalldefekte
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
3.3 Die Messung der Entropie. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
3.3.1 Die kalorimetrische Messung der Entropie
Illustration 3.7
Beispiel 3.3: Berechnung der Entropie bei tiefen Temperaturen
3.3.2 Der Dritte Hauptsatz der Thermodynamik
(a) Das Nernst'sche Wärmetheorem
Illustration 3.8
(b) Entropien nach dem dritten Hauptsatz
Illustration 3.9
Illustration 3.10
(c) Die Temperaturabhängigkeit der Reaktionsentropie
Illustration 3.11
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
3.4 Die Beschränkung auf das System. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
3.4.1 Freie Energie und Freie Enthalpie
(a) Kriterien der Freiwilligkeit
(b) Einige Anmerkungen zur Freien Energie
(c) Die maximale Arbeit
Beispiel 3.4: Die Berechnung der maximalen Arbeit
(d) Einige Anmerkungen zur Freien Enthalpie
(e) Die maximale Nichtvolumenarbeit
3.4.2 Freie Standardreaktionsenthalpien
Beispiel 3.5: Die maximale Nichtvolumenarbeit einer chemischen Reaktion
(a) Freie Standardbildungsenthalpien
Illustration 3.12
Illustration 3.13
(b) Die Born'sche Gleichung
Illustration 3.14
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
3.5 Die Verbindung von Erstem und Zweitem Hauptsatz. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
3.5.1 Eigenschaften der Inneren Energie
(a) Die Maxwell‐Beziehungen
Beispiel 3.6: Die Anwendung der Maxwell‐Beziehungen
Toolkit 10 Totale Differenziale
(b) Die Abhängigkeit der Inneren Energie vom Volumen
Beispiel 3.7: Die Herleitung einer thermodynamischen Gleichung
3.5.2 Eigenschaften der Freien Enthalpie
(a) Allgemeine Betrachtungen
Illustration 3.15
(b) Die Temperaturabhängigkeit der Freien Enthalpie
(c) Die Druckabhängigkeit der Freien Enthalpie
Beispiel 3.8: Druckabhängigkeit der Freien Enthalpie eines Phasenübergangs
Illustration 3.16
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Übungsteil Fokus 3 – Der Zweite und der Dritte Hauptsatz der Thermodynamik
Abschnitt 3.1 – Die Entropie
Abschnitt 3.2 – Entropieänderungen bei speziellen Prozessen
Abschnitt 3.3 – Die Messung der Entropie
Abschnitt 3.4 – Die Beschränkung auf das System
Abschnitt 3.5 – Die Verbindung von Erstem und Zweitem Hauptsatz
Abschnittsübergreifende Aufgaben
FOKUS 4. Physikalische Umwandlungen reiner Stoffe
4.1 Phasendiagramme reiner Stoffe. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
4.1.1 Die Stabilität von Phasen
(a) Die Zahl der Phasen
Illustration 4.1
(b) Phasenübergänge
Illustration 4.2
(c) Thermodynamische Kriterien für die Stabilität von Phasen
Illustration 4.3
4.1.2 Phasengrenzen
(a) Charakteristische Eigenschaften von Phasenübergängen
Illustration 4.4
(b) Die Phasenregel
Illustration 4.5
4.1.3 Drei typische Phasendiagramme
(a) Kohlendioxid
Illustration 4.6
(b) Wasser
Illustration 4.7
(c) Helium
Illustration 4.8
Anwendung 6: 4.1 Technologie – Überkritische Fluide
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
4.2 Thermodynamische Betrachtung von Phasenübergängen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
4.2.1 Abhängigkeit der Stabilität von den Bedingungen
(a) Die Temperaturabhängigkeit der Stabilität von Phasen
Illustration 4.9
(b) Die Druckabhängigkeit des Schmelzpunkts
Beispiel 4.1: Der Einfluss des Drucks auf das chemische Potenzial
(c) Die Druckabhängigkeit des Dampfdrucks
Illustration 4.10
4.2.2 Die Lage der Phasengrenzlinien
(a) Die Steigungen der Phasengrenzlinien
Illustration 4.11
(b) Die Phasengrenzlinie fest/flüssig
Illustration 4.12
(c) Die Phasengrenzlinie flüssig/gasförmig
Beispiel 4.2: Der Einfluss des Drucks auf den Siedepunkt
Illustration 4.13
(d) Die Phasengrenzlinie fest/gasförmig
Illustration 4.14
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Übungsteil Fokus 4 – Physikalische Umwandlungen reiner Stoffe
Abschnitt 4.1 – Phasendiagramme reiner Stoffe
Abschnitt 4.2 – Thermodynamische Betrachtung von Phasenübergängen
Abschnittsübergreifende Aufgaben
FOKUS 5. Die Eigenschaften einfacher Mischungen
5.1 Die thermodynamische Beschreibung von Mischungen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
5.1.1 Partielle molare Größen
(a) Das partielle molare Volumen
Beispiel 5.1: Die Berechnung des partiellen molaren Volumens
(b) Partielle molare Freie Enthalpien
(c) Die allgemeinere Bedeutung des chemischen Potenzials
(d) Die Gibbs-Duhem-Gleichung
Illustration 5.1
Beispiel 5.2: Die Anwendung der Gibbs-Duhem-Gleichung
Toolkit 11: Konzentrationsangaben
5.1.2 Thermodynamik von Mischphasen
(a) Die Freie Mischungsenthalpie idealer Gase
Beispiel 5.3: Die Berechnung der Freien Mischungsenthalpie
(b) Andere thermodynamische Mischungsfunktionen
Illustration 5.2
5.1.3 Das chemische Potenzial flüssiger Phasen
(a) Ideale Mischungen
Illustration 5.3
(b) Ideal verdünnte Lösungen
Beispiel 5.4: Die Gültigkeit des Raoult- und des Henry-Gesetzes
Illustration 5.4
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
5.2 Die Eigenschaften von Lösungen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
5.2.1 Flüssige Mischungen
(a) Ideale Mischungen
Illustration 5.5
(b) Exzessfunktionen und reguläre Lösungen
Beispiel 5.5: Identifizierung des Parameters ξ für eine reguläre Lösung
5.2.2 Kolligative Eigenschaften
(a) Die Gemeinsamkeiten der kolligativen Eigenschaften
(b) Die Siedepunktserhöhung
Illustration 5.6
Toolkit 12: Reihenentwicklung
(c) Die Gefrierpunktserniedrigung
Illustration 5.7
(d) Löslichkeit
Illustration 5.8
(e) Osmose
Beispiel 5.6: Bestimmung der Molmasse eines Makromoleküls durch Osmometrie
Anwendung 7: Biologie – Die Bedeutung der Osmose in der Physiologie und Biochemie
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
5.3 Phasendiagramme flüssiger Zweikomponentensysteme. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
5.3.1 Dampfdruckdiagramme
Illustration 5.9
5.3.2 Siedediagramme
(a) Erstellung von Siedediagrammen
Beispiel 5.7: Erstellung eines Siedediagramms
(b) Die Interpretation der Diagramme
Illustration 5.10
5.3.3 Destillation
(a) Einfache und fraktionierte Destillation
Illustration 5.11
(b) Azeotrope
Illustration 5.12
(c) Nicht mischbare Flüssigkeiten
5.3.4 Flüssig/Flüssig-Phasendiagramme
(a) Entmischung
Beispiel 5.8: Die Interpretation eines flüssig/flüssig-Phasendiagramms
(b) Kritische Mischungstemperaturen
Illustration 5.13
(c) Die Destillation teilweise mischbarer Flüssigkeiten
Beispiel 5.9: Die Interpretation eines Phasendiagramms
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
5.4 Phasendiagramme fester Zweikomponentensysteme. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
5.4.1 Eutektische Mischungen
Illustration 5.14
5.4.2 Systeme mit chemischen Reaktionen
5.4.3 Inkongruentes Schmelzen
Anwendung 8: Materialwissenschaft – Flüssigkristalle
Schlüsselkonzepte
5.5 Phasendiagramme ternärer Systeme. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
5.5.1 Ternäre Phasendiagramme
Illustration 5.15
5.5.2 Ternäre Systeme
(a) Teilweise mischbare Flüssigkeiten
Illustration 5.16
(b) Ternäre Festkörper
Illustration 5.17
Schlüsselkonzepte
5.6 Aktivitäten. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
5.6.1 Die Aktivität des Lösungsmittels
Illustration 5.18
5.6.2 Die Aktivität des gelösten Stoffs
(a) Ideal verdünnte Lösungen
Illustration 5.19
(b) Reale Lösungen
Beispiel 5.10: Die Messung der Aktivität
(c) Die Aktivität als Funktion der Molalität
5.6.3 Aktivitäten in regulären Lösungen
Illustration 5.20
5.6.4 Aktivitäten von Ionen in Lösung
(a) Mittlere Aktivitätskoeffizienten
(b) Das Debye-Hückel-Grenzgesetz
Illustration 5.21
(c) Die erweiterte Debye-Hückel-Theorie
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Übungsteil Fokus 5 – Die Eigenschaften einfacher Mischungen
Abschnitt 5.1 – Die thermodynamische Beschreibung von Mischungen
Abschnitt 5.2 – Die Eigenschaften von Lösungen
Abschnitt 5.3 – Phasendiagramme flüssiger Zweikomponentensysteme
Abschnitt 5.4 – Phasendiagramme fester Zweikomponentensysteme
Abschnitt 5.5 – Phasendiagramme ternärer Zweikomponentensysteme
Abschnitt 5.6 – Aktivitäten
Abschnittsübergreifende Aufgaben
FOKUS 6. Das chemische Gleichgewicht
6.1 Die Gleichgewichtskonstante. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
6.1.1 Das Minimum der Freien Enthalpie
(a) Die Freie Reaktionsenthalpie
(b) Exergone und endergone Reaktionen
Illustration 6.1
6.1.2 Die Beschreibung des chemischen Gleichgewichts
(a) Gleichgewichte idealer Gase
Illustration 6.2
(b) Die Verallgemeinerung für beliebige Reaktionen
Illustration 6.3
Illustration 6.4
Beispiel 6.1: Die Berechnung einer Gleichgewichtskonstante
Beispiel 6.2: Die Berechnung eines Dissoziationsgrads im Gleichgewicht
(c) Die Beziehungen zwischen den verschiedenen Gleichgewichtskonstanten
Illustration 6.5
(d) Die Interpretation der Gleichgewichtskonstante auf molekularer Ebene
Illustration 6.6
Anwendung 9: Biochemie – Energieumwandlung in lebenden Zellen
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
6.2 Die Verschiebung des Gleichgewichts bei Änderung der Reaktionsbedingungen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
6.2.1 Der Einfluss des Drucks auf das Gleichgewicht
Illustration 6.7
6.2.2 Der Einfluss der Temperatur auf das Gleichgewicht
(a) Die Van‐'t‐Hoff‐Gleichung
Beispiel 6.3: Die Messung einer Standardreaktionsenthalpie
(b) Die Zahlenwerte von K bei verschiedenen Temperaturen
Illustration 6.8
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
6.3 Elektrochemische Zellen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
6.3.1 Halbreaktionen und Elektroden
Illustration 6.9
Illustration 6.10
6.3.2 Zelltypen
(a) Diffusionspotenziale
(b) Die symbolische Schreibweise für Zellen
Illustration 6.11
6.3.3 Die Zellspannung
Illustration 6.12
(a) Die Nernst‐Gleichung
Illustration 6.13
Illustration 6.14
(b) Zellen im Gleichgewicht
Illustration 6.15
6.3.4 Die Bestimmung thermodynamischer Funktionen
Illustration 6.16
Beispiel 6.4: Eine Anwendung der Temperaturabhängigkeit des Zellpotenzials
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
6.4 Standard‐Elektrodenpotenziale. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
6.4.1 Standardpotenziale
Illustration 6.17
(a) Der Messvorgang
Beispiel 6.5: Berechnung einer Standardzellspannung
(b) Kombination von Messwerten
Beispiel 6.6: Berechnung eines Standardpotenzials aus zwei anderen
6.4.2 Anwendungen der Standardpotenziale
(a) Die elektrochemische Spannungsreihe
Illustration 6.18
(b) Die Messung von Aktivitätskoeffizienten
Illustration 6.19
(c) Die Bestimmung von Gleichgewichtskonstanten
Illustration 6.20
Anwendung 10: Chemische Analytik – Teilchenselektive Elektroden
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Übungsteil Fokus 6 – Das chemische Gleichgewicht
Abschnitt 6.1 – Die Gleichgewichtskonstante
Abschnitt 6.2 – Die Verschiebung des Gleichgewichts bei Änderung der Reaktionsbedingungen
Abschnitt 6.3 – Elektrochemische Zellen
Abschnitt 6.4 – Standard‐Elektrodenpotenziale
Abschnittsübergreifende Aufgaben
FOKUS 7. Quantentheorie
7.1 Die Anfänge der Quantenmechanik. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
7.1.1 Die Quantisierung der Energie
(a) Die Strahlung schwarzer Körper
Toolkit 13: Elektromagnetische Strahlung
Illustration 7.1
(b) Wärmekapazitäten
(c) Atom‐ und Molekülspektren
Illustration 7.2
7.1.2 Der Welle‐Teilchen‐Dualismus
(a) Der Teilchencharakter elektromagnetischer Strahlung
Beispiel 7.1: Die Berechnung der Anzahl von Photonen
Beispiel 7.2: Der photoelektrische Effekt
(b) Der Wellencharakter von Teilchen
Beispiel 7.3: Die Berechnung der De‐Broglie‐Wellenlänge
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
7.2 Wellenfunktionen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
7.2.1 Die Schrödinger‐Gleichung
7.2.2 Die Born’sche Interpretation der Wellenfunktion
Toolkit 14: Komplexe Zahlen
Beispiel 7.4: Die Interpretation einer Wellenfunktion
(a) Die Normierung
Beispiel 7.5: Die Normierung einer Wellenfunktion
Beispiel 7.6: Die Berechnung einer Wahrscheinlichkeit
(b) Einschränkungen für die erlaubte Form von Wellenfunktionen
(c) Die Quantisierung
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
7.3 Operatoren und Observablen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
7.3.1 Operatoren
Illustration 7.3
(a) Eigenwertgleichungen
(b) Die Konstruktion von Operatoren
Beispiel 7.7: Die Berechnung des Eigenwerts einer Observablen
(c) Hermitesche Operatoren
Toolkit 15: Partielle Integration
(d) Orthogonalität
Beispiel 7.8: Die Überprüfung der Orthogonalität
7.3.2 Superpositionen und Erwartungswerte
Toolkit 16: Die Euler’sche Formel
Beispiel 7.9: Die Berechnung eines Erwartungswertes
7.3.3 Die Heisenberg’sche Unschärferelation
Beispiel 7.10: Die Auswirkungen der Unschärferelation
7.3.4 Die Postulate der Quantenmechanik
Anwendung 11: Technologie – Quantencomputer
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
7.4 Translation. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
7.4.1 Freie Bewegung in einer Dimension
Illustration 7.4
Toolkit 17: Vektoren
7.4.2 Bewegung in einer Dimension: Das Teilchen im Kasten
(a) Die erlaubten Lösungen der Wellenfunktion
(b) Die Eigenschaften der Wellenfunktionen
Illustration 7.5
(c) Die Eigenschaften der Energie
Illustration 7.6
Beispiel 7.11: Die Abschätzung einer Absorptionswellenlänge
7.4.3 Bewegung in zwei und mehr Dimensionen
(a) Energieniveaus und Wellenfunktionen
Illustration 7.7
(b) Entartung
Illustration 7.8
7.4.4 Der Tunneleffekt
Illustration 7.9
Anwendung 12: Nanowissenschaft – Quantenpunkte
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
7.5 Schwingung. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
7.5.1 Der harmonische Oszillator
Toolkit 18: Der klassische harmonische Oszillator
(a) Die Energieniveaus
Illustration 7.10
(b) Die Wellenfunktionen
Beispiel 7.12: Die Wellenfunktion ist eine Lösung der Schrödinger‐Gleichung
Beispiel 7.13: Die Normierung der Wellenfunktion eines harmonischen Oszillators
7.5.2 Eigenschaften des harmonischen Oszillators
(a) Mittelwerte
(b) Das Tunneln
Beispiel 7.14: Berechnung der Tunnelwahrscheinlichkeit des harmonischen Oszillators
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
7.6 Rotation. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
7.6.1 Rotation in zwei Dimensionen: Teilchen auf einer Kreisbahn
Toolkit 19: Zylinderkoordinaten
(a) Die Lösungen der Schrödinger‐Gleichung
Toolkit 20: Der Drehimpuls
(b) Die Rotationsquantelung
Beispiel 7.15: Anwendung des Modells eines Teilchens auf einer Kreisbahn
7.6.2 Rotation in drei Dimensionen: Teilchen auf einer Kugelschale
(a) Wellenfunktionen und Energieniveaus
Toolkit 21: Kugelkoordinaten
Beispiel 7.16: Anwendung der Energieniveaus von Rotationszuständen
(b) Der Drehimpuls
Illustration 7.11
(c) Die Richtungsquantelung und das Vektormodell
Illustration 7.12
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Übungsteil Fokus 7 – Quantentheorie
Abschnitt 7.1 – Die Anfänge der Quantenmechanik
Abschnitt 7.2 – Wellenfunktionen
Abschnitt 7.3 – Operatoren und Observablen
Abschnitt 7.4 – Translation
Abschnitt 7.5 – Schwingung
Abschnitt 7.6 – Rotation
Abschnittsübergreifende Aufgaben
FOKUS 8. Atomstruktur und Atomspektren
8.1 Wasserstoffähnliche Atome. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
8.1.1 Die Struktur wasserstoffähnlicher Atome
(a) Separation der Variablen
(b) Die radialen Lösungen
Illustration 8.1
8.1.2 Atomorbitale und ihre Energien
(a) Die Charakterisierung von Orbitalen
(b) Die Energieniveaus
Illustration 8.2
(c) Ionisierungsenergien
Beispiel 8.1: Die spektroskopische Bestimmung einer Ionisierungsenergie
(d) Schalen und Unterschalen
Illustration 8.3
(e) s-Orbitale
Beispiel 8.2: Der mittlere Radius eines Orbitals
Illustration 8.4
(f) Die radiale Verteilungsfunktion
Beispiel 8.3: Die Berechnung des wahrscheinlichsten Abstands
(g) p-Orbitale
(h) d-Orbitale
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
8.2 Mehrelektronenatome. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
8.2.1 Die Orbitalnäherung
Illustration 8.5
8.2.2 Das Pauli-Ausschlussprinzip
(a) Spin
Illustration 8.6
(b) Das Pauli-Prinzip
8.2.3 Das Aufbauprinzip
(a) Durchdringung und Abschirmung
Illustration 8.7
(b) Die Hund’schen Regeln
Illustration 8.8
Illustration 8.9
(c) Atom- und Ionenradien
Illustration 8.10
(d) Ionisierungsenergien und Elektronenaffinitäten
8.2.4 Selbstkonsistente Orbitale
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
8.3 Atomspektren. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
8.3.1 Die Spektren wasserstoffähnlicher Atome
Illustration 8.11
8.3.2 Die Spektren von Mehrelektronenatomen
(a) Singulett- und Triplettzustände
(b) Spin-Bahn-Kopplung
Illustration 8.12
Illustration 8.13
Toolkit 22: Rechnen mit Vektoren
Beispiel 8.4: Die Bestimmung der Spin-Bahn-Kopplungskonstante aus einem Atomspektrum
(c) Termsymbole
Beispiel 8.5: Die Bestimmung des Gesamtbahndrehimpulses einer Konfiguration
Beispiel 8.6: Das Aufstellen von Termsymbolen
(d) Die Hund’schen Regeln
(e) Auswahlregeln
Anwendung 13: Astrophysik – Spektroskopie von Sternen
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Übungsteil Fokus 8 – Atomstruktur und Atomspektren
Abschnitt 8.1 – Wasserstoffähnliche Atome
Abschnitt 8.2 – Mehrelektronenatome
Abschnitt 8.3 – Atomspektren
Abschnittsübergreifende Aufgaben
FOKUS 9. Molekülstruktur
9.1 Valence‐Bond (VB)‐Theorie. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
9.1.1 Homoatomare zweiatomige Moleküle
Illustration 9.1
9.1.2 Resonanz
Illustration 9.2
9.1.3 Mehratomige Moleküle
Illustration 9.3
(a) Promotion
Illustration 9.4
(b) Hybridisierung
Illustration 9.5
Illustration 9.6
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
9.2 Molekülorbital (MO)‐Theorie: Das Wasserstoffmolekül‐Ion. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
9.2.1 Linearkombination von Atomorbitalen (LCAO)
(a) Linearkombination von Atomorbitalen
Beispiel 9.1: Die Normierung eines Molekülorbitals
Illustration 9.7
(b) Bindende Orbitale
Illustration 9.8
(c) Antibindende Orbitale
Illustration 9.9
9.2.2 Bezeichnungen von Molekülorbitalen
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
9.3 Molekülorbital (MO)‐Theorie: homoatomare zweiatomige Moleküle. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
9.3.1 Elektronenkonfigurationen
(a) σ‐Orbitale und π‐Orbitale
(b) Das Überlappungsintegral
(c) Homoatomare zweiatomige Moleküle der zweiten Periode
Illustration 9.10
Illustration 9.11
9.3.2 Photoelektronenspektroskopie
Illustration 9.12
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
9.4 Molekülorbital (MO)‐Theorie: heteroatomare zweiatomige Moleküle. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
9.4.1 Polare Bindungen und Elektronegativität
Illustration 9.13
9.4.2 Das Variationsprinzip
(a) Anwendung des Variationsprinzips
Toolkit 23: Determinanten
Illustration 9.14
(b) Eigenschaften der Lösungen
Illustration 9.15
Anwendung 14: Biochemie – Die biochemische Reaktivität von O2, N2 und NO
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
9.5 Molekülorbital (MO)‐Theorie: mehratomige Moleküle. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
9.5.1 Die Hückel‐Näherung
(a) Eine Einführung in die Hückel‐Methode
Illustration 9.16
(b) Die Matrixformulierung der Hückel‐Methode
Toolkit 24: Matrizen
Beispiel 9.2: Die Bestimmung von Molekülorbitalen durch Matrixdiagonalisierung
Toolkit 25: Eigenwertgleichungen
9.5.2 Anwendungen der MO‐Theorie
(a) Die Bindungsenergie von π‐Elektronen
Beispiel 9.3: Die Berechnung der Delokalisierungsenergie
(b) Die Stabilität aromatischer Verbindungen
Illustration 9.17
9.5.3 Quantenchemie mit Computern
(a) Semiempirische und ab‐initio‐Verfahren
Illustration 9.18
(b) Dichtefunktionaltheorie (DFT)
(c) Grafische Darstellungen
Anwendung 15: Biochemie – Computergestützte Untersuchungen von Biomolekülen
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Übungsteil Fokus 9 – Molekülstruktur
Abschnitt 9.1 – Valence Bond (VB)‐Theorie
Abschnitt 9.2 – Molekülorbital (MO)‐Theorie: Das Wasserstoff‐Molekülion
Abschnitt 9.3 – Molekülorbital (MO)‐Theorie: homoatomare zweiatomige Moleküle
Abschnitt 9.4 – Molekülorbital (MO)‐Theorie: heteroatomare zweiatomige Moleküle
Abschnitt 9.5 – Molekülorbital (MO)‐Theorie: mehratomige Moleküle
Abschnittsübergreifende Aufgaben
FOKUS 10. Molekülsymmetrie
10.1 Die Symmetrieelemente von Molekülen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
10.1.1 Symmetrieoperationen und Symmetrieelemente
Illustration 10.1
10.1.2 Klassifikation von Molekülen in Gruppen nach ihrer Symmetrie
Illustration 10.2
(a) Die Gruppen C1, Ci und Cs
Illustration 10.3
(b) Die Gruppen Cn, Cnv und Cnh
Illustration 10.4
(c) Die Gruppen Dn, Dnh und Dnd
Illustration 10.5
(d) Die Gruppen Sn
(e) Die kubischen Gruppen
Illustration 10.6
(f) Die dreidimensionale Rotationsgruppe R3
10.1.3 Konsequenzen der Molekülsymmetrie
(a) Polarität
Illustration 10.7
(b) Chiralität
Illustration 10.8
Schlüsselkonzepte
Symmetrieoperationen und -elemente
10.2 Gruppentheorie. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
10.2.1 Grundlagen der Gruppentheorie
Beispiel 10.1. Die Symmetrieoperationen eines Moleküls bilden eine Gruppe
Illustration 10.9
10.2.2 Matrixdarstellungen
(a) Darstellungen der Operationen
(b) Die Matrixdarstellung einer Gruppe
Illustration 10.10
(c) Irreduzible Darstellungen
(d) Charaktere
Illustration 10.11
10.2.3 Charaktertafeln und Symmetriebezeichnungen
Illustration 10.12
(a) Symmetriebezeichnungen von Atomorbitalen
Illustration 10.13
(b) Symmetriebezeichnungen von Linearkombinationen von Orbitalen
Beispiel 10.2: Die Symmetrierasse von Orbitalen
(c) Charaktertafeln und Orbitalentartung
Illustration 10.14
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
10.3 Anwendungen der Molekülsymmetrie. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
10.3.1 Verschwindende Integrale
Illustration 10.15
(a) Integrale des Produktes von Funktionen
Illustration 10.16
Beispiel 10.3: Wann ist ein Integral null?
(b) Zerlegung eines direkten Produkts
Illustration 10.17
10.3.2 Anwendungen der Molekülsymmetrie
(a) Die Überlappung von Orbitalen
Beispiel 10.4 Welche Orbitale können zur Bindung beitragen?
(b) Symmetrieadaptierte Linearkombinationen
Illustration 10.19
10.3.3 Auswahlregeln
Beispiel 10.5: Die Herleitung einer Auswahlregel
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Übungsteil Fokus 10 – Molekülsymmetrie
Abschnitt 10.1 – Die Symmetrieelemente von Molekülen
Abschnitt 10.2 – Gruppentheorie
Abschnitt 10.3 – Anwendungen der Molekülsymmetrie
FOKUS 11. Molekulare Spektroskopie
11.1 Allgemeine Merkmale spektroskopischer Methoden. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
11.1.1 Absorption und Emission elektromagnetischer Strahlung
(a) Stimulierte und spontane Strahlungsprozesse
Illustration 11.1
(b) Auswahlregeln und Übergangsmomente
(b) Das Lambert-Beer'sche-Gesetz
Beispiel 11.1: Die Bestimmung eines molaren Absorptionskoeffizienten
11.1.2 Die Breite von Spektrallinien
(a) Die Doppler-Verbreiterung
Toolkit 26: Exponential- und Gaußfunktionen
Illustration 11.2
(b) Die Lebensdauerverbreiterung
Illustration 11.3
Illustration 11.4
11.1.3 Experimentelle Techniken
(a) Strahlungsquellen
(b) Analyse von Spektren
Beispiel 11.2: Die Verbindung von Spektrum und Interferogramm
(c) Detektoren
(d) Beispiele von Spektrometern
Anwendung 16: Astrophysik – Rotations- und Schwingungsspektroskopie des interstellaren Raums
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
11.2 Rotationsspektren. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
11.2.1 Die Energieniveaus der Rotation
Beispiel 11.3: Das Trägheitsmoment eines Moleküls
(a) Sphärische Kreisel
Illustration 11.5
(b) Symmetrische Kreisel
Beispiel 11.4: Die Rotationsniveaus eines symmetrischen Kreisels
(c) Lineare Kreisel
Illustration 11.6
(d) Die Zentrifugaldehnung
Illustration 11.7
11.2.2 Mikrowellenspektroskopie
(a) Auswahlregeln für Rotationsübergänge
Illustration 11.8
(b) Das Aussehen von Rotationsspektren
Beispiel 11.5: Das Aussehen eines Rotationsspektrums
11.2.3 Raman-Rotationsspektroskopie
Beispiel 11.6: Die Vorhersage eines Raman-Spektrums
11.2.4 Kernstatistik und Rotationszustände
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
11.3 Schwingungsspektren zweiatomiger Moleküle. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
11.3.1 Molekülschwingungen
Illustration 11.9
11.3.2 Infrarotspektroskopie
11.3.3 Anharmonizität
(a) Die Konvergenz der Energieniveaus
Beispiel 11.7: Die Berechnung einer Anharmonizitätskonstante
(b) Die Birge-Sponer-Extrapolation
Beispiel 11.8: Die Birge-Sponer-Extrapolation
11.3.4 Rotationsschwingungsspektren
(a) Die Zweigstruktur des Spektrums
Illustration 11.10
(b) Kombinationsdifferenzen
Illustration 11.11
11.3.5 Raman-Schwingungsspektren zweiatomiger Moleküle
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
11.4 Schwingungsspektren mehratomiger Moleküle. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
11.4.1 Normalschwingungen
Illustration 11.12
11.4.2 Infrarot-Absorptionsspektren mehratomiger Moleküle
Beispiel 11.9: Die Anwendung der allgemeinen Auswahlregel für die Infrarotspektroskopie
11.4.3 Raman-Schwingungsspektren mehratomiger Moleküle
Illustration 11.13
Anwendung 17: Umweltwissenschaft – Der Klimawandel‡
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
11.5 Symmetrieanalyse von Schwingungsspektren. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
11.5.1 Die Symmetrie von Normalschwingungen
Beispiel 11.10: Die Symmetrierassen der Normalschwingungen von H2O
Beispiel 11.11: Die Symmetrierassen der Normalschwingungen von BF3
11.5.2 Die Symmetrie von Schwingungswellenfunktionen
(a) Die Infrarotaktivität von Normalschwingungen
Illustration 11.14
(b) Die Raman-Aktivität von Normalschwingungen
Illustration 11.15
(c) Die Symmetriebasis der Ausschlussregel
Schlüsselkonzepte
11.6 Elektronenspektren. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
11.6.1 Elektronenspektren zweiatomiger Moleküle
(a) Termsymbole
Illustration 11.16
Illustration 11.17
Illustration 11.18
Illustration 11.19
(b) Auswahlregeln
Illustration 11.20
(c) Die Schwingungsstruktur
Beispiel 11.12: Die Berechnung eines Franck-Condon-Faktors
(d) Die Rotationsfeinstruktur
Beispiel 11.13: Die Bestimmung von Rotationskonstanten aus Elektronenspektren
Illustration 11.21
11.6.2 Elektronenspektren mehratomiger Moleküle
(a) Übergangsmetalle
Illustration 11.22
(b) n-Übergänge
Illustration 11.23
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
11.7 Die Desaktivierung angeregter Zustände. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
11.7.1 Fluoreszenz und Phosphoreszenz
Illustration 11.24
11.7.2 Dissoziation und Prädissoziation
Illustration 11.25
11.7.3 Laser
Illustration 11.26
Schlüsselkonzepte
Übungsteil Fokus 11 – Molekulare Spektroskopie
Abschnitt 11.1 – Allgemeine Merkmale spektroskopischer Methoden
Abschnitt 11.2 – Rotationsspektren
Abschnitt 11.3 – Schwingungsspektren zweiatomiger Moleküle
Abschnitt 11.4 – Schwingungsspektren mehratomiger Moleküle
Abschnitt 11.5 – Symmetrieanalyse von Schwingungsspektren
Abschnitt 11.6 – Elektronenspektren
Abschnitt 11.7 – Die Desaktivierung angeregter Zustände
Abschnittsübergreifende Aufgaben
FOKUS 12. Magnetische Resonanz
12.1 Grundlagen der magnetischen Resonanz. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
12.1.1 Kernspinresonanz (NMR)
(a) Die Energien von Kernen in Magnetfeldern
Illustration 12.1
(b) Das NMR-Spektrometer
Illustration 12.2
12.1.2 Elektronenspinresonanz (ESR)
(a) Die Energien von Elektronen in Magnetfeldern
Illustration 12.3
(b) Das ESR-Spektrometer
Illustration 12.4
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
12.2 Eigenschaften von NMR-Spektren. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
12.2.1 Die chemische Verschiebung
Illustration 12.5
Beispiel 12.1: Die Interpretation eines 1H-NMRSpektrums
12.2.2 Die Entstehung der Abschirmung
(a) Der lokale Beitrag
Beispiel 12.2: Die Anwendung der Lamb-Formel
(b) Der molekulare Beitrag
Toolkit 27: Magnetfelder von Dipolen
(c) Der Solvensbeitrag
12.2.3 Die Feinstruktur des Spektrums
(a) Energieniveaus und Kopplungsmuster
Beispiel 12.3: Die Feinstruktur eines Spektrums
(b) Der Beitrag der Kopplungskonstante
Illustration 12.6
(c) Der Mechanismus der Spin-Spin-Kopplung
Illustration 12.7
(d) Äquivalente Kerne
Illustration 12.8
(e) Stark gekoppelte Kerne
12.2.4 Konformationsumwandlungen und Austauschprozesse
Illustration 12.9
12.2.5 NMR in Festkörpern
Illustration 12.10
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
12.3 Pulstechniken in der NMR. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
12.3.1 Der Vektor der Magnetisierung
(a) Die Wirkung eines Radiofrequenzfelds
Illustration 12.11
(b) Zeit- und Frequenzbereich
Toolkit 28: Fourier-Transformation
12.3.2 Spinrelaxation
(a) Der Mechanismus der Relaxation
Illustration 12.12
(b) Die Messung der Relaxationszeiten T1 und T2
12.3.3 Die Entkopplung von Spins
12.3.4 Der Kern-Overhauser-Effekt
Illustration 12.13
Anwendung 18: Medizin – Magnetresonanztomografie
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
12.4 Elektronenspinresonanz (ESR) Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
12.4.1 Der g-Faktor
Illustration 12.14
12.4.2 Die Hyperfeinstruktur
(a) Der Einfluss des Kernspins
Beispiel 12.4: Die Hyperfeinstruktur eines ESR-Spektrums
(b) Die McConnell-Gleichung
Illustration 12.15
(c) Der Ursprung der Hyperfeinwechselwirkung
Illustration 12.16
Anwendung 19: Biochemie und Nanowissenschaft – Spinsonden
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Übungsteil Fokus 12 – Magnetische Resonanz
Abschnitt 12.1 – Grundlagen der magnetischen Resonanz
Abschnitt 12.2 – Eigenschaften von NMR-Spektren
Abschnitt 12.3 – Pulstechniken in der NMR
Abschnitt 12.4 – Elektronenspinresonanz (ESR)
Abschnittsübergreifende Aufgaben
FOKUS 13. Statistische Thermodynamik
13.1 Die Boltzmann-Verteilung. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
13.1.1 Konfigurationen und Gewichte
(a) Momentane Konfigurationen
Illustration 13.1
(b) Die wahrscheinlichste Verteilung
(c) Die Werte der Konstanten
Illustration 13.2
13.1.2 Die relative Besetzungszahl von Zuständen
Beispiel 13.1: Die Berechnung der relativen Besetzungszahl von Rotationszuständen
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
13.2 Die molekulare Zustandssumme. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
13.2.1 Die Interpretation der Zustandssumme
Illustration 13.3
13.2.2 Beiträge zur molekularen Zustandssumme
(a) Der Beitrag der Translation
Illustration 13.4
(b) Der Rotationsbeitrag
Beispiel 13.2: Die explizite Berechnung der Rotationszustandssumme
Illustration 13.5
Illustration 13.6
(c) Der Beitrag der Schwingung
Illustration 13.7
Beispiel 13.3: Die Berechnung einer Schwingungszustandssumme
(d) Der elektronische Beitrag
Illustration 13.8
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
13.3 Die Energie von Molekülen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
13.3.1 Grundlegende Beziehungen
Illustration 13.9
13.3.2 Mittlere Energien
(a) Die mittlere Translationsenergie
(b) Die mittlere Rotationsenergie
Illustration 13.10
(c) Die mittlere Schwingungsenergie
Illustration 13.11
(d) Der elektronische Beitrag
Beispiel 13.4: Die Berechnung des elektronischen Beitrags zur mittleren Energie
(e) Der Beitrag des Spins
Illustration 13.12
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
13.4 Das kanonische Ensemble. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
13.4.1 Das Konzept des Ensembles
(a) Die dominierende Konfiguration
(b) Verteilung der Energie eines Systems
Illustration 13.13
13.4.2 Die wahrscheinlichste Energie des Systems
13.4.3 Unabhängige Moleküle
Illustration 13.14
13.4.4 Die Abhängigkeit der Energie vom Volumen
Illustration 13.15
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
13.5 Innere Energie und Entropie. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
13.5.1 Die Innere Energie
(a) Berechnung der Inneren Energie
Illustration 13.16
(b) Wärmekapazität
Illustration 13.17
13.5.2 Die Entropie
(a) Die Entropie und die Zustandssumme
Illustration 13.18
(b) Der Beitrag der Translation
Illustration 13.19
(c) Der Beitrag der Rotation
Illustration 13.20
(d) Der Beitrag der Schwingung
Illustration 13.21
(e) Nullpunktsentropien
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
13.6 Abgeleitete Funktionen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
13.6.1 Die Ableitungen
Beispiel 13.5: Die Herleitung einer Zustandsgleichung
Beispiel 13.6: Die Berechnung einer Freien Standardbildungsenthalpie aus der Zustandssumme
13.6.2 Gleichgewichtskonstanten
(a) Die Beziehung zwischen K und der Zustandssumme
(b) Ein Dissoziationsgleichgewicht
Beispiel 13.7: Die Berechnung einer Gleichgewichtskonstante
(c) Beiträge zur Gleichgewichtskonstante
Anwendung 20: Biochemie – Der Helix-Knäuel-Übergang in Polypeptiden
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Übungsteil Fokus 13 – Statistische Thermodynamik
Abschnitt 13.1 – Die Boltzmann-Verteilung
Abschnitt 13.2 – Die molekulare Zustandssumme
Abschnitt 13.3 – Die Energie von Molekülen
Abschnitt 13.4 – Das kanonische Ensemble
Abschnitt 13.5 – Innere Energie und Entropie
Abschnitt 13.6 – Abgeleitete Funktionen
Abschnittsübergreifende Aufgaben
FOKUS 14. Wechselwirkungen zwischen Molekülen
14.1 Elektrische Eigenschaften von Molekülen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
14.1.1 Elektrische Dipolmomente
Illustration 14.1
Illustration 14.2
Beispiel 14.1: Die Berechnung eines Dipolmoments
14.1.2 Die Polarisierbarkeit
Illustration 14.3
14.1.3 Polarisation
(a) Die Frequenzabhängigkeit von Polarisierbarkeiten
(b) Molare Polarisation
Beispiel 14.2: Bestimmung von Dipolmoment und Polarisierbarkeit
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
14.2 Wechselwirkungen zwischen Molekülen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
14.2.1 Wechselwirkungen zwischen Dipolen
(a) Wechselwirkungen zwischen einem Dipol und einer Punktladung
Illustration 14.4
(b) Wechselwirkungen zwischen Dipolen
Illustration 14.5
Illustration 14.6
(c) Wechselwirkungen zwischen einem Dipol und induzierten Dipolen
Illustration 14.7
(d) Wechselwirkungen zwischen induzierten Dipolen
Illustration 14.8
14.2.2 Wasserstoffbrückenbindungen
Illustration 14.9
14.2.3 Die Gesamtwechselwirkung
Beispiel 14.3: Die Berechnung der intermolekularen Wechselwirkung aus dem Lennard-Jones-Potenzial
Anwendung 21: Biologie – Die Strukturen biologischer Makromoleküle
Anwendung 22: Medizin – Molekulare Erkennung und Wirkstoffdesign
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
14.3 Flüssigkeiten. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
14.3.1 Molekulare Wechselwirkungen in Flüssigkeiten
(a) Die radiale Verteilungsfunktion
(b) Die Berechnung von g(r)
(c) Die thermodynamischen Eigenschaften von Flüssigkeiten
14.3.2 Die Grenzfläche Flüssigkeit-Gas
(a) Die Oberflächenspannung
Beispiel 14.4: Eine Anwendung der Oberflächenspannung
(b) Gekrümmte Oberflächen
Illustration 14.10
(c) Die Kapillarwirkung
Illustration 14.11
14.3.3 Oberflächenschichten
(a) Der Oberflächendruck
(b) Die Thermodynamik von Oberflächenschichten
Beispiel 14.5: Die Berechnung des Oberflächenüberschusses und der Oberflächenkonzentration von Tensidmolekülen
14.3.4 Kondensation
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
14.4 Makromoleküle. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
14.4.1 Mittlere Molmassen
Beispiel 14.6: Die Berechnung von zahlenund massengewichteten mittleren Molmassen
14.4.2 Die Hierarchie der Strukturen
14.4.3 Statistische Knäuel
(a) Die Ausdehnung von statistischen Knäueln
Illustration 14.12
Illustration 14.13
Illustration 14.14
(b) Ketten mit starren Bindungswinkeln
(c) Partiell starre Knäuel
Beispiel 14.7: Die Berechnung des quadratisch gemittelten Abstands zwischen den Kettenenden eines partiell starren statistischen Knäuels
14.4.4 Die mechanischen Eigenschaften von Polymeren
(a) Die Konformationsentropie
Illustration 14.15
(b) Elastomere
Illustration 14.16
14.4.5 Die thermischen Eigenschaften von Polymeren
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
14.5 Aggregation und Selbstorganisation. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
14.5.1 Kolloide
(a) Klassifikation und Herstellung von Kolloiden
(b) Struktur und Stabilität von Kolloiden
(c) Die elektrische Doppelschicht
Beispiel 14.8: Die Berechnung des isoelektrischen Punkts eines Proteins
14.5.2 Mizellen und biologische Membranen
(a) Die hydrophobe Wechselwirkung
(b) Die Bildung von Mizellen
Illustration 14.17
(c) Doppelschichten, Vesikel und Membranen
Illustration 14.18
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Übungsteil Fokus 14 – Wechselwirkungen zwischen Molekülen
Abschnitt 14.1 – Elektrische Eigenschaften von Molekülen
Abschnitt 14.2 – Wechselwirkungen zwischen Molekülen
Abschnitt 14.3 – Flüssigkeiten
Abschnitt 14.4 – Makromoleküle
Abschnitt 14.5 – Aggregation und Selbstorganisation
Abschnittsübergreifende Aufgaben
FOKUS 15. Festkörper
15.1 Kristallstrukturen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
15.1.1 Gitter und Elementarzellen
Illustration 15.1
15.1.2 Die Identifikation von Gitterebenen
(a) Die Miller'schen Indizes
(b) Der Abstand benachbarter Gitterebenen
Beispiel 15.1: Die Anwendung der Miller'schen Indizes
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
15.2 Beugungstechniken zur Strukturanalyse. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
15.2.1 Röntgenkristallografie
(a) Röntgenbeugung
(b) Das Bragg'sche Gesetz
Illustration 15.2
(c) Streufaktoren
(d) Die Elektronendichte
Beispiel 15.2: Die Berechnung des Strukturfaktors
Beispiel 15.3: Die Berechnung der Elektronendichte durch Fourier-Synthese
(e) Strukturuntersuchungen
Illustration 15.3
15.2.2 Neutronen- und Elektronenbeugung
Beispiel 15.4: Die Wellenlänge thermischer Neutronen
Anwendung 23: Biochemie – Röntgenkristollografie biologischer Makromoleküle
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
15.3 Bindungen in Festkörpern. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
15.3.1 Metallische Festkörper
(a) Dichte Kugelpackungen
Beispiel 15.5: Die Berechnung der Raumerfüllung
(b) Die elektronische Struktur von Metallen
Illustration 15.4
15.3.2 Ionische Festkörper
(a) Struktur
Illustration 15.5
(b) Energie
Illustration 15.6
Beispiel 15.6: Die Anwendung des Born-Haber-Kreisprozesses
15.3.3 Molekulare und kovalente Festkörper
Illustration 15.7
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
15.4 Mechanische Eigenschaften von Festkörpern. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
Illustration 15.8
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
15.5 Elektrische Eigenschaften von Festkörpern. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
15.5.1 Metallische Leiter
15.5.2 Isolatoren und Halbleiter
15.5.3 Supraleiter
Anwendung 24: Nanowissenschaft – Nanodrähte
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
15.6 Magnetische Eigenschaften von Festkörpern. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
15.6.1 Magnetische Suszeptibilität
15.6.2 Permanente und induzierte magnetische Momente
Illustration 15.9
15.6.3 Magnetische Eigenschaften von Supraleitern
Illustration 15.10
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
15.7 Optische Eigenschaften von Festkörpern. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
15.7.1 Lichtabsorption durch Excitonen
15.7.2 Lichtabsorption durch Metalle und Supraleiter
(a) Lichtabsorption
Illustration 15.11
(b) Lichtemittierende Dioden (LEDs) und Diodenlaser
15.7.3 Nichtlineare optische Effekte
Schlüsselkonzepte
Übungsteil Fokus 15 – Festkörper
Abschnitt 15.1 – Kristallografie
Abschnitt 15.2 – Beugungstechniken zur Strukturanalyse
Abschnitt 15.3 – Bindungen in Festkörpern
Abschnitt 15.4 – Mechanische Eigenschaften von Festkörpern
Abschnitt 15.5 – Elektrische Eigenschaften von Festkörpern
Abschnitt 15.6 – Magnetische Eigenschaften von Festkörpern
Abschnitt 15.7 – Optische Eigenschaften von Festkörpern
Abschnittsübergreifende Aufgaben
FOKUS 16. Die Bewegung von Molekülen
16.1 Transporteigenschaften idealer Gase. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
16.1.1 Die phänomenologischen Gleichungen
Illustration 16.1
16.1.2 Die Transportkoeffizienten
Illustration 16.2
(a) Der Diffusionskoeffizient
Illustration 16.3
(b) Die Wärmeleitfähigkeit
Illustration 16.4
(c) Die Viskosität
Illustration 16.5
(d) Effusion
Beispiel 16.1: Die Berechnung des Dampfdrucks aus dem Massenverlust
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
16.2 Die Bewegung von Molekülen in Flüssigkeiten. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
16.2.1 Experimentelle Ergebnisse
(a) Viskosität von Flüssigkeiten
Illustration 16.6
(b) Die Leitfähigkeit von Elektrolytlösungen
Beispiel 16.2: Die Berechnung der molaren Grenzleitfähigkeit
16.2.2 Ionenbeweglichkeiten
(a) Die Driftgeschwindigkeit
Toolkit 29: Elektrostatik
Illustration 16.7
(b) Beweglichkeit und Leitfähigkeit
Illustration 16.8
(c) Die Einstein‐Relationen
Illustration 16.9
Anwendung 25: Biochemie – Ionenkanäle
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
16.3 Diffusion. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
16.3.1 Diffusion aus thermodynamischer Sicht
Beispiel 16.3: Die Berechnung einer thermodynamischen Kraft
Illustration 16.10
16.3.2 Die Diffusionsgleichung
(a) Einfache Diffusion
Illustration 16.11
(b) Diffusion und Konvektion
Illustration 16.12
(c) Die Lösungen der Diffusionsgleichung
16.3.3 Diffusion aus statistischer Sicht
Illustration 16.13
Schlüsselgleichungen
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Übungsteil Fokus 16 – Die Bewegung von Molekülen
FOKUS 17. Chemische Kinetik
17.1 Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
17.1.1 Die Beobachtung des Reaktionsverlaufs
(a) Allgemeine Betrachtungen
Beispiel 17.1: Der Druckverlauf während einer Reaktion
(b) Spezielle Techniken
17.1.2 Die Reaktionsgeschwindigkeit
(a) Die Definition der Geschwindigkeit
Illustration 17.1
(b) Geschwindigkeitsgesetze und Geschwindigkeitskonstanten
Illustration 17.2
(c) Die Reaktionsordnung
Illustration 17.3
(d) Die Bestimmung des Geschwindigkeitsgesetzes
Beispiel 17.2: Die Methode der Anfangsgeschwindigkeiten
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
17.2 Integrierte Geschwindigkeitsgesetze. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
17.2.1 Reaktionen nullter Ordnung
17.2.2 Reaktionen erster Ordnung
Beispiel 17.3: Die kinetische Analyse einer Reaktion erster Ordnung
17.2.3 Reaktionen zweiter Ordnung
Toolkit 30: Integration mithilfe der Partialbruchzerlegung
Illustration 17.4
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
17.3 Reaktionen in der Nähe des Gleichgewichts. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
17.3.1 Reaktionen erster Ordnung in der Nähe des Gleichgewichts
Illustration 17.5
17.3.2 Relaxationsmethoden
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
17.4 Die Arrhenius-Gleichung. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
17.4.1 Die Temperaturabhängigkeit von Reaktionsgeschwindigkeiten
Beispiel 17.4: Die Bestimmung der Arrhenius-Parameter einer Reaktion
Illustration 17.6
17.4.2 Die Interpretation der Arrhenius-Parameter
(a) Grundsätzliches zur benötigten Energie für chemische Reaktionen
Illustration 17.7
(b) Der Einfluss eines Katalysators auf die Aktivierungsenergie
Illustration 17.8
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
17.5 Geschwindigkeitsgesetze. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
17.5.1 Elementarreaktionen
Illustration 17.9
17.5.2 Folgereaktionen
Beispiel 17.5: Die Analyse von Folgereaktionen
17.5.3 Quasistationarität
Beispiel 17.6: Anwendung des Quasistationaritätsprinzips
17.5.4 Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt
Illustration 17.10
17.5.5 Vorgelagerte Gleichgewichte
Beispiel 17.7: Die Analyse eines vorgelagerten Gleichgewichts
17.5.6 Kinetisch und thermodynamisch kontrollierte Reaktionen
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
17.6 Reaktionsmechanismen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
17.6.1 Unimolekulare Reaktionen
Beispiel 17.8: Datenanalyse mithilfe des Lindemann-Hinshelwood-Mechanismus
17.6.2 Die Kinetik von Polymerisationen
(a) Schrittweise Polymerisation
Illustration 17.11
(b) Kettenpolymerisation
17.6.3 Enzymatisch katalysierte Reaktionen
Beispiel 17.9: Datenanalyse mithilfe eines Lineweaver-Burk-Diagramms
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
17.7 Photochemie. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
17.7.1 Photochemische Prozesse
Illustration 17.12
17.7.2 Die Quantenausbeute des Primärprozesses
Beispiel 17.10: Die Berechnung der Quantenausbeute des Primärprozesses
17.7.3 Die Desaktivierung angeregter Singulettzustände
Illustration 17.13
17.7.4 Die Löschung angeregter Zustände
Beispiel 17.11: Die Bestimmung einer Löschkonstante
17.7.5 Resonanzenergieübertragung
Illustration 17.14
Anwendung 26: Biochemie – Lichtsammelkomplexe in der Photosynthese grüner Pflanzen
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Übungsteil Fokus 17 – Chemische Kinetik
Abschnitt 17.1 – Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen. Diskussionsfragen
Abschnitt 17.2 – Integrierte Geschwindigkeitsgesetze
Abschnitt 17.3 – Reaktionen in der Nähe des Gleichgewichts
Abschnitt 17.4 – Die Arrhenius-Gleichung
Abschnitt 17.5 – Geschwindigkeitsgesetze
Abschnitt 17.6 – Reaktionsmechanismen
Abschnitt 17.7 – Photochemie
Abschnittsübergreifende Aufgaben
FOKUS 18. Reaktionsdynamik
18.1 Die Stoßtheorie. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
18.1.1 Reaktive Stöße
(a) Stoßzahlen in Gasen
Illustration 18.1
(b) Die Mindestenergie
Illustration 18.2
(c) Die sterische Bedingung
Illustration 18.3
Beispiel 18.1: Die Abschätzung eines sterischen Faktors
18.1.2 Das RRK‐Modell
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
18.2 Diffusionskontrollierte Reaktionen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
18.2.1 Reaktionen in Lösung
(a) Zwei Klassen von Reaktionen
(b) Diffusion und Reaktion
Illustration 18.4
Illustration 18.5
18.2.2 Die Stoffbilanzgleichung
(a) Formulierung der Gleichung
(b) Lösungen der Gleichung
Illustration 18.6
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
18.3 Die Theorie des Übergangszustands. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
18.3.1 Die Eyring‐Gleichung
(a) Formulierung der Gleichung
(b) Die Zerfallsgeschwindigkeit des aktivierten Komplexes
Illustration 18.7
(c) Die Konzentration des aktivierten Komplexes
Illustration 18.8
(d) Die Geschwindigkeitskonstante
Beispiel 18.2. Stöße strukturloser Teilchen
18.3.2 Thermodynamische Aspekte
(a) Aktivierungsparameter
Illustration 18.9
(b) Reaktionen zwischen Ionen
Beispiel 18.3: Der kinetische Salzeffekt
18.3.3 Der kinetische Isotopeneffekt
Illustration 18.10
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
18.4 Die Dynamik molekularer Stöße. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
18.4.1 Molekularstrahlexperimente
(a) Techniken
(b) Experimentelle Ergebnisse
18.4.2 Reaktive Stöße
(a) Die experimentelle Untersuchung reaktiver Stöße
(b) Zustandsaufgelöste Dynamik
Illustration 18.11
18.4.3 Potenzialhyperflächen
Illustration 18.12
18.4.4 Theoretische und experimentelle Ergebnisse
(a) Der Einfluss der Stoßrichtung
(b) Attraktive und repulsive Hyperflächen
Illustration 18.13
(c) Die quantenmechanische Streutheorie
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
18.5 Elektronenübertragung in homogenen Systemen. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
18.5.1 Das Geschwindigkeitsgesetz der Elektronenübertragung
18.5.2 Der Tunnelprozess
18.5.3 Die Geschwindigkeitskonstante der Elektronenübertragung
18.5.4 Methoden zur experimentellen Überprüfung der Theorie
Illustration 18.14
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Übungsteil Fokus 18 – Reaktionsdynamik
Abschnitt 18.1 – Die Stoßtheorie
Abschnitt 18.2 – Diffusionskontrollierte Reaktionen
Abschnitt 18.3 – Die Theorie des Übergangszustands
Abschnitt 18.4 – Die Dynamik molekularer Stöße
Abschnitt 18.5 – Elektronenübertragung in homogenen Systemen
Abschnittsübergreifende Aufgaben
FOKUS 19. Oberflächenprozesse
19.1 Eigenschaften der Oberflächen von Festkörpern. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
19.1.1 Wachstum und Struktur von festen Oberflächen
Illustration 19.1
19.1.2 Physisorption und Chemisorption
Illustration 19.2
19.1.3 Experimentelle Techniken
(a) Mikroskopie
Illustration 19.3
(b) Ionisierungsverfahren
Illustration 19.4
(c) Beugungsverfahren
Beispiel 19.1. Die Interpretation eines LEED‐Musters
Illustration 19.5
(d) Bestimmung von Ausmaß und Geschwindigkeit der Adsorption und Desorption
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
19.2 Adsorption und Desorption. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
19.2.1 Adsorptionsisothermen
(a) Die Langmuir‐Isotherme
Beispiel 19.2: Die Anwendung der Langmuir‐Isotherme
(b) Die isostere Adsorptionsenthalpie
Beispiel 19.3: Die Bestimmung der isosteren Adsorptionsenthalpie
(c) Die BET‐Isotherme
Beispiel 19.4: Die Anwendung der BET‐Isotherme
(d) Die Temkin‐ und Freundlich‐Isothermen
19.2.2 Die Geschwindigkeit von Oberflächenprozessen
(a) Das Vorprodukt
Illustration 19.6
(b) Adsorption und Desorption auf molekularer Ebene
Illustration 19.7
(c) Die Beweglichkeit von Teilchen auf Oberflächen
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
19.3 Heterogene Katalyse. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
19.3.1 Mechanismen der heterogenen Katalyse
(a) Unimolekulare Reaktionen
Illustration 19.8
(b) Der Langmuir‐Hinshelwood‐Mechanismus
(c) Der Eley‐Rideal‐Mechanismus
Illustration 19.9
19.3.2 Die katalytische Aktivität an Oberflächen
Illustration 19.10
Anwendung 27: Technologie – Katalysatoren in der chemischen Industrie
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
19.4 Elektronentransferprozesse an Elektroden. Motivation
Schlüsselideen
Voraussetzungen
19.4.1 Die Grenzfläche zwischen Elektrode und Lösung
19.4.2 Die Stromdichte an einer Elektrode
(a) Die Butler‐Volmer‐Gleichung
Illustration 19.11
(b) Die Tafel‐Auftragung
Beispiel 19.5. Datenanalyse mithilfe der Tafel‐Auftragung
19.4.3 Voltammetrie
Beispiel 19.6: Die Untersuchung eines zyklischen Voltammetrie‐Experiments
19.4.4 Elektrolyse
19.4.5 Galvanische Zellen unter Belastung
Illustration 19.12
Anwendung 28: Technologie – Brennstoffzellen
Schlüsselkonzepte
Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick
Übungsteil Fokus 19 – Oberflächenprozesse
Abschnitt 19.1 – Eigenschaften der Oberflächen von Festkörpern
Abschnitt 19.2 – Adsorption und Desorption
Abschnitt 19.3 – Heterogene Katalyse
Abschnitt 19.4 – Elektronentransferprozesse an Elektroden
Abschnittsübergreifende Aufgaben
Anhang. Teil 1 Standardintegrale
Teil 2 Einheiten
Teil 3 Daten
Teil 4 Charaktertafeln. Die Gruppen C1, Cs, Ci
Die Gruppen Cnv
Die Gruppen Dn
Die Gruppen Dnh
Die kubischen Gruppen
Die ikosaedrischen Gruppen
Stichwortverzeichnis. A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
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