Job / Rüffler Physikalische Chemie

Eine Einführung nach neuem Konzept mit zahlreichen Experimenten
2011
ISBN: 978-3-8348-9834-0
Verlag: Vieweg & Teubner
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 577 Seiten, eBook

Reihe: Studienbücher Chemie

Physikalische Chemie wird von vielen Studierenden als schwer und trocken empfunden. Dieses Lehrbuch nach völlig neuem Konzept, das die Darstellung deutlich klarer werden lässt, zeigt, dass das nicht stimmen muss. Anschaulich und leicht verständlich gelingt mit diesem Buch der Einstieg in ein spannendes Gebiet der Chemie. Viele Beispiele und Experimente verdeutlichen den Lehrstoff und vermitteln oft überraschende Einblicke.

Dr. Georg Job, Job-Stiftung, Buchholz in der Nordheide

Dr. Regina Rüffler, Job-Stiftung, Universität Hamburg

Zielgruppe

Upper undergraduate

Autoren/Hrsg.

Job, Georg

Rüffler, Regina

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;5
2;Inhaltsverzeichnis;7
3;Liste verwendeter Symbole;13
4;1 Einführung und erste Grundbegriffe;21
4.1;1.1 Stoffdynamik;21
4.2;1.2 Stoffe und Grundstoffe;23
4.3;1.3 Messung und Metrisierung;27
4.4;1.4 Stoffmenge;33
4.5;1.5 Gemisch, Gemenge und Zusammensetzungsgrößen;35
4.6;1.6 Zustand;37
4.7;1.7 Stoffumbildung;44
5;2 Energie;49
5.1;2.1 Zur Energie auf indirektem Wege;49
5.2;2.2 Direkte Metrisierung der Energie;50
5.3;2.3 Energieerhaltung;55
5.4;2.4 Energie einer gespannten Feder;56
5.5;2.5 Druck;58
5.6;2.6 Energie eines bewegten Körpers;60
5.7;2.7 Impuls;61
5.8;2.8 Energie eines gehobenen Körpers;63
6;3 Entropie und Temperatur;65
6.1;3.1 Vorüberlegung;65
6.2;3.2 Makroskopische Eigenschaften der Entropie;66
6.3;3.3 Molekularkinetische Deutung der Entropie;68
6.4;3.4 Entropieerhaltung und -erzeugung;70
6.5;3.5 Wirkungen wachsender Entropie;73
6.6;3.6 Entropieübertragung;76
6.7;3.7 Direkte Metrisierung der Entropie;79
6.8;3.8 Temperatur;82
6.9;3.9 Anwendungsbeispiele zur Entropie;85
6.10;3.10 Temperatur als „thermische Spannung“;91
6.11;3.11 Energie zur Erzeugung und zur Zufuhr von Entropie;92
6.12;3.12 Energie kalorimetrisch bestimmt;96
6.13;3.13 Wärmepumpen und Wärmemotoren;98
6.14;3.14 Entropieerzeugung in einem Entropiestrom;101
7;4 Chemisches Potenzial;105
7.1;4.1 Vorüberlegung;105
7.2;4.2 Grundmerkmale des chemischen Potenzials;107
7.3;4.3 Wettstreit der Stoffe;109
7.4;4.4 Bezugszustand und Werte des chemischen Potenzials;112
7.5;4.5 Vorzeichen des chemischen Potenzials;116
7.6;4.6 Anwendung in der Chemie und Begriff des Antriebs;119
7.7;4.7 Direkte Messung von Antrieben;129
7.8;4.8 Indirekte Metrisierung des chemischen Potenzials;134
8;5 Einfluss von Temperatur und Druck auf Stoffumbildungen;139
8.1;5.1 Einleitung;139
8.2;5.2 Temperaturabhängigkeit von chemischem Potenzial und Antrieb;139
8.3;5.3 Druckabhängigkeit von chemischem Potenzial und Antrieb;149
8.4;5.4 Gleichzeitige Temperaturund Druckabhängigkeit;154
8.5;5.5 Verhalten von Gasen unter Druck;157
9;6 Massenwirkung und Konzentrationsabhängigkeit des chemischen Potenzials;161
9.1;6.1 Der Begriff der Massenwirkung;161
9.2;6.2 Konzentrationsabhängigkeit des chemischen Potenzials;162
9.3;6.3 Konzentrationsabhängigkeit des Antriebs;166
9.4;6.4 Das Massenwirkungsgesetz;172
9.5;6.5 Spezielle Fassungen der Massenwirkungsgleichung;177
9.6;6.6 Anwendungen des Massenwirkungsgesetzes;178
9.7;6.7 Potenzialdiagramme gelöster Stoffe;187
10;7 Konsequenzen der Massenwirkung: Säure-Base-Reaktionen;192
10.1;7.1 Einführung;192
10.2;7.2 Der Säure-Base-Begriff nach BRØNSTED und LOWRY;192
10.3;7.3 Das Protonenpotenzial;194
10.4;7.4 Pegelgleichung und Protonierungsgleichung;204
10.5;7.5 Säure-Base-Titrationen;208
10.6;7.6 Puffer;212
10.7;7.7 Säure-Base-Indikatoren;217
11;8 Begleiterscheinungen stofflicher Vorgänge;220
11.1;8.1 Vorüberlegung;220
11.2;8.2 Raumanspruch;220
11.3;8.3 Umsatzbedingte Volumenänderungen;227
11.4;8.4 Entropieanspruch;228
11.5;8.5 Umsatzbedingte Entropieänderungen;232
11.6;8.6 Energieumsätze bei Stoffumbildungen;234
11.7;8.7 Wärmeeffekte;237
11.8;8.8 Kalorimetrische Antriebsmessung;245
12;9 Querbeziehungen;248
12.1;9.1 Hauptgleichung;248
12.2;9.2 Mechanisch-thermische Querbeziehungen;253
12.3;9.3 Querbeziehungen für chemische Größen;256
12.4;9.4 Weitere Anwendungen im mechanisch-thermischen Bereich;263
13;10 Dünne Gase aus molekularkinetischer Sicht;268
13.1;10.1 Einleitung;268
13.2;10.2 Allgemeines Gasgesetz;268
13.3;10.3 Molekularkinetische Deutung des allgemeinen Gasgesetzes;272
13.4;10.4 Anregungsgleichung und Geschwindigkeitsverteilung;279
13.5;10.5 Barometrische Höhenformel und BOLTZMANN-Verteilung;288
14;11 Übergang zu dichteren Stoffen;290
14.1;11.1 Die VAN DER WAALS-Gleichung;290
14.2;11.2 Kondensation;294
14.3;11.3 Die kritische Temperatur;297
14.4;11.4 Die Siededruckkurve (Dampfdruckkurve);298
14.5;11.5 Das vollständige Zustandsdiagramm;302
15;12 Stoffausbreitung;308
15.1;12.1 Vorüberlegung;308
15.2;12.2 Diffusion;310
15.3;12.3 Mittelbare Massenwirkung;312
15.4;12.4 Osmose;315
15.5;12.5 Dampfdruckerniedrigung;320
15.6;12.6 Gefrierpunktserniedrigung und Siedepunktserhöhung;322
15.7;12.7 Kolligative Eigenschaften und Molmassenbestimmung;325
16;13 Gemische und Gemenge;328
16.1;13.1 Einführung;328
16.2;13.2 Chemisches Potenzial in Gemischen;330
16.3;13.3 Zusatzpotenzial;334
16.4;13.4 Chemisches Potenzial von Gemischen und Gemengen;335
16.5;13.5 Mischungsvorgänge;340
16.6;13.6 Weitere Phasenreaktionen;344
17;14 Zweistoffsysteme;346
17.1;14.1 Zweistoffzustandsdiagramme;346
17.2;14.2 Zustandsdiagramme flüssig-flüssig (Mischungsdiagramme);347
17.3;14.3 Zustandsdiagramme fest-flüssig (Schmelzdiagramme);350
17.4;14.4 Zustandsdiagramme flüssig-gasig (Dampfdruckbzw. Siedediagramme);357
18;15 Grenzflächenerscheinungen;368
18.1;15.1 Oberflächenspannung, Oberflächenenergie;368
18.2;15.2 Oberflächeneffekte;371
18.3;15.3 Adsorption an Flüssigkeitsoberflächen;376
18.4;15.4 Adsorption an Feststoffoberflächen;378
18.5;15.5 Anwendung der Adsorption;384
19;16 Grundzüge der Kinetik;385
19.1;16.1 Einführung;385
19.2;16.2 Umsatzgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion;388
19.3;16.3 Geschwindigkeitsdichte;390
19.4;16.4 Messung der Geschwindigkeitsdichte;392
19.5;16.5 Geschwindigkeitsgesetze einstufiger Reaktionen;397
20;17 Zusammengesetzte Reaktionen;408
20.1;17.1 Einführung;408
20.2;17.2 Gegenläufige Reaktionen;408
20.3;17.3 Paralleloder Nebenreaktionen;412
20.4;17.4 Folgereaktionen;415
21;18 Theorie der Reaktionsgeschwindigkeit;420
21.1;18.1 Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit;420
21.2;18.2 Stoßtheorie;422
21.3;18.3 Theorie des Übergangszustandes;425
21.4;18.4 Molekulare Deutung des Übergangszustandes;430
22;19 Katalyse;434
22.1;19.1 Einführung;434
22.2;19.2 Wirkungsweise eines Katalysators;436
22.3;19.3 Enzymkinetik;439
22.4;19.4 Heterogene Katalyse;446
23;20 Transporterscheinungen;450
23.1;20.1 Diffusionskontrollierte Reaktionen;450
23.2;20.2 Geschwindigkeit der Stoffausbreitung;451
23.3;20.3 Fließfähigkeit;459
23.4;20.4 Entropieleitung;463
23.5;20.5 Vergleichender Überblick;467
24;21 Elektrolytlösungen;470
24.1;21.1 Elektrolytische Dissoziation;470
24.2;21.2 Elektrisches Potenzial;474
24.3;21.3 Ionenwanderung;476
24.4;21.4 Leitfähigkeit von Elektrolytlösungen;480
24.5;21.5 Konzentrationsabhängigkeit der Leitfähigkeit;484
24.6;21.6 Überführungszahlen;489
25;22 Elektrodenreaktionen und Galvanispannungen;495
25.1;22.1 Galvanispannung und elektrochemisches Potenzial;495
25.2;22.2 Elektronenpotenzial in Metallen und Berührspannung;497
25.3;22.3 Galvanispannung zwischen Metall und Lösung;500
25.4;22.4 Redoxreaktionen;504
25.5;22.5 Galvanispannung von Halbzellen;507
25.6;22.6 Galvanispannung an Flüssigkeitsgrenzflächen;514
25.7;22.7 Galvanispannung an Membranen;516
26;23 Redoxpotenziale und galvanische Zellen;521
26.1;23.1 Messung von Redoxpotenzialen;521
26.2;23.2 Zellspannung;530
26.3;23.3 Technisch wichtige galvanische Elemente;535
27;Anhang;541
27.1;A1 Mathematische Grundlagen;541
27.1.1;A1.1 Lineare, logarithmische und exponentielle Funktionen;541
27.1.2;A1.2 Umgang mit Differenzialen;543
27.1.3;A1.3 Stammfunktion und Integration;548
27.1.4;A1.4 Kurzer Ausflug in die Statistik und Wahrscheinlichkeitsrechnung;552
27.2;A2 Tabellen;554
27.2.1;A2.1 Tabelle der chemischen Potenziale;554
28;Sachverzeichnis;569

Über Autor(innen)

Georg Job
 studierte Chemie an der Universität Hamburg und promovierte dort 1968 bei A. Knappwost. Von 1970 bis 2001 war er Dozent am Institut für Physikalische Chemie der Universität Hamburg. Zwei Gastdozenturen führten ihn an das Institut für Didaktik der Physik der Universität Karlsruhe (1979 – 80) und an die Tongji-Universität in Shanghai (1983). Schon früh war ihm die Vereinfachung und Vereinheitlichung der Wärmelehre ein großes Anliegen. Dies mündete schließlich in die Veröffentlichung des Buches „Neudarstellung der Wärmelehre“ im Jahre 1972. Im Folgenden wurde das neue Lehrkonzept von G. Job konsequent weiterentwickelt und in seiner Anwendung erweitert, so dass es letztendlich große Teile der physikalischen Chemie umfasste. Es wurde von ihm in zahlreichen Artikeln und Vorträgen auf nationalen und internationalen Tagungen vorgestellt. In Zusammenarbeit mit R. Rüffler entstand schließlich das Lehrbuch „Physikalische Chemie – Eine Einführung nach neuem Konzept mit zahlreichen Experimenten“, das auch ins Englische übersetzt wurde. Ergänzend wird in Kürze ein Arbeitsbuch mit zahlreichen Übungsaufgaben und den zugehörigen ausführlichen Lösungen erscheinen. 
Regina Rüffler
 studierte Chemie an der Universität des Saarlandes und promovierte dort 1981 bei U. Gonser. Von 1989 bis 2002 war sie Dozentin am Institut für Physikalische Chemie der Universität Hamburg, unterbrochen von einem zweijährigen Aufenthalt als Gastwissenschaftlerin an der Universität des Saarlandes. Während ihrer Dozentur betreute sie zahlreiche Lehrveranstaltungen im Grund- und Hauptstudium wie Vorlesungen, Praktika und Übungen. Ihre Begeisterung für die Lehre ließ sie 2002 in die Eduard-Job-Stiftung eintreten. Neben der Abfassung des Lehr- sowie des Arbeitsbuches „Physikalische Chemie“ in Zusammenarbeit mit G. Job erstellt sie Versuchsbeschreibungen zu den über hundert in das Lehrbuch integrierten Demonstrationsexperimenten und produziert zugehörige Videos, für die sie mehrfach Preise gewonnen hat  (https://job-stiftung.de/index.php?versuche-1). Auch wurde das neue Lehrkonzept in all seinen Facetten von ihr auf zahlreichen Konferenzen im In- und Ausland vorgestellt und seit 2012 an der Universität Hamburg in der Experimentalvorlesung „Thermodynamik“ für Studierende der Holzwirtschaft umgesetzt.