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Moduldetails
Grundlagen der Physikalischen Chemie
Fakultät für Chemie
TUCHFCH
5
1
4
CH4104
2016S
Zuordnungen zu SPO-Versionen
Lehrveranstaltungen und Prüfungsveranstaltungen
Beschreibungen
Export
Allgemeine Daten (Modulhandbuch)
Bachelor
Einsemestrig
Sommersemester
Deutsch
Arbeitsaufwand (Work Load)
150
60
90
Studien- und Prüfungsleistungen
Die Modulprüfung besteht aus einer Klausur (90 Minuten), in der die Studierenden thermodynamische Prozesse in begrenzter Zeit und ohne Hilfsmittel beschreiben und rechnerisch darlegen sollen. Die Antworten erfordern teils eigene Berechnungen und Formulierungen, teils Ankreuzen von vorgegebenen Mehrfachantworten.
J
N
Beschreibung
- für Studierende der Chemie/Lebensmittelchemie: "Mathematische Methoden der Chemie 1" und "Experimentalphysik 1".
- für Studierende anderer Studiengänge: Sehr gute Grundlagen in Mathematik und Physik von Vorteil!
Nach der Teilnahme am Modul "Grundlagen der physikalischen Chemie" sind die Studierenden in der Lage:
1) den statistischen Charakter der Thermodynamik wiederzuerkennen und sich an den Gibbs'schen Formalismus zu erinnern;
2) die Bedeutung der Zustandsfunktionen und deren Funktion in der Thermochemie und beim Gleichgewicht zu verstehen und zu erklären;
3) die erarbeiteten Gleichungen auf konkrete Probleme der Thermodynamik anzuwenden und zu lösen;
4) Standardphänomene aus der Thermodynamik formal zu analysieren und sie mikroskopisch zu deuten.
Das Modul umfasst die Kapitel 1-6 des Lehrbuchs "Physikalische Chemie" (P.W. Atkins und J. de Paula, 5. Auflage, Wiley-VCH). Dies beinhaltet:
1) Zustandsgleichungen für ideale und reale Gase (intermolekulare Wechselwirkungen, van der Waals Gleichung und Virialentwicklung) und Prinzip der korrespondierenden Zustände;
2) Kinetische Gastheorie, spezifische Wärme, Translations-, Rotations- und Schwingungsfreiheitsgrade, Boltzmann- und Maxwellverteilung (inkl. statistische Grundüberlegungen);
3) Erster Hauptsatz: Innere Energie und Enthalpie als Zustandsfunktionen (vollständiges Differential und Wegunabhängigkeit), isotherme und adiabatische Prozesse, Joule-Thomson Effekt (Inversionstemperatur), Satz von Hess, Kirchoff'scher Satz, Haber-Born Zyklus;
4) Zweiter Hauptsatz: reversible und irreversible Prozesse, Carnot Zyklus, Entropie (thermodynamisch und statistisch), Dritter Haupsatz, Phasenübergang und Trouton'sche Regel, Wirkungsgrad, Wärmepumpe, Freie Energie/Freie Enthalpie (maximale Arbeit), Gibbs'sche Fundamentalgleichungen, Maxwell'sche Gleichungen;
5) Gleichgewicht: partielle molare Größen, chemisches Potential, Henry'sches und Raoult'sches Gesetz, Massenwirkungsgesetz, thermodynamische und andere Gleichgewichtskonstanten, Druckabhängigkeit, Le Chatelier, van't Hoff Gleichung, Gibbs-Helmholtz Gleichung, Fugazität und Aktivität.
6) Grundelemente der Elektrochemie: Elektrochemisches Potential, Nernstgleichung, Redoxreaktionen und Gleichgewicht an Elektroden (Halbzellen), galvanischen- und elektrolytischen Zellen.
Das Modul besteht aus einer Vorlesung (3 SWS) und einer begleitenden Übung (1 SWS). Die Inhalte der Vorlesung werden im Vortrag und durch Präsentationen vermittelt, wobei der Zusammenhang zwischen formalem Werkzeug, mikroskopischer Vorstellung und phänomenologischer Erscheinungsvielfalt herausgearbeitet wird. Zum Vorlesungsstoff werden wöchentlich Übungsblätter mit exemplarischen Problemen zum selbständigen Lösen herausgegeben. In der Zentralübung wird die Lösungsfindung der Aufgaben im engen Bezug zur Vorlesung diskutiert und im Detail vorgerechnet und ausführlich kommentiert. Darüber hinaus wird im Rahmen eines freiwilligen Tutoriums das Aufgabenrechnen in kleineren Gruppen intensiv geübt. Ausführliche Musterlösungen können im Netz abgerufen werden und enthalten:
1) eine Skizze des Lösungswegs;
2) eine komplette Lösung mit allen Rechenschritten und Hinweisen zu typischen Fehlern;
3) weiterführendes Infomaterial, das zum Eigenstudium anregen soll.
Die in der Vorlesung verwendeten Medien setzen sich aus Präsentationen und Tafelanschriften zusammen, um den Studierenden Kenntnisse in der Chemischen Thermodynamik zu vermitteln. Die wöchentlichen Übungsblätter dienen zur Anwendung der erarbeiteten Konzepte und zur Vertiefung der erlernten Kenntnisse. Die Studierenden sollen zum Studium der Literatur und der inhaltlichen Auseinandersetzung mit aktuellen Forschungsthemen angeregt werden.
Lehrbücher begleitend zur Vorlesung sind:
P.W. Atkins und Julio de Paula, "Physikalische Chemie", 5. Auflage, Wiley-VCH (2013);
P.W. Atkins, C.A. Trapp, M.P. Cady, P. Marshall, C. Giunta, "Arbeitsbuch Pysikalische Chemie", Wiley-VCH (2007);
G. Wedler, "Lehrbuch der Physikalischen Chemie", 5. Auflage, Willey-VCH (2004).
Modulverantwortliche*r
Hubert Gasteiger; hubert.gasteiger@tum.de