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Vorlesung : Criegee-HS Mi. & Fr. 9.45 - 11.15 Uhr

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Presentation Transcript

  1. Physikalische Chemie I Vorlesung: Criegee-HS Mi. & Fr. 9.45 - 11.15 Uhr Teil A: Thermodynamik PD Dr. Patrick Weis Teil B: Kinetik Prof. Dr. Marcus Elstner Übungen: HS I & II Di. 17.30 - 19:00 Uhr Übungsleiter Teil A: Dipl. Chem. Rebecca Kelting Dr. Katerina Mattheis Tutorien: Seminarraum 411, Geb. 30.44 (PC-Turm, 4.OG) Di. 11:30 -12:30 Uhr Martin Grüßer Mi. 8:30 - 9:30 Uhr Michael Lorenz Mi. 11:30 -12:30 Uhr Rainhard Machatschek Do. 9:45 -10:45 Uhr Christian Schöttle Do. 14:00 -15:00 Uhr Constantin Kohl Fr. 8:30 - 9:30 Uhr Lorenz Schmidt

  2. In der Vorlesung gezeigte Folien, Übungsblätter Studierendenportal https://studium.kit.edu vorname.nachname@student.kit.edu

  3. In der Vorlesung gezeigte Folien, Übungsblätter Studierendenportal https://studium.kit.edu

  4. In der Vorlesung gezeigte Folien, Übungsblätter Studierendenportal https://studium.kit.edu

  5. Passwort: Molekel

  6. Klausur: Fr. 18.02.11, 14:30 - 16:30 Uhr HS Neue Chemie (Geb. 30.41) Nachklausur: Fr. 8.04.11, 9:30 - 11:30 Uhr HS Neue Chemie (Geb. 30.41) 10 Aufgaben (im Stil der Übungsaufgaben) 100 Punkte (gesamt), 55 Punkte (zum Bestehen) Hilfsmittel: Taschenrechner (nicht programmierbar, nicht grafikfähig), Formelsammlung (2 Blätter, DIN A4, keine Lehrbücher) Unterscheide: (1) für Physiker  8 Leistungspunkte (Klausur) [+ 6 (Praktikum)]  Klausur benotet (Modulnote setzt sich aus Klausur + Praktikum zusammen) (2) Für Chemiker Klausur nicht benotet (nach dem Praktikum mündl. Modulabschlußprüfung)  Bestehen der Klausur relevant für Zugang zum PC-Praktikum bis zu 20 Bonuspunkte (4 Kurztests während der Übungen, je 5 Punkten). Bonuspunkte werden nur für die Klausur, am 18.02.11., nicht für die Nachklausur angerechnet

  7. Lehrbücher: (für PC1 und PC2) P. W. Atkins, Julio de Paula, "Physikalische Chemie", Wiley-VCH, Weinheim 4., vollständig überarbeitete Auflage - September 2006 82,90 Euro ISBN-10: 3-527-31546-2 ISBN-13: 978-3-527-31546-8 P.W. Atkins,Charles A. Trapp, Marshall P. Cady, Carmen Giunta, "Arbeitsbuch Physikalische Chemie"Wiley-VCH, Weinheim Lösungen zu den Aufgaben 49,90 EuroApril 2007 ISBN-10: 3-527-31828-3 ISBN-13: 978-3-527-31828-5G. Wedler, "Lehrbuch der Physikalischen Chemie",(5. Auflage, 2004) Wiley-VCH, Weinheim 5., vollst. überarb. u. aktualis. Auflage - August 2004 89,90 Euro 2004. XXX, 1072 Seiten, Hardcover ISBN-10: 3-527-31066-5 ISBN-13: 978-3-527-31066-1 - Wiley-VCH, Weinheim Donald A. McQuarrie, John D. Simon, "Physical Chemistry – A Molecular Approach", University Science Books 1999 ISBN 0-935702-99-7

  8. 1. EINFÜHRUNG: PHYSIKALISCHE CHEMIE

  9. „top down“ „bottom up“ „makroskopische Welt“, mehr als 1020 Moleküle wägbare Mengen – mg, g, kg, t Festkörper- theorie Festkörper-spektroskopie Thermodynamik Kinetik „Nanowelt“, (abzählbar) viele Moleküle Systemgröße Quantenmechanik (Theorie der chem. Bindung in Molekülen) statistische Thermodynamik Molekül-spektroskopie Kinetik „mikroskopische Welt“, einzelnes Molekül

  10. 1. EINFÜHRUNG: PHYSIKALISCHE CHEMIE Kurzer Exkurs: Mikroskopische vs. Makroskopische Welt

  11. Fotoplatte Röntgenbeugung Röntgenstrahlung

  12. Röntgenbeugung Wellenlänge (λ) vergleichbar mit Atomabständen λ je nach Winkel θkonstruktive (hell) oder destruktive (dunkel) Interferenzen

  13. Spitze Direkte Abbildung, „Sehen“ , mit sichtbarem Licht unmöglich Ausweg: Ertasten mit sehr feiner Spitze Rastersondenmikroskopie Rasterkraftmikroskopie (AFM) atomic force microscopy Rastertunnelmikroskopie (STM) scanning tunneling microscopy Abbilden von Oberflächen mit atomarer Auflösung Die Idee: 1) man bewegt die Spitze knapp über eine Oberfläche 2) man misst die Kraft (Strom) zwischen Spitze und Oberfläche 3) man erhält so Punkt für Punkt den Abstand zwischen Spitze und Oberfläche (Höhenlinien) 4) Bildgebung – analog Höhenlinien auf topographischen Karten Oberfläche

  14. Wie sieht so ein Gerät aus? Rastertunnelmikroskop Scanning Tunnelling Microscope (STM) Rasterkraftmikroskop Atomic Force Microscope (AFM) Erfinder: Binnig und Rohrer, IBM

  15. Quelle: Digital Instruments Rasterkraft-Bild einer Glimmeroberfläche. Man erkennt die einzelnen Oberflächenatome. 5 nm = 0.000005 mm

  16. Quelle: Digital Instruments Rastertunnel-Bild von Sauerstoff-Atomen, die auf einer Rhodiumoberfläche adsorbiert (chemisorbiert) sind. 1 Monolage 4 nm = 0.000004 mm

  17. Rastertunnelbild von Iod-Atomen, die auf einer Platinoberfläche adsorbiert sind. 2.5 nm = 0.0000025 mm ... ein Iod-Atom fehlt

  18. Quelle: Don Eigler, IBM Man kann Atome nicht nur "ertasten", sondern auch bewegen: Ein Ring aus 48 Eisenatomen entsteht.

  19. Quelle: Don Eigler, IBM … oder ein Männchen aus einzelnen CO-Molekülen !

  20. Thermodynamik 2.1. Grundbegriffe der Thermodynamik

  21. Heiz-körper Heiz-kessel Systeme: Wasser in Thermoskanne (mit Deckel) offenes Becherglas mit Wasser Wasserkreislauf einer Wohnungsheizung Offen: Stoffaustausch mit Umgebung Wärmeaustausch mit Umgebung Geschlossen: kein Stoffaustausch mit Umgebung Wärmeaustausch mit Umgebung Isoliert (abgeschlossen) kein Stoffaustausch kein Wärmeaustausch

  22. ein „leeres“ Glas (mit Luft gefüllt) Phase 1 (N2,O2,Ar,CO2)

  23. ein Glas Wasser Phase 1 (N2,O2,H2O,Ar,CO2) Phasengrenzfläche Phase 2 (H2O)

  24. ein Glas Wasser mit einem Eiswürfel Phase 3 (H2O) Phase 1 (N2,O2,H2O,Ar,CO2) Phasengrenzflächen Phase 2 (H2O)

  25. Whiskey on the rocks Phase 3 (H2O) Phase 1 (N2,O2,H2O,Ar,CO2) Phasengrenzflächen Phase 2 (H2O, C2H5OH)

  26. ein Glas Wasser mit Öl Phase 1 (N2,O2,H2O,Ar,CO2) Phase 2 (Öl) Phasengrenzflächen Phase 3 (H2O)

  27. ein Glas Milch Phase 1 (N2,O2,H2O,Ar,CO2) Phase 2 (Öl) Phase 3 (H2O)

  28. Extensive / Intensive Variablen - Beispiel: 2 Behälter mit Gas System 2 System 1 System 3 p, V, T,m p, V, T,m p, 2 x V, T, 2 x m

  29. Thermodynamik 2.1. Grundbegriffe der Thermodynamik 2.2. Temperatur und Nullter Hauptsatz

  30. P p T Gasthermometer Kolben mit Gas 1 bar Wasserbad 0 bar -273.15 0 100 T(°C) 1. Fixpunkt Gefrierpunkt von Wasser 2. Fixpunkt Siedepunkt von Wasser

  31. p T Kelvin-Skala P Kolben mit Gas Wasserbad 0 273.15 373.15 T(K)

  32. Thermodynamik 2.1. Grundbegriffe der Thermodynamik 2.2. Temperatur und Nullter Hauptsatz 2.3. Eigenschaften des idealen Gases

  33. Gesetz von Boyle-Mariotte p ~ 1/V Masse m Kolben, Fläche A 2 m 3 m ideales Gas h h/2 h/3 Temperatur konstant !

  34. 3 m Masse m 2 m Kolben, Fläche A ideales Gas h h h T1 2 * T1 3 * T1 Gesetz von Gay-Lussac (1) p ~ T Volumen konstant Temperatur variabel

  35. 3 * T1 T1 2 * T1 m m m 3h 2h h Gesetz von Gay-Lussac (2) V ~ T Druck konstant Temperatur variabel

  36. Isothermen Isobaren

  37. Vm(p,T) V2 T T2 T1 V1 p2 p1 p

  38. Vm(p,T) V2 T2 T1 V1 p2 p1 p p2,V2,T2 p1,V1,T1 T

  39. Vm(p,T) V2 T2 T1 V1 p2 p1 p p2,V2,T2 p2,V*,T1 p1,V1,T1 T

  40. Quelle: http://webbook.nist.gov/chemistry/ Molvolumen von Stickstoff als Funktion des Drucks Temperatur: 300K (27°C)

  41. Molvolumen von Stickstoff als Funktion des Drucks Temperatur: 300K (27°C) ideales Gas

  42. Molvolumen von Stickstoff als Funktion des Drucks Temperatur: 300K (27°C) ideales Gas

  43. Quelle: http://webbook.nist.gov/chemistry/ Molvolumen von Kohlendioxid als Funktion des Drucks Temperatur: 300K (27°C) ideales Gas Meßwerte

  44. Wechselwirkungspotential einiger Moleküle CO2