Phys. Chemie I.

KURSPROGRAMM
Name des Faches: Physikalische Chemie für Pharmazeuten I.
Studiengang: Pharmazie
Abgekürzter Name des Faches: Phys. Chem.
Englischer Name des Faches: Physical Chemistry I.
Neptun-Kode: GYKFKT017E1N (Vorlesung )
Institut: Eötvös Loránd Universität Institut für Physikalische Chemie
Name des Lehrbeauftragter:
Stellung, akademischer Grad:
Dr. Győző G. Láng
Universitätsprofessor
Telefon: +36-1-209-0555
Nebenstelle:1107/1124
E-Mail: [email protected]
Weitere Lehrbeauftragter:
Stellung, akademischer Grad:
Zahl der Kontaktstunden pro Woche: 4
Kreditpunkt des Faches: 4
Kurzbeschreibung der Thematik:
Die physikalische Chemie versucht mit Hilfe theoretischer und experimenteller Methoden, die
Eigenschaften von Stoffen und deren Umwandlung zu beschreiben. Dies hat letztendlich das Ziel, für
alle relevanten Vorgänge allgemeingültige mathematische Formeln mit klar definierten Einheiten und
exakten Zahlenwerten aufzustellen. Das Gesamtgebiet der Physikalischen Chemie wird üblicherweise in
die
Sparten
Chemische
und
Statistische
Thermodynamik,
Transporterscheinungen,
Oberflächenerscheinungen, Reaktionskinetik und Elektrochemie gegliedert. In diesem Kurs soll ein
umfassender Überblick über die wichtigsten Teilgebiete der physikalischen Chemie gegeben werden,
mit dem Hauptakzent auf Thermodynamik, Reaktionskinetik und Elektrochemie.
Inhalte:
Thermodynamik: Zustandsvariablen von gasförmigen und kondensierten Systemen, Aggregatzustände,
Gesetze idealer und realer Gase, Hauptsätze der Thermodynamik, Phasengleichgewichte,
Phasenumwandlungen, Chemisches Gleichgewicht.
Kinetik:
Reaktionsgeschwindigkeit,
Geschwindigkeitsgesetze
einfacher
und
komplexer
Reaktionsabläufe, Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit, Aktivierungsenergie, Theorie
des aktivierten Komplexes, Kinetik biochemischer Systeme.
Elektrochemie: Elektrolyten, Interionische Wechselwirkungen, Ladungstransport durch Ionen,
Elektrochemisches
Gleichgewicht,
Elektrodenreaktionen
und
elektrochemische
Zellen,
Elektrodenkinetik.
Lernergebnisse/Kompetenzen: Die Studierenden sollen die grundlegenden Zusammenhänge der
Thermodynamik, Kinetik und Elektrochemie kennenlernen und verstehen sowie die so gewonnenen
Erkenntnisse auf entsprechende Probleme anwenden können.
Kursdaten
Empfohlenes
Semester der
Fachaufnahme
Vorlesung
(pro Woche)
3. Semester
4
Praktikum
(pro Woche)
Seminar
(pro Woche)
Individuelle
Stunde
Gesamtstundenzahl
(pro Semester)
Semester
Konsultation
-
-
56
3
Je nach
Bedarf
2
Programm des Semesters
I. Thematik der Vorlesungen
1. Woche: Einführung in die Physikalische Chemie. Grundbegriffe und Arbeitstechniken.
Einführung in die chemische Thermodynamik: Zustand, System und Umgebung, Phase, Gleichgewicht, intensive und
extensive Größen, Druck, Arbeit, Wärme, Temperatur, Nullter Hauptsatz der Thermodynamik. Wärmeaustausch und
Wärmekapazität. Innere Energie (U), Volumenarbeit, Enthalpie (H).
2. Woche: Isotherme und adiabatische Prozesse. Das Modell des idealen Gases. Die thermische Zustandsgleichung des
idealen Gases. Mischungen idealer Gase, Partialdruck und Molenbruch. Der Erste Hauptsatz der Thermodynamik und die
kalorische Zustandsgleichung. Die partiellen Ableitungen von U und H nach T, die molaren Wärmekapazitäten.
Reaktionslaufzahl (ξ). Die partiellen Ableitungen von U und H nach ξ, die Reaktionsenergie und die Reaktionsenthalpie. Der
Heßsche Satz. Die Standard-Bildungsenthalpien. Der Carnotsche Kreisprozess.
3. Woche: Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik und die Entropie. Entropie und Wahrscheinlichkeit. Einführung in die
statistische Thermodynamik. Wahrscheinlichkeitsrechnung und Verteilungsfunktion. Die Boltzmann-Statistik. Der Dritte
Hauptsatz der Thermodynamik. Das Theorem von Nernst. Ermittlung absoluter Entropien
4. Woche: Die thermische Zustandsgleichung des realen Gases. Zweiphasengebiet, kritische Punkt, das Theorem der
übereinstimmenden Zustände. Die thermische Zustandsgleichung kondensierter Stoffe. Der Joule-Thomson-Effekt. Ideale
und reale Mischphasen. Thermodynamische Größen von Mischphasen, partielle molare Größen. Mischungseffekte in idealen
Mischphasen. Mischungsentropie
5. Woche: Freie Energie, Freie Enthalpie. Das chemische Potential. Temperatur- und Druckabhängigkeit des chemischen
Potentials. Theorie der homogenen Funktionen. Die Gibbs-Duhemsche Gleichung. Phasengleichgewichte. Die Gibbssche
Phasenregel. Phasengleichgewichte in Einkomponentensystemen und in Zweikomponentensystemen. Aktivität und
Aktivitätskoeffizient. Dampfdruckerniedrigung. Siedepunktserhöhung und Gefrierpunktserniedrigung. Osmotischer Druck.
6. Woche: Phasengleichgewichte in Zweistoffsystemen. Dampfdruckdiagramme, Gleichgewichtsdiagramme, Siedediagramme. Schmelzdiagramme binärer Systeme. Ternäre Systeme. Das chemische Gleichgewicht. Standardreaktion,
Gleichgewichtskonstante. Homogene Gasgleichgewichte und Lösungsgleichgewichte.
7. Woche: Heterogene Gleichgewichte. Temperaturabhängigkeit und Druckabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten.
Berechnung von Gleichgewichtskonstanten. Grenzflächengleichgewichte. Thermodynamik der Grenzflächen. Die
Oberflächenspannung. Adsorption. Transporterscheinungen. Die allgemeine Transportgleichung
8. Woche: Einführung in die chemische Kinetik. Reaktionsgeschwindigkeit. Geschwindigkeitsgleichung. Geschwindigkeitskoeffizient. Ordnung der Reaktion. Reaktionen nullter Ordnung, erster Ordnung, zweiter Ordnung, dritter Ordnung. Die
Bestimmung der Reaktionsordnung
9. Woche: Folge- und Parallelreaktionen. Die Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit. Formale Kinetik
komplizierterer Reaktionen. Die Quasistationarität. Reaktionsmechanismen.
10. Woche: Die Kinetik von Reaktionen in Lösung. Diffusionskontrollierte Geschwindigkeit. Reaktionskontrollierte
Geschwindigkeit. Die Kinetik heterogener Reaktionen. Homogene und heterogene Katalyse.
11. Woche: Grundbegriffe der Elektrochemie. Elektrolyte, Ionen. Die Debye-Hückel-Onsager-Theorie. Die Wanderung von
Ionen im elektrischen Feld und die elektrische Leitfähigkeit. Elektrische Beweglichkeiten, molare Leitfähigkeiten der Ionen.
Überführungszahlen. Die elektrochemische Doppelschicht. Elektrokapillarität.
12. Woche: Elektrochemische Zelle, Galvanische Zelle, Elektrolysezelle. Elektrode. Elektrische Potentialdifferenz der
elektrochemischen Zelle. Konventionen über die Darstellung einer galvanischen Zelle. Elektromotorische Kraft.
Elektrodenpotential. Das Flüssigkeits- oder Diffusionspotential. Die verschiedenen Typen von Elektroden.
13. Woche: Elektrochemische Thermodynamik. Elektrochemisches Potential. Zellreaktion. Potential der Zellreaktion.
Elektrodenprozesse. Elektrodenreaktion.
14. Woche: Die Kinetik von Elektrodenprozessen. Durchtrittsüberspannung, Diffusionsüberspannung. Die Erdey-GruzVolmer Gleichung. Praktische Anwendungen der Elektrochemie. Potentiometrische Bestimmung des pH –Wertes.
3
Voraussetzungen zum Fach
Konsultationsmöglichkeit:
Voraussetzung der Kursaufnahme:
Allgemeine und Anorganische Chemie II., Mathematik II., Biophysik II.
Bedingungen der Anerkennung des Semesters: (Erfolgreiche Teilnahme, Klausuren, Abwesenheit,
usw.)
Teilnahme an mindestens 75 % der Vorlesungen, Ausarbeitung der Hausaufgaben.
Überprüfung der Kenntnisse während der Vorlesungszeit:Voraussetzung der Unterschrift am Ende des Semesters:
Teilnahme an mindestens 75 % der Vorlesungen, Ausarbeitung der Hausaufgaben.
Individuelle studentische Arbeit während des Semesters:
Leistungskontrolle in der Prüfungszeit: Kolloquium (schriftlich)
Vorgeschriebenes externe Praktikum des Faches: Kein
Lehrmaterialien: (Vorgeschriebene und empfohlene Fachbücher, Skripte usw.)
Wedler, Gerd, Lehrbuch der Physikalischen Chemie
Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
ISBN 3-527-31066-5
Vorlesungsmaterialen
Wissenschaftliche, fachbezogene Publikationen und Forschungen:
Die Kursbeschreibung wurde von Dr. Győző G. Láng hergestellt.