Physikalische Chemie. Peter W. Atkins

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Dies sind sehr kurze Beispiele, die zeigen, wie eine Gleichung oder ein Konzept konkret angewendet wird, meist durch einfaches Einsetzen vorgegebener Werte.

       Beispiele

      Beispiel 1.1: Anwendung der Zustandsgleichung des idealen Gases

      In einem Industrieprozess wird Stickstoff in einem Gefäß mit konstantem Volumen auf 500 K erhitzt. Bei Eintritt in den Behälter beträgt sein Druck p = 100 atm und seine Temperatur T = 300 K. Unter welchem Druck steht das Gas bei Arbeitstemperatur, wenn es sich ideal verhält?

      Vorgehensweise Da die Temperatur ansteigt, erwarten wir, dass der Druck zunimmt. Die Zustandsgleichung des idealen Gases in der Form pV/nT = R

      Die ausführlich durchgerechneten Beispiele erläutern detailliert die Anwendung des im Text Gelernten und erfordern meist die Zusammenstellung und Nutzung mehrerer Gleichungen und Konzepte. Wir empfehlen, die Beispiele nicht nur zu rezipieren, sondern sich erst selbst an der Lösung zu versuchen. Selbsttests am Ende eines Beispiels geben Ihnen die Gelegenheit, Ihr Verständnis zu überprüfen.

       Diskussionsfragen

       Abschnitt 3.1 - Die Entropie

       Diskussionsfragen

      D3.1.1 Die biologische Evolution erfordert die Organisation einer großen Zahl von Molekülen in lebenden Zellen. Verletzt die Bildung von Organismen den Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik? Formulieren Sie Ihre Antwort klar und schlüssig und begründen Sie sie mit ausführlichen Argumenten.

      D3.1.2 Diskutieren Sie die Bedeutung der Begriffe „Verteilung“ und „Unordnung“ im Kontext des Zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik.

      D3.1.3 Diskutieren Sie die Beziehungen zwischen den unterschiedlichen Formulierungen des Zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik.

      Jeder Fokus schließt mit Diskussionsfragen, die abschnittsweise organisiert sind. Diese Fragen sollen Sie ermuntern, das Gelesene zu reflektieren, sich die Schlüsselkonzepte zu vergegenwärtigen und über deren Implikationen und Limitationen nachzudenken.

       Leichte und schwerere Aufgaben

       Leichte Aufgaben

      L3.5.1a 2,5 mmol eines idealen Gases nehmen bei 300 K ein Volumen von 42 cm³ ein. Berechnen Sie ΔG für die isotherme Expansion auf 600 cm³.

      L3.5.1b 6,0 mmol eines idealen Gases nehmen bei 298 K ein Volumen von 52 cm³ ein. Berechnen Sie ΔG für die isotherme Expansion auf 122 cm³.

      L3.5.2a Für einen bestimmten Prozess, der unter konstantem Druck abläuft, wurde die Beziehung ΔG/J = −85,40 + 36,5(T/K) gefunden. Berechnen Sie ΔS für diesen Prozess.

      L3.5.2b Für einen bestimmten Prozess, der unter konstantem Druck abläuft, wurde die Beziehung ΔG/J = −73,10 + 42,8(T/K) gefunden. Berechnen Sie ΔS für diesen Prozess.

       Schwerere Aufgaben

       S3.5.1

Am Ende eines jeden Abschnitts finden Sie leichte und schwerere Aufgaben. Die leichten Aufgaben bestehen im Wesentlichen aus der Anwendung einer Gleichung in einem konkreten Fall und erfordern eine numerische Antwort. Die schwereren Aufgaben erfordern gründlicheres Nachdenken und bedürfen einer ausführlicheren Antwort. Die Lösungen zu den leichten „a“-Aufgaben sowie zu den ungeraden schwereren Aufgaben finden Sie im separat erhältlichen Arbeitsbuch Physikalische Chemie.

       Anwendungen

      Anwendung 1: Umweltwissenschaft – Die Bedeutung der Gasgesetze für das Wetter

      Die umfangreichste uns zugängliche „Gasprobe“ ist die Atmosphäre, ein Gasgemisch, dessen Zusammensetzung Sie Tab. A1 entnehmen können. Diffusion und Konvektion (Winde, insbesondere örtliche Turbulenzen oder Wirbel) halten die Zusammensetzung ungefähr konstant. Druck und Temperatur hingegen hängen von der Höhe über dem Meeresspiegel und von den lokalen Gegebenheiten ab, insbesondere in der Troposphäre, die sich bis in 11 km Höhe erstreckt.

      entspricht, so hängt der Druck p gemäß der barometrischen Höhenformel