Kurzlehrbuch Physikalische Chemie: für natur- und ingenieurwissenschaftliche Studiengänge (German Edition)

Mit seinem lebendigen und anschaulichen Stil sowie einer immer weiter verfeinerten Didaktik hat Peter Atkins das Lernen und Lehren in der Physikalischen Chemie revolutioniert. Sein Stil ist unverwechselbar - und unerreicht. Die 5. Auflage des "kleinen" Atkins für natur- und ingenieurwissenschaftliche Studiengänge hat ein neues, innovatives Konzept, das dabei unterstützt, sämtliche Hürden zu meistern. Der Stoff ist in 15 Fokus-Kapitel aufgeteilt. Zu Beginn jedes Fokus werden Beziehungen zwischen den Abschnitten innerhalb eines Fokus hergestellt, um die Verbindungen zwischen den verschiedenen Gebieten der Physikalischen Chemie hervorzuheben.Jeder Abschnitt beginnt mit einer Motivation, Nennung der Schlüsselideen und der Voraussetzungen, die die Leserinnen und Leser zum Verständnis des Abschnitts mitbringen sollten. Zahlreiche durchgerechnete Beispiele, Zusammenfassungen, Verständnistests und Hinweise zur richtigen Verwendung von Fachsprache helfen dabei, die erlernten Konzepte zu festigen und ermöglichen zielgerichtetes Lernen und Wiederholen. Passend zur 5. Auflage gibt es erstmals ein Arbeitsbuch mit durchgerechneten Lösungen der mehr als 800 Aufgaben.Der "kleine" Atkins ist und bleibt ein Muss für jeden Einsteiger und jede Einsteigerin in die Physikalische Chemie. Auch im attraktiven Deluxe-Set mit dem Arbeitsbuch erhältlich! Cover Titelseite Impressum Vorwort Inhaltsverzeichnis Hinweise zur Benutzung des Buches Energie, Temperatur und Chemie 1 Die Eigenschaften der Gase 1.1 Das ideale Gas 1.1.1 Die Zustandsgleichung des idealen Gases 1.1.2 Anwendungen der Zustandsgleichung des idealen Gases 1.1.3 Mischungen von Gasen: Der Partialdruck 1.2 Die kinetische Gastheorie 1.2.1 Der Druck eines Gases 1.2.2 Die mittlere Geschwindigkeit der Gasmoleküle 1.2.3 Die Maxwell’sche Geschwindigkeitsverteilung 1.2.4 Diffusion und Effusion 1.2.5 Intermolekulare Stöße 1.3 Reale Gase 1.3.1 Intermolekulare Wechselwirkungen 1.3.2 Die kritische Temperatur 1.3.3 Der Kompressionsfaktor 1.3.4 Die Virialgleichung 1.3.5 Die van-der-Waals-Gleichung 1.3.6 Die Verflüssigung von Gasen 2 Thermodynamik: der Erste Hauptsatz 2.1 Arbeit 2.1.1 System und Umgebung 2.1.2 Volumenarbeit 2.1.3 Reversible Expansion 2.2 Wärme 2.2.1 Konventionen 2.2.2 Wärmekapazität 2.2.3 Kalorimetrie 2.2.4 Der Wärmefluss während einer Expansion 2.3 Innere Energie 2.3.1 Die Innere Energie 2.3.2 Die Innere Energie als Zustandsfunktion 2.3.3 Änderungen der Inneren Energie 2.3.4 Die molekularen Grundlagen der Inneren Energie 2.4 Enthalpie 2.4.1 Die Enthalpie 2.4.2 Enthalpieänderung 2.4.3 Die Temperaturabhängigkeit der Enthalpie 2.5 Physikalische Umwandlungen 2.5.1 Die Enthalpie von Phasenübergängen 2.5.2 Ionisierung und Elektronenanlagerung 2.6 Chemische Umwandlungen 2.6.1 Dissoziationsenthalpien 2.6.2 Verbrennungsenthalpien 2.6.3 Die Kombination von Reaktionsenthalpien 2.6.4 Standardbildungsenthalpien 2.6.5 Die Temperaturabhängigkeit der Reaktionsenthalpie 3 Thermodynamik: der Zweite Hauptsatz 3.1 Die Entropie 3.1.1 Die Richtung spontaner Prozesse 3.1.2 Die Entropie und der Zweite Hauptsatz 3.1.3 Wärmekraftmaschinen, Kühlschränke und Wärmepumpen 3.2 Die Entropieänderung 3.2.1 Die Entropieänderung bei einer Expansion 3.2.2 Die Entropieänderung bei einer Temperaturerhöhung 3.2.3 Die Entropieänderung bei einem Phasenübergang 3.2.4 Entropieänderungen in der Umgebung 3.3 Absolute Entropien 3.3.1 Der Dritte Hauptsatz der Thermodynamik 3.3.2 Die molekulare Interpretation der Entropie 3.3.3 Nullpunktsentropie 3.4 Die Freie Enthalpie 3.4.1 Die Standardreaktionsentropie 3.4.2 Die Spontaneität chemischer Reaktionen 3.4.3 Die Beschränkung auf das System 3.4.4 Die Eigenschaften der Freien Enthalpie 4 Physikalische Umwandlungen 4.1 Die Thermodynamik von Phasenübergängen 4.1.1 Die Stabilitätsbedingung 4.1.2 Die Druckabhängigkeit der Freien Enthalpie 4.1.3 Die Temperaturabhängigkeit der Freien Enthalpie 4.1.4 Die Gibbs-Helmholtz-Gleichung 4.2 Phasendiagramme reiner Substanzen 4.2.1 Phasengrenzlinien 4.2.2 Der Verlauf von Phasengrenzlinien 4.2.3 Charakteristische Punkte im Phasendiagramm 4.2.4 Die Phasenregel 4.2.5 Phasendiagramme ausgewählter Substanzen 4.3 Partielle molare Größen 4.3.1 Partielles molares Volumen 4.3.2 Das chemische Potenzial 4.3.3 Spontane Mischungsprozesse 4.4 Lösungen 4.4.1 Ideale Lösungen 4.4.2 Das chemische Potenzial des Lösungsmittels 4.4.3 Ideal verdünnte Lösungen 4.4.4 Das chemische Potenzial des gelösten Stoffes 4.4.5 Reale Lösungen: Aktivitäten 4.5 Kolligative Eigenschaften 4.5.1 Siedepunktserhöhung und Gefrierpunktserniedrigung 4.5.2 Osmose 4.6 Phasendiagramme von Mischungen 4.6.1 Mischungen flüchtiger Flüssigkeiten 4.6.2 Flüssig/Flüssig-Phasendiagramme 4.6.3 Flüssig/Fest-Phasendiagramme 4.6.4 Das Zonenschmelzverfahren 4.6.5 Das Nernst’sche Verteilungsgesetz 5 Chemische Umwandlungen 5.1 Thermodynamik chemischer Reaktionen 5.1.1 Die Freie Reaktionsenthalpie 5.1.2 Die Abhängigkeit der Freien Reaktionsenthalpie von der Zusammensetzung 5.1.3 Reaktionen im Gleichgewichtszustand 5.1.4 Die Freie Standardreaktionsenthalpie 5.2 Die Gleichgewichtskonstante 5.2.1 Die Zusammensetzung im Gleichgewicht 5.2.2 Die Beziehung zwischen Gleichgewichtskonstante und Konzentrationen 5.2.3 Die molekulare Interpretation von Gleichgewichtskonstanten 5.3 Der Einfluss äußerer Bedingungen auf das Gleichgewicht 5.3.1 Der Einfluss der Temperatur 5.3.2 Der Einfluss des Drucks 5.3.3 Die Gegenwart eines Katalysators 5.4 Säure-Base-Gleichgewichte 5.4.1 Die Brønsted-Lowry-Theorie 5.4.2 Protonierung und Deprotonierung 5.5 Mehrwertige Säuren 5.5.1 Sukzessive Deprotonierung 5.5.2 Speziierung 5.6 Säure-Base-Gleichgewichte von wässrigen Salzlösungen 5.6.1 Der pH-Wert von Salzlösungen 5.6.2 Säure-Base-Titrationen 5.6.3 Puffer 5.7 Löslichkeitsgleichgewichte 5.7.1 Das Löslichkeitsprodukt 5.7.2 Der Einfluss gemeinsamer Ionen auf die Löslichkeit 5.7.3 Der Einfluss der Zugabe von Salzen auf die Löslichkeit 5.8 Ionen in Lösung 5.8.1 Mittlere Aktivitätskoeffizienten 5.8.2 Die Debye-Hückel-Theorie 5.8.3 Die Wanderung von Ionen 5.9 Elektrochemische Zellen 5.9.1 Halbreaktionen und Elektroden 5.9.2 Reaktionen an Elektroden 5.9.3 Zelltypen 5.9.4 Die Zellreaktion 5.9.5 Die Zellspannung 5.10 Standardpotenziale 5.10.1 Die Beiträge der einzelnen Elektroden 5.10.2 Bestimmung von Gleichgewichtskonstanten aus Standardpotenzialen 5.10.3 Die Abhängigkeit des Potenzials vom pH-Wert 5.10.4 Die elektrochemische Reihe 5.10.5 Die Kombination von Standardpotenzialen 5.10.6 Bestimmung thermodynamischer Daten aus Standardpotenzialen 6 Chemische Kinetik 6.1 Empirische chemische Kinetik 6.1.1 Die Definition der Reaktionsgeschwindigkeit 6.1.2 Experimentelle Techniken 6.2 Geschwindigkeitsgesetze 6.2.1 Die Geschwindigkeitskonstante 6.2.2 Die Reaktionsordnung 6.2.3 Die Bestimmung des Geschwindigkeitsgesetzes 6.3 Integrierte Geschwindigkeitsgesetze 6.3.1 Reaktionen nullter Ordnung 6.3.2 Reaktionen erster Ordnung 6.3.3 Reaktionen zweiter Ordnung vom Typ A Produkte 6.3.4 Reaktionen zweiter Ordnung vom Typ A+B Produkte 6.3.5 Halbwertszeiten 6.4 Die Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit 6.4.1 Die Arrhenius-Parameter 6.4.2 Die Stoßtheorie von Reaktionen in der Gasphase 6.4.3 Die Theorie des Übergangszustands 6.5 Die Annäherung an den Gleichgewichtszustand 6.5.1 Gleichgewichte und Reaktionsgeschwindigkeiten 6.5.2 Relaxation 6.6 Reaktionsmechanismen 6.6.1 Elementarreaktionen 6.6.2 Die Aufstellung von Geschwindigkeitsgesetzen 6.6.3 Folgereaktionen 6.6.4 Der Übergangszustand 6.6.5 Die Näherung des stationären Zustands 6.6.6 Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt 6.6.7 Kinetische Kontrolle 6.6.8 Unimolekulare Reaktionen 6.7 Reaktionen in Lösung 6.7.1 Aktivierungskontrolle und Diffusionskontrolle 6.7.2 Diffusion 6.8 Homogene Katalyse 6.8.1 Der Michaelis-Menten-Mechanismus der enzymatischen Katalyse 6.8.2 Analyse der Geschwindigkeiten enzymatisch katalysierter Reaktionen 6.9 Heterogene Katalyse 6.9.1 Physisorption und Chemisorption 6.9.2 Adsorptionsisothermen 6.9.3 Mechanismen oberflächenkatalysierter Reaktionen 7 Quantentheorie 7.1 Die Grundlagen der Quantentheorie 7.1.1 Der Nachweis diskreter Energieniveaus 7.1.2 Der Nachweis des Teilchencharakters von Strahlung 7.1.3 Der Nachweis des Welle-Teilchen-Dualismus 7.2 Die Dynamik mikroskopischer Systeme 7.2.1 Die Schrödinger-Gleichung 7.2.2 Die Born’sche Interpretation 7.2.3 Die Unschärferelation 7.3 Translation 7.3.1 Bewegung in einer Dimension 7.3.2 Der Tunneleffekt 7.3.3 Bewegung in zwei Dimensionen 7.4 Rotation 7.4.1 Rotation in zwei Dimensionen 7.4.2 Rotation in drei Dimensionen 7.5 Schwingung 7.5.1 Der harmonische Oszillator 7.5.2 Quantenmechanische Behandlung des harmonischen Oszillators 8 Der Aufbau der Atome 8.1 Wasserstoffähnliche Atome 8.1.1 Die erlaubten Energieniveaus des Wasserstoffatoms 8.1.2 Quantenzahlen 8.1.3 Wellenfunktionen: s-Orbitale 8.1.4 Wellenfunktionen: p- und d-Orbitale 8.2 Der Aufbau von Mehrelektronenatomen 8.2.1 Die Orbitalnäherung 8.2.2 Der Elektronenspin 8.2.3 Das Pauli-Prinzip 8.2.4 Durchdringung und Abschirmung 8.2.5 Das Aufbauprinzip 8.2.6 Die Besetzung der d-Orbitale 8.2.7 Die Konfiguration von Kationen und Anionen 8.2.8 Self-Consistent-Field-Orbitale 8.3 Die Periodizität der atomaren Eigenschaften 8.3.1 Der Radius von Atomen und Ionen 8.3.2 Ionisierungsenergie und Elektronenaffinität 8.4 Atomspektroskopie 8.4.1 Die Spektren wasserstoffähnlicher Atome 8.4.2 Die Spektren von Mehrelektronenatomen 8.4.3 Die Spin-Bahn-Kopplung 8.4.4 Auswahlregeln für Mehrelektronenatome 9 Die chemische Bindung 9.1 Die Valence-Bond-Theorie 9.1.1 Zweiatomige Moleküle 9.1.2 Mehratomige Moleküle 9.1.3 Promotion und Hybridisierung 9.1.4 Resonanz 9.1.5 Begriffsdefinitionen in der Valence-Bond-Theorie 9.2 Molekülorbital-Theorie: homonukleare, zweiatomige Moleküle 9.2.1 Linearkombination von Atomorbitalen 9.2.2 Bindende und antibindende Orbitale 9.2.3 Inversionssymmetrie 9.2.4 Die chemische Bindung in der MO-Theorie 9.2.5 Die elektronische Struktur homonuklearer, zweiatomiger Moleküle 9.2.6 Die Konfigurationen homonuklearer, zweiatomiger Moleküle der zweiten Periode 9.2.7 Die Kriterien für die Bildung von Molekülorbitalen 9.3 Molekülorbital-Theorie: heteronukleare, zweiatomige Moleküle 9.3.1 Polare Bindungen 9.3.2 Die Formulierung von Molekülorbitalen 9.3.3 Molekülorbital-Diagramme 9.4 Molekülorbital-Theorie: mehratomige Moleküle 9.4.1 Die Molekülorbitale von Wasser 9.4.2 Die Hückel-Methode 9.4.3 Die Molekülorbitale von Benzol 9.4.4 Computerchemie 10 Molekulare Wechselwirkungen 10.1 Elektrische Eigenschaften von Molekülen 10.1.1 Elektrische Dipolmomente 10.1.2 Dipolmomente mehratomiger Moleküle 10.1.3 Polarisierbarkeit 10.2 Wechselwirkungen zwischen Molekülen 10.2.1 Wechselwirkungen zwischen Partialladungen 10.2.2 Wechselwirkungen zwischen Ladungen und Dipolen 10.2.3 Wechselwirkungen zwischen Dipolen 10.2.4 Induzierte Dipolmomente 10.2.5 Dispersionswechselwirkungen 10.2.6 Wasserstoffbrückenbindungen 10.2.7 Der hydrophobe Effekt 10.2.8 Die Beschreibung der Gesamtwechselwirkung 11 Molekulare Spektroskopie 11.1 Allgemeine Aspekte der Spektroskopie 11.1.1 Spektrometer 11.1.2 Absorption und Emission 11.1.3 Die Raman-Streuung 11.1.4 Linienbreiten 11.2 Rotationsspektroskopie 11.2.1 Energieniveaus der Rotation von Molekülen 11.2.2 Verbotene und erlaubte Rotationszustände 11.2.3 Die Besetzung von Rotationszuständen im thermischen Gleichgewicht 11.2.4 Mikrowellenspektroskopie 11.2.5 Raman-Rotationsspektren 11.3 Schwingungsspektroskopie 11.3.1 Schwingungen von Molekülen 11.3.2 Schwingungsübergänge 11.3.3 Anharmonizität 11.3.4 Raman-Schwingungsspektren zweiatomiger Moleküle 11.3.5 Schwingungen mehratomiger Moleküle 11.3.6 Rotationsschwingungsspektren 11.3.7 Raman-Schwingungsspektren mehratomiger Moleküle 11.4 Elektronenspektroskopie 11.4.1 Spektren im ultravioletten und sichtbaren Bereich 11.4.2 Spezielle Arten von Elektronenübergängen 11.4.3 Untersuchung von Mischungen mittels Elektronenspektroskopie 11.4.4 Photoelektronenspektroskopie 11.5 Die Desaktivierung angeregter Zustände 11.5.1 Fluoreszenz und Phosphoreszenz 11.5.2 Mechanismus der Desaktivierung angeregter Zustände 11.5.3 Fluoreszenzlöschung 11.5.4 Resonanzenergietransfer 12 Statistische Thermodynamik 12.1 Die Boltzmann-Verteilung 12.1.1 Die Besetzung von Zuständen 12.1.2 Die allgemeine Form der Boltzmann-Verteilung 12.1.3 Die Ursprünge der Boltzmann-Verteilung 12.2 Die Zustandssumme 12.2.1 Die Bedeutung der Zustandssumme 12.2.2 Die molekulare Zustandssumme 12.2.3 Die Translationszustandssumme 12.2.4 Die Rotationszustandssumme 12.2.5 Die Schwingungszustandssumme 12.2.6 Die elektronische Zustandssumme 12.2.7 Die Aussagekraft der molekularen Zustandssumme 12.3 Der Ursprung thermodynamischer Eigenschaften 12.3.1 Die Innere Energie 12.3.2 Die Wärmekapazität 12.3.3 Die Entropie 12.3.4 Die Freie Enthalpie 12.3.5 Die Berechnung der Gleichgewichtskonstante 13 Magnetische Resonanz 13.1 Das Prinzip der magnetischen Resonanz 13.1.1 Kerne in Magnetfeldern 13.1.2 Die Resonanzbedingung 13.1.3 Technische Aspekte der NMR 13.2 Die Auswertung von NMR-Spektren 13.2.1 Die chemische Verschiebung 13.2.2 Die Feinstruktur 13.2.3 Die Ursachen der Spin-Spin-Aufspaltung 13.2.4 Spinrelaxation 13.2.5 Konformationsumwandlungen und Austauschprozesse 13.3 Elektronenspinresonanz 13.3.1 Elektronen in Magnetfeldern 13.3.2 Technische Aspekte der ESR 13.3.3 Der g-Faktor 13.3.4 Die Hyperfeinstruktur 14 Makromoleküle und Selbstorganisation 14.1 Biologische und synthetische Makromoleküle 14.1.1 Die mittlere Molmasse 14.1.2 Strukturmodelle 14.1.3 Strukturmodelle: Zufallsknäuel 14.1.4 Strukturmodelle: Polypeptide und Polynucleotide 14.1.5 Die Vorhersage von Proteinstrukturen 14.1.6 Mechanische Eigenschaften von Polymeren 14.1.7 Thermische Eigenschaften von Polymeren 14.2 Mesophasen und disperse Systeme 14.2.1 Flüssigkristalle 14.2.2 Unterteilung disperser Systeme 14.2.3 Oberfläche, Struktur und Stabilität 14.2.4 Die elektrische Doppelschicht 14.2.5 Oberflächen von Flüssigkeiten und der Einfluss von Tensiden 15 Festkörper 15.1 Kristallstrukturen 15.1.1 Die Identifizierung von Kristallebenen 15.1.2 Die Bestimmung von Kristallstrukturen 15.1.3 Das Bragg’sche Gesetz 15.1.4 Experimentelle Techniken 15.2 Die chemische Bindung in Festkörpern 15.2.1 Metallische Festkörper 15.2.2 Ionische Festkörper 15.2.3 Die elektronische Struktur metallischer und ionischer Festkörper 15.2.4 Energetische Aspekte der Bindungen in ionischen Festkörpern 15.2.5 Molekulare Festkörper 15.2.6 Kovalente Netzwerke 15.3 Die Eigenschaften von Festkörpern 15.3.1 Elektrische Eigenschaften von Festkörpern 15.3.2 Supraleitung 15.3.3 Optische Eigenschaften von Festkörpern 15.3.4 Festkörperlaser 15.3.5 Magnetische Eigenschaften von Festkörpern Anhang Anhang 1 Standardintegrale Anhang 2 Einheiten Anhang 3 Daten Stichwortverzeichnis EULA Mit seinem lebendigen und anschaulichen Stil sowie einer immer weiter verfeinerten Didaktik hat Peter Atkins das Lernen und Lehren in der Physikalischen Chemie revolutioniert. Sein Stil ist unverwechselbar - und unerreicht. Die 5. Auflagedes'kleinen'Atkins für natur- und ingenieurwissenschaftliche Studiengänge hat ein neues, innovatives Konzept, das dabei unterstützt, sämtliche Hürden zu meistern. Der Stoff ist in 15 Fokus-Kapitel aufgeteilt. Zu Beginn jedes Fokus werden Beziehungen zwischen den Abschnitten innerhalb eines Fokus hergestellt, um die Verbindungen zwischen den verschiedenen Gebieten der Physikalischen Chemie hervorzuheben. Jeder Abschnitt beginnt mit einer Motivation, Nennung der Schlüsselideen und der Voraussetzungen, die die Leserinnen und Leser zum Verständnis des Abschnitts mitbringen sollten. Zahlreiche durchgerechnete Beispiele, Zusammenfassungen, Verständnistests und Hinweise zur richtigen Verwendung von Fachsprache helfen dabei, die erlernten Konzepte zu festigen und ermöglichen zielgerichtetes Lernen und Wiederholen. Passend zur 5. Auflage gibt es erstmals ein Arbeitsbuch mit durchgerechneten Lösungen der mehr als 800 Aufgaben. Der'kleine'Atkins ist und bleibt ein Muss für jeden Einsteiger und jede Einsteigerin in die Physikalische Chemie. Auch im attraktiven Deluxe-Set mit dem Arbeitsbuch erhältlich!