Physikalische Chemie - Eine Einführung nach neuem Konzept mit zahlreichen Experimenten

Vorwort

Inhaltsverzeichnis

Liste verwendeter Symbole

1 Einführung und erste Grundbegriffe

1.1 Stoffdynamik

1.2 Stoffe und Grundstoffe

1.3 Messung und Metrisierung

1.4 Stoffmenge

1.5 Gemisch, Gemenge und Zusammensetzungsgrößen

1.6 Zustand

1.7 Stoffumbildung

2 Energie

2.1 Zur Energie auf indirektem Wege

2.2 Direkte Metrisierung der Energie

2.3 Energieerhaltung

2.4 Energie einer gespannten Feder

2.5 Druck

2.6 Energie eines bewegten Körpers

2.7 Impuls

2.8 Energie eines gehobenen Körpers

3 Entropie und Temperatur

3.1 Vorüberlegung

3.2 Makroskopische Eigenschaften der Entropie

3.3 Molekularkinetische Deutung der Entropie

3.4 Entropieerhaltung und -erzeugung

3.5 Wirkungen wachsender Entropie

3.6 Entropieübertragung

3.7 Direkte Metrisierung der Entropie

3.8 Temperatur

3.9 Anwendungsbeispiele zur Entropie

3.10 Temperatur als „thermische Spannung“

3.11 Energie zur Erzeugung und zur Zufuhr von Entropie

3.12 Energie kalorimetrisch bestimmt

3.13 Wärmepumpen und Wärmemotoren

3.14 Entropieerzeugung in einem Entropiestrom

4 Chemisches Potenzial

4.1 Vorüberlegung

4.2 Grundmerkmale des chemischen Potenzials

4.3 Wettstreit der Stoffe

4.4 Bezugszustand und Werte des chemischen Potenzials

4.5 Vorzeichen des chemischen Potenzials

4.6 Anwendung in der Chemie und Begriff des Antriebs

4.7 Direkte Messung von Antrieben

4.8 Indirekte Metrisierung des chemischen Potenzials

5 Einfluss von Temperatur und Druck auf Stoffumbildungen

5.1 Einleitung

5.2 Temperaturabhängigkeit von chemischem Potenzial und Antrieb

5.3 Druckabhängigkeit von chemischem Potenzial und Antrieb

5.4 Gleichzeitige Temperaturund Druckabhängigkeit

5.5 Verhalten von Gasen unter Druck

6 Massenwirkung und Konzentrationsabhängigkeit des chemischen Potenzials

6.1 Der Begriff der Massenwirkung

6.2 Konzentrationsabhängigkeit des chemischen Potenzials

6.3 Konzentrationsabhängigkeit des Antriebs

6.4 Das Massenwirkungsgesetz

6.5 Spezielle Fassungen der Massenwirkungsgleichung

6.6 Anwendungen des Massenwirkungsgesetzes

6.7 Potenzialdiagramme gelöster Stoffe

7 Konsequenzen der Massenwirkung: Säure-Base-Reaktionen

7.1 Einführung

7.2 Der Säure-Base-Begriff nach BRØNSTED und LOWRY

7.3 Das Protonenpotenzial

7.4 Pegelgleichung und Protonierungsgleichung

7.5 Säure-Base-Titrationen

7.6 Puffer

7.7 Säure-Base-Indikatoren

8 Begleiterscheinungen stofflicher Vorgänge

8.1 Vorüberlegung

8.2 Raumanspruch

8.3 Umsatzbedingte Volumenänderungen

8.4 Entropieanspruch

8.5 Umsatzbedingte Entropieänderungen

8.6 Energieumsätze bei Stoffumbildungen

8.7 Wärmeeffekte

8.8 Kalorimetrische Antriebsmessung

9 Querbeziehungen

9.1 Hauptgleichung

9.2 Mechanisch-thermische Querbeziehungen

9.3 Querbeziehungen für chemische Größen

9.4 Weitere Anwendungen im mechanisch-thermischen Bereich

10 Dünne Gase aus molekularkinetischer Sicht

10.1 Einleitung

10.2 Allgemeines Gasgesetz

10.3 Molekularkinetische Deutung des allgemeinen Gasgesetzes

10.4 Anregungsgleichung und Geschwindigkeitsverteilung

10.5 Barometrische Höhenformel und BOLTZMANN-Verteilung

11 Übergang zu dichteren Stoffen

11.1 Die VAN DER WAALS-Gleichung

11.2 Kondensation

11.3 Die kritische Temperatur

11.4 Die Siededruckkurve (Dampfdruckkurve)

11.5 Das vollständige Zustandsdiagramm

12 Stoffausbreitung

12.1 Vorüberlegung

12.2 Diffusion

12.3 Mittelbare Massenwirkung

12.4 Osmose

12.5 Dampfdruckerniedrigung

12.6 Gefrierpunktserniedrigung und Siedepunktserhöhung

12.7 Kolligative Eigenschaften und Molmassenbestimmung

13 Gemische und Gemenge

13.1 Einführung

13.2 Chemisches Potenzial in Gemischen

13.3 Zusatzpotenzial

13.4 Chemisches Potenzial von Gemischen und Gemengen

13.5 Mischungsvorgänge

13.6 Weitere Phasenreaktionen

14 Zweistoffsysteme

14.1 Zweistoffzustandsdiagramme

14.2 Zustandsdiagramme flüssig-flüssig (Mischungsdiagramme)

14.3 Zustandsdiagramme fest-flüssig (Schmelzdiagramme)

14.4 Zustandsdiagramme flüssig-gasig (Dampfdruckbzw. Siedediagramme)

15 Grenzflächenerscheinungen

15.1 Oberflächenspannung, Oberflächenenergie

15.2 Oberflächeneffekte

15.3 Adsorption an Flüssigkeitsoberflächen

15.4 Adsorption an Feststoffoberflächen

15.5 Anwendung der Adsorption

16 Grundzüge der Kinetik

16.1 Einführung

16.2 Umsatzgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion

16.3 Geschwindigkeitsdichte

16.4 Messung der Geschwindigkeitsdichte

16.5 Geschwindigkeitsgesetze einstufiger Reaktionen

17 Zusammengesetzte Reaktionen

17.1 Einführung

17.2 Gegenläufige Reaktionen

17.3 Paralleloder Nebenreaktionen

17.4 Folgereaktionen

18 Theorie der Reaktionsgeschwindigkeit

18.1 Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit

18.2 Stoßtheorie

18.3 Theorie des Übergangszustandes

18.4 Molekulare Deutung des Übergangszustandes

19 Katalyse

19.1 Einführung

19.2 Wirkungsweise eines Katalysators

19.3 Enzymkinetik

19.4 Heterogene Katalyse

20 Transporterscheinungen

20.1 Diffusionskontrollierte Reaktionen

20.2 Geschwindigkeit der Stoffausbreitung

20.3 Fließfähigkeit

20.4 Entropieleitung

20.5 Vergleichender Überblick

21 Elektrolytlösungen

21.1 Elektrolytische Dissoziation

21.2 Elektrisches Potenzial

21.3 Ionenwanderung

21.4 Leitfähigkeit von Elektrolytlösungen

21.5 Konzentrationsabhängigkeit der Leitfähigkeit

21.6 Überführungszahlen

22 Elektrodenreaktionen und Galvanispannungen

22.1 Galvanispannung und elektrochemisches Potenzial

22.2 Elektronenpotenzial in Metallen und Berührspannung

22.3 Galvanispannung zwischen Metall und Lösung

22.4 Redoxreaktionen

22.5 Galvanispannung von Halbzellen

22.6 Galvanispannung an Flüssigkeitsgrenzflächen

22.7 Galvanispannung an Membranen

23 Redoxpotenziale und galvanische Zellen

23.1 Messung von Redoxpotenzialen

23.2 Zellspannung

23.3 Technisch wichtige galvanische Elemente

Anhang

A1 Mathematische Grundlagen

A1.1 Lineare, logarithmische und exponentielle Funktionen

A1.2 Umgang mit Differenzialen

A1.3 Stammfunktion und Integration

A1.4 Kurzer Ausflug in die Statistik und Wahrscheinlichkeitsrechnung

A2 Tabellen

A2.1 Tabelle der chemischen Potenziale

Sachverzeichnis