Physikalische Chemie. Peter W. Atkins

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СКАЧАТЬ Schlüsselideen

      Die Gesamtenergie eines abgeschlossenen (isolierten) Systems ist konstant.

       Voraussetzungen

      In diesem Abschnitt greifen wir unsere Betrachtungen zu idealen Gasen (Abschn. 1.1) wieder auf, insbesondere die Zustandsgleichung des idealen Gases. Von grundlegender Bedeutung für die Argumentation in diesem Abschnitt ist außerdem die Definition der Arbeit, wie sie in „Toolkit 6: Arbeit und Energie“ beschrieben ist.

      In der Physikalischen Chemie teilt man die Welt zweckmäßigerweise in zwei Teile, das System und seine Umgebung. Das System ist der Teil, den wir untersuchen wollen; das kann ein Reaktionsgefäß

      Kurze Abschnitte sind in Foki organisiert, um die Themen noch klarer zu gliedern und leichter verständlich zu machen. Jeder Abschnitt beginnt mit der Antwort auf die Frage, wieso er wichtig ist, also der Motivation sowie den Schlüsselideen und den Voraussetzungen, die zum Verständnis des jeweiligen Abschnitts nötig sind.

       Hinweise zur guten wissenschaftlichen Praxis

      Hinweis Als Allotrop bezeichnen wir eine bestimmte Molekülform eines Elements (wie z. B. Sauerstoff, O₂, und Ozon, O₃); dabei kann es sich um einen Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gas handeln. Ein Polymorph ist eine bestimmte feste Phase eines Elements oder einer Verbindung.

      Diese Hinweise helfen dabei, typische Fehler von vornherein zu vermeiden. Unter anderem ermutigen sie zur konsequenten und korrekten Nutzung der chemischen Fachsprache, wie sie in den Konventionen und Richtlinien der IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) niedergelegt sind.

       Anhang

	Anhang 1129
Teil 1	Standardintegrale 1129
Teil 2	Einheiten 1130
Teil 3	Daten 1131
Teil 4	Charaktertafeln 1163

Der Anhang am Ende des Buches beinhaltet eine Tabelle nützlicher Integrale, ausführliche Tabellen physikalischer und chemischer Daten sowie Charaktertafeln. Kurze Ausschnitte aus diesen Tabellen erscheinen zusätzlich an den geeigneten Stellen in den Hauptabschnitten des Buches: sie sollen dort ein Gefühl für die typischen Werte physikalischer Größen vermitteln, die im Text erwähnt werden. Außerdem dienen sie als Datenquelle für Illustrationen und Rechenbeispiele.

       Schlüsselkonzepte

       Schlüsselkonzepte

      1. Der physikalische Zustand einer Substanzpro be wird durch seine physikalischen Eigenschaften bestimmt.

      2. Ein System befindet sich im mechanischen Gleichgewicht mit seiner Umgebung, wenn die Drücke auf beiden Seiten einer gemeinsamen, beweglichen Wand identisch sind.

      Eine Auflistung der Schlüsselkonzepte erfolgt am Ende eines jeden Abschnitts, so dass Sie diejenigen Punkte abhaken können, die Sie bereits vollständig verstanden haben. Die Schlüsselkonzepte fassen in knappester Form die wichtigsten Punkte des jeweiligen Abschnitts zusammen, sodass Sie diese Kernaussagen vor Klausuren oder Prüfungen noch einmal verinnerlichen können.

       Herleitungen

      Herleitung 4.1: Die Phasenregel

      Die Herleitung der Phasenregel kann am einfachsten verstanden werden, wenn wir uns zunächst auf die Betrachtung eines Systems beschränken, das nur eine einzelne Komponente enthält. Anschließend verallgemeinern wir die Betrachtung, indem wir das Ergebnis auf Systeme anwenden, die aus einer beliebigen Anzahl von Komponenten bestehen.

      Schritt 1 Aufstellen der Phasenregel für ein Einkomponentensystem.

      Wenn nur eine einzige Phase vorliegt, ist F = 2, und p und T können unabhängig voneinander variiert werden (zumindest über einen kleinen Bereich), ohne dass sich die Zahl der Phasen ändert. Für zwei Phasen α und β im Gleichgewicht ist P = 2. Wenn diese beiden Phasen bei gegebenen Werten von Druck und Temperatur im Gleichgewicht vorliegen, dann müssen ihre chemischen Potenziale identisch sein:

      Diese helfen Ihnen zu verstehen, wie eine Gleichung aufgrund der getroffenen Annahmen und den benötigen mathematischen Schritten hergeleitet wird. Jede Herleitung nimmt eine Frage oder ein Problem aus dem Text auf, entwickelt die notwendige Mathematik und schließt mit der gewünschten Gleichung und der Antwort auf die Ausgangsfrage.

       Toolkits

      Toolkit 2: Eigenschaften der Materie

      Der Zustand einer makroskopischen Probe wird festgelegt, indem man die Werte einer Reihe von Eigenschaften angibt. Zu ihnen gehören:

       • Die Masse m, ein Maß für die Menge einer Substanz (Einheit: Kilogramm, kg).

       • Das Volumen V, ein Maß für den von der Probe eingenommenen Raum (Einheit: Kubikmeter, m3).

       • Die Stoffmenge n, ein Maß für die Zahl von Teilchen (Atome, Moleküle oder Formeleinheiten) in der Probe (Einheit: Mol, mol).

      Die Toolkits sollen Ihnen die mathematischen, physikalischen oder chemischen Konzepte in Erinnerung rufen, die Sie zum Verständnis des Lehrbuchs benötigen. Sie erscheinen jeweils dort, wo sie zuerst gebraucht werden. Dabei sind viele Toolkits für mehr als einen Abschnitt relevant.

       Schlüsselgleichungen

      Die wichtigsten Gleichungen auf einen Blick

Stichwort	Gleichung
Partielles molares VolumenChemisches PotenzialFreie Gesamtenthalpie

      Am Ende eines jeden Abschnitts werden die wichtigsten Gleichungen und deren Gültigkeitsbedingungen kurz zusammengefasst.

       Illustrationen

      Illustration 3.4

      Wenn das Volumen eines idealen Gases bei konstanter Temperatur verdoppelt wird, gilt V_E/V_A = 2; somit beträgt die Änderung der molaren Entropie des Systems

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