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Physikalische Chemie für Dummies

Physikalische Chemie für Dummies by Georg Heun
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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 23

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 27

Druck 28

Temperatur 28

Das Boyle-Mariottesche Gesetz 29

Das Gay-Lussacsche Gesetz 31

Die allgemeine Gasgleichung 32

Das reale Gas 33

Kapitel 2

Zerreißprobe für Feststoffe – Verformung 37

Dehnung und Stauchung 37

Das Hookesche Gesetz 39

Elastisch, plastisch, bis es zerreißt 40

Kapitel 3

Die Sache kommt in Fluss – Viskosität 43

Zähe Sache, die idealviskosen Flüssigkeiten 43

Moleküle im laminaren Gleichschritt 44

Das Newtonsche 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 Stokessche Gesetz 54

Das Kugelfallviskosimeter nach Höppler 57

Das Hagen-Poiseuillesche 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 66

Teil II

Reinstoffe und Mischungen 69

Kapitel 5

Zustandsdiagramme (Phasendiagramme) 71

Die Zustände fest, flüssig und gasförmig 71

Zustandsdiagramme 72

Verwirrende Zustände – Tripelpunkt und überkritisches Gas 73

Anomalie des Wassers 75

Gibbssche Phasenregel 76

Modifikation und Allotropie 77

Eiskalt weggedampft und lyophil nach der Gefriertrocknung 79

Ohne Energie läuft nichts! 80

Kapitel 6

Lösungen und Mischungen 83

Das ist die ideale Lösung 83

Dampfdruck einer reinen Flüssigkeit 84

Dampfdruckdiagramm einer idealen Mischung 86

Einfaches Rechnen mit Molen 87

Kolligative Eigenschaften 88

Dampfdruck 88

Siedepunkt 89

Gefrierpunkt 90

Osmotischer Druck 93

Nichts wie weg! Diffusion, Auflösung und Verteilung 97

Die Fickschen Diffusionsgesetze 98

ie Noyes-Whitney-Gleichung 99

Der Nernstsche Verteilungskoeffizient 100

Zwei Stoffe schmelzen dahin bis zum eutektischen Tiefpunkt 101

Darf es etwas mehr sein? – Dreikomponentendiagramme 104

Kapitel 7

Oberflächlich betrachtet: Grenzflächenphänomene 107

Moleküle im Spannungsfeld an der Grenze 107

Die »schwimmende« Büroklammer 107

Die Oberflächenspannung als Kraft pro Länge 108

Die Oberflächenspannung als Energie pro Fläche 108

Ringmethode, Tropfmethode und Blasendruckmethode 110

Ringmethode 110

Tropfmethode 110

Blasendruckmethode 112

Tenside: Und die Spannung ist weg 113

Hydrophilie und Lipophilie 113

Gespaltene Persönlichkeit: das Tensidmolekül 113

Gemeinsam sind wir stark: die Mizelle 115

Tenside als Emulgatoren 116

Tenside als Reinigungsmittel 117

Saugen ohne Unterdruck: die Kapillarität 117

Flach bis kugelrund: der Benetzungswinkel 117

Es wird eng: Depression und Aszension in Kapillaren 117

Es geht aufwärts: die Steighöhenmethode 120

Adsorptionsisotherme: die freundliche Art zu klammern 121

Hin und weg bis zum Adsorptionsgleichgewicht 122

Die Adsorptionsisotherme nach Freundlich 122

Bei Langmuir wird der Platz knapp 124

Es geht doch was nach BET 125

Kapitel 8

Übungen 127

Isotonisierung einer Arzneistofflösung 127

Nochmal Vorsicht! Logarithmische Auswertung eines Adsorptionsversuchs 128

Experimentelle Erstellung eines Dreiecksdiagramms 130

Nicht so einfach wie es scheint! Ausschütteln mit Ether 131

Teil III

Reaktionskinetik 133

Kapitel 9

Lassen Sie es krachen: Die chemische Reaktion 135

Wer mit wem und wohin: Edukte und Produkte 135

Die zwei Akteure prallen aufeinander 136

Trefferquote 136

Zurück mit Zins: Aktivierungsenergie und Energiebilanz 137

In der Kürze liegt die Würze 139

Kapitel 10

Wer mit wem – die Reaktionsordnung 141

Einer für Alle 141

Reaktionen erster und pseudoerster Ordnung 142

Von der Reaktionsgleichung zur Halbwertszeit 143

Strahlend: Der radioaktive Zerfall 145

Zersetzende Flüssigkeit: Die Hydrolyse 147

Der Logarithmus hilft beim Geradebiegen 148

Reaktionen nullter Ordnung 149

Ab durch das Nadelöhr 150

Reaktionen zweiter Ordnung 151

Etwas durcheinander: Die Michaelis-Menten-Kinetik 153

Es geht auch noch schneller: Die Arrhenius-Gleichung 156

Kapitel 11

Übungen 159

Hydrolyse eines Esters in wässriger Lösung 159

Stresstest und Arrhenius-Plot 162

Teil IV

Thermodynamik 165

Kapitel 12

Zustands- und Prozessgrößen – die Bausteine der Thermodynamik 167

Der Ort des Geschehens – das thermodynamische System 167

Zustand oder Prozess? 170

Zustands- und Prozessgrößen 170

Zustandsgleichungen 172

Thermodynamische Prozesse 172

Kapitel 13

Mayer und der 1. Hauptsatz der Thermodynamik –

ein Arzt und die Energieerhaltung 175

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik 175

Energetische Zustandsgrößen Innere Energie U und Enthalpie H 176

Wärmekapazität 178

Kapitel 14

Alles in Unordnung – Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik 181

Der zweite Hauptsatz und seine Bedeutung 181

Grafische Darstellung von Bilanzen 184

Die Entropieänderungen – Vorsicht Mathematik 185

Entropieänderung bei Zustandsänderungen ohne Phasenänderung 185

Entropieänderung bei Zustandsänderungen mit Phasenänderung 189

Das T-s-Diagramm 192

Über die Qualität von Energieformen 193

Der Carnot-Prozess 195

Kapitel 15

Zustände und Zustandsänderungen 199

Grundlagen 199

Zustandsänderungen idealer Gase 199

Isochore Zustandsänderung 199

Isobare Zustandsänderung 201

Isotherme Zustandsänderung 201

Isentrope Zustandsänderung 202

Polytrope Zustandsänderung 203

Zustandsgrößen und Zustandsänderungen grafisch darstellen 204

Kapitel 16

Gas-Dampf-Gemische – Alles feuchte Luft? 207

Absolute und relative Feuchte 207

Das Mollier-Diagramm 210

Zustandsänderungen feuchter Luft 213

Erwärmung 213

Abkühlung 213

Mischung 213

Befeuchtung und Trocknung 216

Kapitel 17

Jetzt wird es brenzlig – Verbrennung 219

Alles bekannt? – Ablauf der Verbrennung 219

Brennstoffe 219

Voraussetzungen für eine Verbrennung 221

Zündung 222

Stöchiometrische Verbrennungsrechnung 222

Berechnung des Luftbedarfs für feste und flüssige Brennstoffe 223

Berechnung der Rauchgasmenge 225

Verbrennungsrechnung mit Brennstoffkenngrößen 226

Verbrennungstemperatur und Taupunkt des Rauchgases 228

Kapitel 18

Links oder rechts – die Kreisprozesse 231

Rechtskreisprozesse 231

Grundprinzip 231

Der Clausius-Rankine-Prozess 233

Der Joule-Prozess 235

Der Otto-Prozess 238

Der Diesel-Prozess 240

Der Linkskreisprozess oder wie funktioniert der Kühlschrank 241

Allgemeine Bemerkungen zum Linkskreisprozess 242

Der Wärmepumpenprozess 244

Teil V

Wechselwirkungen 245

Kapitel 19

Spektroskopie 247

Das elektromagnetische Spektrum 247

Kleine Energie, große Wirkung – Radiowellen 249

Feinstrukturen durch Verschiebung und Kopplung erkennen 251

Hier wird es heiß – Mikrowellen 253

Bindungen im Tanzfieber – Infrarotspektroskopie 254

Schauen wir mal – UV/Vis-Spektroskopie 256

Jetzt wird es kristallklar – Röntgenstrukturanalyse 260

Röntgendiagnose 260

Röntgenstukturanalyse 261

Kapitel 20

Molecular Modeling 263

Vom Aussehen eines Moleküls 263

Molekülmechanik: Kraftfeldmethoden 266

Die Energiegleichungen eines Kraftfelds 266

Zusammenfassen und Zeit sparen 268

Vom Berg ins Tal mit geschlossenen Augen 269

Mit Dynamik die Moleküle bewegen 269

Quantenchemie mit der unlösbaren Schrödinger-Gleichung 271

Semi-empirisch mit MNDO und Co. 272

Von Anfang an: Ab-initio-Berechnungen 273

Teil VI

Der Top-Ten-Teil 275

Kapitel 21

Zehn (Groß-)Väter der Physikalischen Chemie 277

Wilhelm Ostwald 277

Svante Arrhenius 278

Jacobus Henricus van’t Hoff 278

Walther Nernst 279

Josiah Willard Gibbs 279

Johannes Diderik van der Waals 280

Jean Louis Marie Poiseuille 280

Irving Langmuir 281

Julius Robert von Mayer 281

Nicolas Léonard Sadi Carnot 282

Kapitel 22

Zehn Tipps für Studierende 283

Nur scheinbar kompliziert – keine Angst vor mathematischen Formeln 283

Diagramme verstehen – nicht auswendig lernen 284

Was du heute kannst besorgen… 284

Vorlesungen sind besser als Bücher 285

Übungen und Seminare sind noch besser als Vorlesungen 286

Praktika: sauber arbeiten, denken und dokumentieren 286

Wie Fehler entstehen und wie Sie diese vermeiden 287

Kommilitonen sind Mitstreiter, keine Konkurrenten 288

Alte Klausuren sind die halbe Miete 289

Das Internet ist nicht nur zum Chatten zu gebrauchen 289

Teil VII

Anhänge 291

Lösungen der Übungsaufgaben aus Kapitel 4 293

So berechnen Sie den Druck in der Sprayflasche 293

Das ist die Molmasse des Polymers 294

Logarithmische Auswertung eines Rheogramms 295

Lösungen der Übungsaufgaben aus Kapitel 8 297

Berechnung eines Isotonisierungszusatzes 297

Auswertung einer Adsorptionsisotherme nach Freundlich 298

Die Binodallinie im Dreiecksdiagramm 300

Den Extraktgehalt nach dem Ausschütteln berechnen 301

Lösungen der Übungsaufgaben aus Kapitel 11 305

Die Hydrolysekinetik graphisch darstellen und auswerten 305

Mit Arrhenius im Schnellgang die Haltbarkeit vorhersagen 307

Stichwortverzeichnis 311

Wiley; March 2013
312 pages; ISBN 9783527667949
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Title: Physikalische Chemie für Dummies
Author: Georg Heun
 
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