Physikalische Chemie

I: Atome, Moleküle, Kerne.- 1 Gasmoleküle und ihre Energie.- 1.1 Die Gasgesetze von Boyle-Mariotte und Gay-Lussac.- 1.2 Das ideale Gasgesetz und die Gaskonstante.- 1.3 Daltonsches Partialdruckgesetz und mittlere Molmasse.- 1.4 Das kinetische Modell der Gase.- 1.5 Mittlere kinetische Energie und Gleichverteilungssatz.- 1.6 Die MB-Geschwindigkeitsverteilung.- 1.7 Gasmoleküle als starre Kugeln.- 1.8 Reale Gase und Moleküldurchmesser.- 2 Die quantenmechanische Beschreibung atomarer Teilchen.- 2.1 Licht-Materiewechselwirkung.- 2.2 Das Bohrsche Atommodell.- 2.3 Das Konzept der Quantenmechanik.- 2.4 Teilchen in einem eindimensionalen Potentialtopf.- 2.5 Teilchen in einem dreidimensionalen Potentialtopf.- 2.6 Die Translationsenergie.- 2.7 Die Rotationsenergie.- 2.8 Die Schwingungsenergie.- 2.9 Normalschwingungen mehratomiger Moleküle.- 3 Der Atomaufbau.- 3.1 Die Energieeigenwerte der Einelektronenatome.- 3.2 Die Eigenfunktionen der Einelektronenatome.- 3.3 Das Vektormodell der Einelektronenatome.- 3.4 Zweielektronenatome.- 3.5 Das Antisymmetrieprinzip.- 3.6 Das He-Atom.- 3.7 Atomaufbau der Elemente.- 3.8 Elektronenkonfiguration und chemisches Verhalten der Atome.- 4 Molekülsymmetrie und Gruppentheorie.- 4.1 Symmetrieoperationen in Matrizendarstellung.- 4.2 Die Prinzipien der Gruppentheorie.- 4.3 Der Charakter von Matrizendarstellungen.- 4.4 Molekülsymmetrie und Charaktertafel.- 4.5 Gruppentheoretische Anwendungen.- 5 Chemische Bindung und Molekülaufbau.- 5.1 Klassische Deutungsversuche und Ionenbindung.- 5.2 Das H2-Molekül.- 5.3 VB-Methode und Hybridisierung von Atomorbitalen.- 5.4 Valenzorbitale und ihre Symmetrie.- 5.5 Resonanzhybridisierung.- 5.6 Variationsrechnung und MO-Theorie.- 5.7 Zweiatomige, homonukleare Moleküle und ihre Symmetrie.- 5.8 Zweiatomige, heteronukleare Moleküle und Elektronegativität.- 5.9 Konjugierte ?-Elektronensysteme.- 5.10 Koordinations- und Elektronenüberschußverbindungen.- 6 Molekülspektren.- 6.1 Strahlungstheorie.- 6.2 Das Lambert-Beersche Absorptionsgesetz.- 6.3 Rotationsspektren.- 6.4 Schwingungsspektren.- 6.5 Elektronenspektren.- 6.6 Photoelektronen- und Massenspektroskopie.- 6.7 Kern- und Elektronenresonanzspektroskopie.- 7 Elektrische und magnetische Molekülmomente.- 7.1 Die dielektrische Polarisation.- 7.2 Das elektrische Dipolmoment.- 7.3 Messung des Dipolmoments und der Polarisierbarkeit.- 7.4 Dipolmoment und Ionencharakter.- 7.5 Magnetische Molekülmomente.- 8 Lichtstreuung an Molekülen.- 8.1 Ramanspektren.- 8.2 Rayleighstreuung an Makromolekülen.- 8.3 Beugungserscheinungen.- 8.4 Die Wierlgleichung.- 8.5 Auswertung des Beugungsspektrums.- 9 Aufbau der Atomkerne.- 9.1 Allgemeine Kerneigenschaften.- 9.2 Tröpfchenmodell und Stabilität der Atomkerne.- 9.3 Das Schalenmodell der Atomkerne.- 9.4 Natürliche und künstliche radioaktive Kerne.- 9.5 Kernanregung, Kernreaktionen und Kernspaltung.- 9.6 Elementarteilchen.- II: Gase, Flüssigkeiten, Festkörper und Mischphasen.- 10 Statistische Beschreibung der Materie.- 10.1 Das Antisymmetrieprinzip.- 10.2 Die FD- und die BE-Statistik.- 10.3 Die MB-Verteilung und der Multiplikator ?.- 10.4 Das Konzept der Zustandssumme.- 10.5 Die Zustandssummen der Translation, der Rotation und der Schwingung und die mittlere Gesamtenergie eines Gases.- 10.6 Statistische Begründung der MB-Geschwindigkeitsverteilung.- 10.7 Die Entropie.- 10.8 Die Mischungsentropie.- 10.9 Das chemische Potential ? und der Multiplikator ?.- 11 Die Thermodynamik.- 11.1 Zustandsfunktionen und Energieerhaltungssatz.- 11.2 Wärme und Volumenarbeit.- 11.3 Enthalpie und spezifische Wärme bei konstantem Druck.- 11.4 Statistische Berechnung der Molwärme.- 11.5 Entropie und 2. Hauptsatz.- 11.6 Die freie Enthalpie.- 11.7 Unerreichbarkeit des absoluten Nullpunktes.- 11.8 Entropie und 3. Hauptsatz.- 11.9 Das thermodynamische Formelgebäude.- 12 Reale Gase.- 12.1 Das reale Verhalten der Gase.- 12.2 Das Theorem der übereinstimmenden Zustände.- 12.3 Das van der Waalsgas.- 12.4 Statistische Behandlung realer Gase.- 12.5 Statistische Interpretation des van der Waalsgases.- 12.6 Die Molwärmedifferenz und der Joule-Thomsonkoeffizient.- 12.7 Die freie Enthalpie.- 13 Die Kristallstruktur.- 13.1 Die Kristallsymmetrie.- 13.2 Kristallgitter und Elementarzelle.- 13.3 Braggsche Reflexion und Einkristallverfahren.- 13.4 Das Debye-Scherrerverfahren und die NaCl-Struktur.- 13.5 Der Strukturfaktor.- 13.6 Fouriersynthese der Elektronendichte.- 14 Festkörper.- 14.1 Ionenkristalle und Gitterenergie.- 14.2 Die Molwärme.- 14.3 Die Molwärme der Metalle und das Elektronengasmodell.- 14.4 Bändermodell und Metalle.- 14.5 Valenzkristalle und Halbleiter.- 14.6 Molekülkristalle.- 14.7 Der reale Festkörper.- 14.8 Diffusion und Leitfähigkeit.- 15 Flüssigkeiten.- 15.1 Flüssigkeitsstruktur und Röntgenbeugung.- 15.2 Paarverteilungsfunktion und thermodynamische Eigenschaften.- 15.3 van der Waalswechselwirkungen.- 15.4 Dampfdruck und Verdampfungsenthalpie.- 15.5 Verdampfungsentropie und Gasmodell.- 15.6 Die Molwärme.- 15.7 Computersimulation.- 15.8 Die Viskosität und das Hagen-Poiseuillesche Gesetz.- 15.9 Die Oberflächenspannung.- 16 Systeme aus mehreren chemischen Komponenten und Phasen.- 16.1 Phasen, Komponenten und Freiheiten.- 16.2 Das chemische Potential von Komponenten in Mischphasen.- 16.3 Zustandsdiagramme einkomponentiger Systeme.- 16.4 Zustandsdiagramme zweikomponentiger flüssiger Systeme.- 16.5 Thermodynamik idealer und realer flüssiger Mischungen.- 16.6 Unvollständig mischbare Flüssigkeiten.- 16.7 Schmelzdiagramme.- 16.8 Zustandsdiagramme dreikomponentiger Systeme.- 16.9 Freie Enthalpie und Stabilität von Mischkristallen.- 16.10 Phasenumwandlungen zweiter Ordnung.- 17 Kolligative Eigenschaften von Lösungen.- 17.1 Dampfdruckerniedrigung.- 17.2 Siedepunkterhöhung.- 17.3 Gefrierpunkterniedrigung.- 17.4 Der osmotische Druck.- 17.5 Löslichkeit von Gasen und festen Stoffen.- 17.6 Lösungswärmen.- 17.7 Nernstsches Verteilungsgesetz.- 18 Elektrolyt- und Makromoleküllösungen.- 18.1 Elektrolytlösungen und ihre Leitfähigkeit.- 18.2 Die Hydratation der Ionen.- 18.3 Die Ionenwolke und der Aktivitätskoeffizient.- 18.4 Theorie der elektrolytischen Leitfähigkeit.- 18.5 Makromolekulare Lösungen.- 18.6 Diffusion und Brownsche Molekularbewegung.- 18.7 Sedimentation.- 18.8 Viskosität.- III: Thermodynamische und kinetische Behandlung chemischer Reaktionen.- 19 Thermochemie.- 19.1 Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie.- 19.2 Direkte und indirekte Bestimmung der Reaktionswärme.- 19.3 Standardbildungsenthalpie.- 19.4 Temperaturabhängigkeit der Reaktionsenthalpie.- 19.5 Statistische Berechnung der Reaktionsenthalpie.- 19.6 Thermochemische Bindungsenergien.- 19.7 Gitter- und Hydratationsenthalpie.- 20 Das chemische Gleichgewicht.- 20.1 Die freie Reaktionsenthalpie.- 20.2 Temperatur- und Druckabhängigkeit der freien Reaktionsenthalpie.- 20.3 Die Gleichgewichtskonstante.- 20.4 Statistische Berechnung der Gleichgewichtskonstante.- 20.5 Allgemeine Formulierung des chemischen Gleichgewichts.- 20.6 Säure-Basengleichgewicht.- 20.7 Das Löslichkeitsprodukt.- 21 Das elektrochemische Gleichgewicht.- 21.1 Die elektrochemische Zelle.- 21.2 Die EMK und das Elektrodenpotential.- 21.3 Konzentrationszellen, Diffusionspotential und Salzbrücken.- 21.4 Spezielle Elektroden und ihre Anwendung.- 21.5 Bestimmung thermodynamischer Größen aus EMK-Daten.- 21.6 Membrangleichgewicht und elektrochemisches Potential.- 21.7 Das Donnangleichgewicht.- 22 Kinetik homogener Reaktionen.- 22.1 Phänomenologische Begriffe der chemischen Kinetik.- 22.2 Vollständige Reaktionen erster und höherer Ordnung.- 22.3 Unvollständige Reaktionen und chemische Relaxation.- 22.4 Folgereaktionen und Näherung des stationären Zustandes.- 22.5 Homogene Katalyse und Enzymreaktionen.- 22.6 Die Geschwindigkeitskonstante.- 22.7 Theorie des Übergangszustandes.- 22.8 Die Stoßtheorie.- 22.9 Theorie monomolekularer Zerfallsreaktionen.- 22.10 Theorie diffusionskontrollierter Reaktionen.- 22.11 Quantenstatistische Geschwindigkeitstheorie.- 23 Phasengrenzflächen und Kinetik heterogener Reaktionen.- 23.1 Die elektrische Doppelschicht.- 23.2 Elektrodenkinetik.- 23.3 Festkörperkontakte.- 23.4 Adsorption von Gasmolekülen an Festkörperoberflächen.- 23.5 Heterogene Katalyse.- 23.6 Die Oxidation von Metallen.- 23.7 Lösungsreaktionen.- 23.8 Adsorption an Flüssigkeitsoberflächen.- 24 Photochemie.- 24.1 Strahlungsgleichgewicht und Lebensdauer angeregter Zustände.- 24.2 Fluoreszenz und Phosphoreszenz.- 24.3 Induzierte Emission und Laser.- 24.4 Photochemische Reaktionen und Blitzlichtphotolyse.- 24.5 Photoeffekte an Halbleiterkontakten.- 25 Irreversible Thermodynamik.- 25.1 Kinetik und Thermodynamik.- 25.2 Die Entropieproduktion irreversibler Prozesse.- 25.3 Elektrokinetische Effekte.- 25.4 Atomistische Behandlung der Elektroosmose und des Strömungspotentials.- 25.5 Onsagerrelationen und Prinzip der minimalen Entropieproduktion.- 25.6 Nichtlineare Prozesse.- 4: Anhang.- I. Vektoren und Vektoroperationen.- III. Ersatz von Summen durch Integrale.- IV. Energiedichte des elektrostatischen bzw. elektromagnetischen Feldes.- V. Transformation des Laplaceoperators in Kugelkoordinaten.- VI. Zugeordnete Legendresche Polynome.- VII. Hermitesche Polynome.- VIII. Taylorreihenentwicklung.- IX. Determinanten und Gleichungssysteme.- X. Zugeordnete Laguerresche Polynome.- XI. Orthogonalität von Eigenfunktionen.- XII. Variationstheorem.- XIII. Fourierreihe und Fourierintegral.- XIV. Tunneleffekt.- XV. Stirlingsche Näherungsformel.- XVI. Lagrangesche Multiplikatoren.- XVIII. Kontinuitätsgleichung.- XIX. Londonsche Dispersionsenergie.- XX. Die Gaußsche Verteilung.- XXI. Poissonsche Gleichung und Debye-Hückeltheorie.- Verzeichnis der Symbole.- Tabellen.- Basisgrößen, Einheiten, Vielfache und Definitionen des internationalen Einheitensystems (SI).- Abgeleitete SI-Einheiten und SI-fremde Einheiten.- Konzentrationseinheiten und Umrechnungsfaktoren.- Energieumrechnungsfaktoren und einige wichtige physikalische Konstanten in SI-Einheiten.- Atomgewichte.- Isotopentabelle.- Elektrodenstandardpotentiale.- Thermodynamische Eigenschaften eigener Substanzen.- Thermodynamische Eigenschaften von Ionen in wäßriger Lösung.- Charaktertafeln.- Namen- und Sachwortverzeichnis.