Physical Chemistry 1

 

Dienstags, 10:00 bis 12:00 Uhr (120 Min.), Hörsaal C01

 


 

Unterrichtsmaterial

 

Übungsblätter ( Login mit Ihrem Uni-Account )

Skripte ( Login mit Ihrem Uni-Account )

 

Aktuelle Klausurergebnisse

 

Klausurergebnisse

 

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

 

Begleitwort zum Sommersemester 2022

 

Liebe Studierende,

Ja, hier sind Sie richtig. Dies ist eine von mehreren Online-Begleitpräsenzen zur Hybridvorlesung „Physikalische Chemie 1“ 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 10:00 bis 12:00 Uhr im Hörsaal C01 stattfindet. An diesen Präsenzterminen werden wir gemeinsam, in lebhafter und interaktiver Gruppenarbeit, den Vorlesungsstoff vertiefen und dessen Verständnis verankern. Wir treffen uns dazu einmal die Woche und nehmen dazu jeweils immer zwei der o.g. Themenblöcke durch; für jeden sind 60 Min. vorgesehen.

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 fingen; es empfiehlt sich also ganz besonders, hieran regelmäßig aktiv teilzunehmen.

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 (6. Sem. Bachelor Chemie)

 


Vanja Kristin Munk (5.Sem. Bachelor BMC)

 

Charlotte Anna Teresa Schäfers (5.Sem. Bachelor BMC)

 

Julia Tegel (8.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
19.04.

Vorbemerkungen: Vorstellung der Tutoren; Anmerkungen zum Vorlesungsformat; Einstiegsfragen

01+02 26.04.

Einführung: Einführung in die Physikalische Chemie: Abgrenzung/ Begriffsdefinition "Was ist Physikalische Chemie?"; Vorstellung der Vorlesungsinhalte

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
03+04 03.05.

Grundbegriffe der Thermodynamik: System und Umgebung; Phase; Gleichgewicht; Zustandsgrößen; Zustandsgleichungen; Zustandsfunktionen; Nullter Hauptsatz der Thermodynamik; Prozessgrößen

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
05+06 10.05.

Reales Gas: van der Waals Gleichung; Virialreihenentwicklung; kritischer Punkt

Energie: Erster Hauptsatz der Thermodynamik; mikroskopisches Bild von Arbeit und Wärme; Innere Energie; Enthalpie; Wärmekapazität: Cv und Cp

3 TD II
07+08 17.05.

U und H als thermodynamische Werkzeuge: Joule–Thomson Effekt; Linde Kühlschrank; Adiabatengleichung

Thermochemie: Reaktionswärme Bildungsenthalpie; Satz von Hess; Born–Haber Kreisprozess

4 TD III
09+10 24.05.

Entropie: spontane und nicht spontane Prozesse; Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik; Reversibilität; Dritter Hauptsatz der Thermodynamik; Entropie und Wärmekapazität; Entropie und Wahrscheinlichkeit

Wärmekraftmaschinen: Carnot`scher Kreisprozess; Wirkungsgrad; Formulierungen des Zweiten Hauptsatzes; Unerreichbarkeit des absoluten Nullpunkts

5 TD IV
11+12 31.05.

Freie Energie und Freie Enthalpie: Gibbs’sche Fundamentalgleichung; Transformation von Zustandsfunktionen; Maxwellbeziehungen

Chemisches Potenzial: Partiell molare Freie Enthalpie; Abhängigkeit vom Konzentrationsmaß; Abhängigkeit von p und T; Phasengleichgewichte; Clausius–Clapeyron Gleichung; Gibbs’sche Phasenregel

6 TD V
13+14 14.06.

Mehrstoffsysteme: Chemisches Potenzial in Mischungen; partiell molare Größen; Gibbs–Duhem Gleichung; Gesetze von Raoult und Henry; Kolligative Eigenschaften

7 TD VI

Mischungsvorgänge aus Sicht der Kontinuumsthermodynamik und der Statistischen Mechanik

15+16 21.05.

Chemisches Gleichgewicht: Kp, Kx und Kc und deren Abhängigkeit von p und T

8 TD VII

Transportphänomene: Allgemeine Transportgleichung; Wärme-, Stoff-, Ladungs- und Impulstransport; Diffusion: erstes und zweites Fick’sches Gesetz; Irrflugstatistik; Einstein–Smoluchowski Gleichung.

17+18 28.06.

Reaktionsgeschwindigkeit: Geschwindigkeitsgesetze; Geschwindigkeitskonstante; Reaktionsordnung; Halbwertszeit

9 KIN I

Aktivierungsenergie: Arrheniusgleichung; Stoßtheorie; Maxwell–Boltzmann Verteilung; Katalyse; chemisches Gleichgewicht aus kinetischer Perspektive; Zusammenhang zw. Arrhenius- und Van't Hoff Gleichung

10 KIN II
19 05.07.

Reaktionsmechanismen: Elementarreaktionen; Folgereaktionen; Parallelreaktionen; Stoßaktivierung; Michaelis–Menten Kinetik

20+21 12.07.

Leitfähigkeit: Ionenwanderung und elektrische Leitfähigkeit; Überführungszahlen

11 EC I

Starke und schwache Elektrolyte: Abweichung vom idealen Verhalten: starke und schwache Elektrolyte

22+23 19.07.

Nernst-Gleichung: Redoxreaktionen; elektrochemische Zellen

12 EC II

Praktische Elektrochemie: Nernst Gleichung; Batterien und Akkumulatoren; Elektrolyse; Zersetzungsspannung; Überspannung; Faraday Gesetze

24+25

Ansatz der Statistischen Thermodynamik: Mikro- und Makrozustände; Verteilung und Gewicht

Boltzmannverteilung: Wahrscheinlichste Verteilung; Zustandssumme; Entartung

13 STD
26+27

Molekulare und Systemzustandssumme: Konzept der Gesamtheit; Kanonische Zustandssumme; Systeme unabhängiger Teilchen

Zustandssumme und Thermodynamische Funktionen: Statistische Definition der Entropie; Innere Energie und Zustandssumme; Entropie und Zustandssumme; weitere Thermod. Funkt. aus der Zustandssumme