Dienstags, 10:15 bis 11:45 Uhr, Hörsaal C01
Freitags, 13:00 bis 14:30 Uhr, Hörsaal C03
Unterrichtsmaterial
Übungsblätter ( Login mit Ihrem Uni-Account )
Skripte ( Login mit Ihrem Uni-Account )
Ziele
Ziel dieser Vorlesung ist es, ein grundlegendes Verständnis physikalisch-chemischer Phänomene zu erlangen. Dies beinhaltet zwei Ebenen: erstens eine makroskopisch-phänomenologische Beschreibung der stofflichen Welt, sowie zweitens ein damit verbundenes mikroskopisch-konzeptionelles Modellbild. Auf beiden Ebenen ist die Fähigkeit, grundlegende physikalisch-chemische Probleme als mathematische Gleichungen ausdrücken, diese zu lösen und die Ergebnisse zu interpretieren maßgeblich.
09.032.136 Vorlesung Physikalische Chemie 1
09.032.22-105 Physikalische Chemie - Thermodynamik / Kinetik / Elektrochemie
Begleitwort zum Wintersemester 2023/24
Liebe Studierende,
Ja, hier sind Sie richtig. Dies ist eine von mehreren Online-Begleitpräsenzen zur Hybridvorlesung „Physikalische Chemie - Thermodynamik/ Kinetik/ Elektrochemie“ an der JGU Mainz. Eine weitere Online-Präsenz finden Sie auf unser e-Learning Plattform Moodle; sie taucht dort automatisch unter Ihren Inhalten auf, wenn Sie für diese Vorlesung angemeldet sind.
Was heißt „Hybridvorlesung“? Hiermit ist gemeint, dass die Lehrveranstaltung zu gleichen Teilen im digitalen wie im realen Raum stattfindet. Im digitalen Teil können Sie sich selbständig das Grundwissen aneignen. Hierfür stehen Ihnen hier (sowie ebenso auch auf Moodle) eine Serie von Vorlesungs-Skripten nebst begleitenden Audio-Podcasts oder Panopto-Videos zur Verfügung (entscheiden Sie selber, welches Format Sie lieber verwenden wollen), jeweils zu einem abgeschlossenen Themenblock, der in einem klassischen Hörsaalformat jeweils eine 90-Min. Stunde füllen würde. Wenn Sie lieber Volltext lesen möchten, so können Sie dafür auch ein Begleit-Lehrbuch benutzen, und zwar das Buch "Physikalische Chemie Kapieren" (S. Seiffert, W. Schärtl, De Gruyter, 2021); unsere MIN Bereichsbibliothek (das ist die Bibliothek unterhalb der Chemie-Praktikumssäle) hat eine große Stückzahl zum Ausleihen verfügbar, sowohl in klassischer Papierversion als auch als e-Book Lizenzen.
Mit diesen Materialien können Sie den Vorlesungs-Stoff vollkommen selbständig erarbeiten und auch die Klausur bestehen. Wenn Sie mögen, so fühlen Sie sich aber überdies auch ganz herzlich zu einer Präsenzveranstaltung eingeladen, die jeweils Dienstags von 10:15 bis 11:45 Uhr im Hörsaal C01 sowie Freitags von 13:00 bis 14:30 Uhr im Hörsaal C03 stattfindet. An diesen Präsenzterminen werden wir gemeinsam, in lebhafter und interaktiver Gruppenarbeit, den Vorlesungsstoff vertiefen und dessen Verständnis verankern.
Wenn Sie sich auf dieses Präsenzformat besonders gut vorbereiten wollen, so steht Ihnen, wiederum auf der Plattform Moodle, eine weitere Onlinepräsenz unserer Vorlesung zur Verfügung. Hierbei handelt es sich um konzeptuelle Verständnisfragen im Multiple-Choice Format zu den verschiedenen Themenblöcken der Vorlesung. Damit können Sie Ihr eigenes Verständnis der Materie vor der Präsenzveranstaltung testen und bekommen direkt danach ein Feedback darauf. Die aktive Teilnahme hieran ist völlig freiwillig – aber sehr sinnvoll.
Als weiteres Lern-Element wird Ihnen begleitend zur Vorlesung auch eine Rechenübung angeboten. Hier können Sie in kleineren Lerngruppen konkrete Anwendungsaufgaben des Vorlesungsstoffs bearbeiten. Aufgaben dieses Typs werden sich dann später auch in der Klausur finden; es empfiehlt sich also ganz besonders, hieran regelmäßig aktiv teilzunehmen. Beachten Sie bitte, dass Sie gemäß der Prüfungsordnung die aktive Teilnahme an diesen Übungen dadurch belegen müssen, dass Sie mindestens eine Aufgabe pro Semester an der Tafel selbst vorrechnen!
Unser gesamtes Team steht Ihnen jederzeit für Fragen zur Verfügung. Wir wünschen Ihnen alles Gute im kommenden Semester.
Ihre Dozenten und Tutoren
Prof. Dr. Sebastian Seiffert
PD Dr. Wolfgang Schärtl
Nico Perez Lopez (3. Sem. Master Chemie)
Charlotte Luisa Müller (3. Sem. Bachelor BMC)
Assuntina Caputo (3.Sem. Bachelor BMC)
Julia Tegel (11.Sem. Bachelor BMC)
Mia Johanna Rebscher (5.Sem. Bachelor BMC)
Audio- und Videostreams
1. Einführung
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2. Mathematische Werkzeuge
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3. Grundbegriffe der Thermodynamik
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4. Ideales Gas
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5. Reales Gas
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6. Energie
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7. U und H als thermodynamische Werkzeuge
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8. Thermochemie
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9. Entropie
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10. Wärmekraftmaschinen
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11. Freie Energie
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12. Chemisches Potenzial
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13. Mehrstoffsysteme
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14. Mischungsthermodynamik
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15. Chemisches Gleichgewicht
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16. Transportphänomene
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17. Reaktionskinetik
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18. Arrheniusgleichung
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19. Reaktionsmechanismen
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20. Leitfähigkeit
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21. Starke und schwache Elektrolyte
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22. Nernst-Gleichung
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23. Praktische Elektrochemie
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24. Ansatz der Statistischen Thermodynamik
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25. Boltzmannverteilung
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26. Zustandssumme
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27. Zustandssumme und Zustandsfunktion
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28. Schlusswort
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Stundeneinteilung der Vorlesung
| Std. Nr. | Datum | Themen | Übungen |
| 00 |
24.10. |
Vorbemerkungen: Vorstellung der Tutoren; Anmerkungen zum Vorlesungsformat; Einstiegsfragen |
|
| 01 | 27.10. |
Einführung: Einführung in die Physikalische Chemie: Abgrenzung/ Begriffsdefinition "Was ist Physikalische Chemie?"; Vorstellung der Vorlesungsinhalte |
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| 02 | 31.10. |
Mathematische Werkzeuge: Differenzialrechnung: Funktion, Ableitung, partielle Ableitung, totales Differenzial, Taylorreihen; Integralrechnung: Fundamentalsatz der Diffenrenzial- und Integralrechnung, PC-relevante Integrationsmethoden; Fourier-Transformation; Legendre-Transformation |
1 Mathe (2.Woche) |
| 03 | 03.11. |
Grundbegriffe der Thermodynamik: System und Umgebung; Phase; Gleichgewicht; Zustandsgrößen; Zustandsgleichungen; Zustandsfunktionen; Nullter Hauptsatz der Thermodynamik; Prozessgrößen |
|
| 04 | 07.11. |
Ideales Gas: Gesetze von Boyle–Mariotte, Gay-Lussac und Avogadro; ideale Gasgleichung; Partialdruck; Dalton'sches Gesetz; kinetische Gastheorie; mikroskopische Deutung der Temperatur; Geschwindigkeitsverteilung; freie Weglänge |
2 TD I (3.Woche) |
| 05 | 10.11. |
Reales Gas: van der Waals Gleichung; Virialreihenentwicklung; kritischer Punkt |
|
| 06 | 14.11. |
Energie: Erster Hauptsatz der Thermodynamik; mikroskopisches Bild von Arbeit und Wärme; Innere Energie; Enthalpie; Wärmekapazität: Cv und Cp |
3 TD II (4.Woche) |
| 07 | 17.11. |
U und H als thermodynamische Werkzeuge: Joule–Thomson Effekt; Linde Kühlschrank; Adiabatengleichung |
|
| 08 | 21.11. |
Thermochemie: Reaktionswärme Bildungsenthalpie; Satz von Hess; Born–Haber Kreisprozess |
4 TD III (5.Woche) |
| 09 | 24.11. |
Entropie: spontane und nicht spontane Prozesse; Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik; Reversibilität; Dritter Hauptsatz der Thermodynamik; Entropie und Wärmekapazität; Entropie und Wahrscheinlichkeit |
|
| 10 | 28.11. |
Wärmekraftmaschinen: Carnot`scher Kreisprozess; Wirkungsgrad; Formulierungen des Zweiten Hauptsatzes; Unerreichbarkeit des absoluten Nullpunkts |
5 TD IV (6.Woche) |
| 11 | 01.12. |
Freie Energie und Freie Enthalpie: Gibbs’sche Fundamentalgleichung; Transformation von Zustandsfunktionen; Maxwellbeziehungen |
|
| 12 | 05.12. |
Chemisches Potenzial: Partiell molare Freie Enthalpie; Abhängigkeit vom Konzentrationsmaß; Abhängigkeit von p und T; Phasengleichgewichte; Clausius–Clapeyron Gleichung; Gibbs’sche Phasenregel |
6 TD V (7.Woche) |
| 13 | 08.12. |
Mehrstoffsysteme: Chemisches Potenzial in Mischungen; partiell molare Größen; Gibbs–Duhem Gleichung; Gesetze von Raoult und Henry; Kolligative Eigenschaften |
7 TD VI (8.Woche) |
| 14 | 12.12. |
Mischungsvorgänge aus Sicht der Kontinuumsthermodynamik und der Statistischen Mechanik |
|
| 15 | 15.12. |
Chemisches Gleichgewicht: Kp, Kx und Kc und deren Abhängigkeit von p und T |
8 TD VII (9.Woche) |
| 16 | 09.01. |
Transportphänomene: Allgemeine Transportgleichung; Wärme-, Stoff-, Ladungs- und Impulstransport; Diffusion: erstes und zweites Fick’sches Gesetz; Irrflugstatistik; Einstein–Smoluchowski Gleichung. |
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| 17 | 12.01. |
Reaktionsgeschwindigkeit: Geschwindigkeitsgesetze; Geschwindigkeitskonstante; Reaktionsordnung; Halbwertszeit |
9 KIN I (10.Woche) |
| 18 | 16.01. |
Aktivierungsenergie: Arrheniusgleichung; Stoßtheorie; Maxwell–Boltzmann Verteilung; Katalyse; chemisches Gleichgewicht aus kinetischer Perspektive; Zusammenhang zw. Arrhenius- und Van't Hoff Gleichung |
9-2 KIN I (11.Woche) |
| 19 | 19.01. |
Reaktionsmechanismen: Elementarreaktionen; Folgereaktionen; Parallelreaktionen; Stoßaktivierung; Michaelis–Menten Kinetik |
|
| 20 | 23.01. |
Leitfähigkeit: Ionenwanderung und elektrische Leitfähigkeit; Überführungszahlen |
10 KIN II (12.Woche) |
| 21 | 26.01. |
Starke und schwache Elektrolyte: Abweichung vom idealen Verhalten: starke und schwache Elektrolyte |
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| 22 | 30.01. |
Nernst-Gleichung: Redoxreaktionen; elektrochemische Zellen |
11 EC I (13.Woche) |
| 23 | 02.02. |
Praktische Elektrochemie: Nernst Gleichung; Batterien und Akkumulatoren; Elektrolyse; Zersetzungsspannung; Überspannung; Faraday Gesetze |
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| 24 |
Ansatz der Statistischen Thermodynamik: Mikro- und Makrozustände; Verteilung und Gewicht |
12 EC II (14.Woche) |
|
| 25 |
Boltzmannverteilung: Wahrscheinlichste Verteilung; Zustandssumme; Entartung |
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| 26 |
Molekulare und Systemzustandssumme: Konzept der Gesamtheit; Kanonische Zustandssumme; Systeme unabhängiger Teilchen |
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| 27 |
Zustandssumme und Thermodynamische Funktionen: Statistische Definition der Entropie; Innere Energie und Zustandssumme; Entropie und Zustandssumme; weitere Thermod. Funkt. aus der Zustandssumme |