Physikalische Chemie und ihre rechnerische Anwendung. —Thermodynamik—: Eine Einführung für Studierende und Praktiker

Zur Einführung.- A. Allgemeine Begriffe und Voraussetzungen.- § 1. Symbolik.- § 2. Maßsysteme, Einheiten, Dimensionen, Konstanten.- § 3. Zustände, Phasen, homogene und heterogene Systeme.- § 4. Zustandsgrößen: (Menge), Temperatur, Volumen, Druck, (Zusammensetzung); die Aktivität.- § 5. Zustandsgleichungen (thermische).- a) Gasgesetze, Zustandsgleichungen idealer Gase.- Allgemeine Zustandsgleichung für ideale Gase.- Lösungen und Zustandsgleichung idealer Gase.- Ideales und reales Gasverhalten.- b) Zustandsgleichung realer Gase.- Theorem der übereinstimmenden Zustände.- Boyle-Temperatur.- Kalorische oder thermodynamische Zustandsgleichungen.- § 6. Arten und Erscheinungsformen der Energie.- § 7. Wege der Zustandsänderungen.- Partielle Änderungen der Zustandsgrößen.- Isotherme und adiabatische Zustandsänderungen idealer Gase.- Reversible Prozesse.- Irreversible Prozesse.- B. Die energetischen Größen (Zustandsfunktionen) und ihre Verkettung.- § 8. Die Hauptsätze der Thermodynamik.- a) Erster Hauptsatz (Energieerhaltungssatz).- b) Zweiter Hauptsatz (Entropiesatz).- Verbindung des 1. und 2. Hauptsatzes, die Helmholtzsche Gleichung.- c) Dritter Hauptsatz (Nernstscher Wärmesatz).- § 9. Die energetischen Größen (Zustandsfunktionen) von Einzelstoffen (einphasigen Systemen).- 1. Wärmekapazität, Spezifische Wärmen und Molwärmen cv, cp (Cv, Cp).- Spezielles: Ideale Gase.- Reale Gase.- Flüssigkeiten.- Festkörper.- 2. Energieinhalt (Innere Energie) u, u — u0 (U, U—U0), Enthalpie h, h—h0 (H, H—H0).- Spezielles: Ideale Gase.- Reale Gase.- Flüssigkeiten.- Festkörper.- 3. Entropie s (S) [auch sp, Sp und sv, Sv].- Nullpunktsentropie und Entropiekonstante.- Spezielles: Festkörper.- Flüssigkeiten.- Gase.- 4. Gebundene Energie = reversible Wärme grev (Qrev).- 5. Freie Energie f, f—f0 (F, F—F0), Freie Enthalpie g, g—g0, (G, G—G0).- Spezielles.- Übersicht 1. Thermodynamische Ableitungen und Zusammenhänge.- § 10. Die energetischen Umwandlungsgrößen (Reaktionsgrößen).- 1. Molwärmendifferenz ?Cp, ?Cv.- 2. Enthalpieänderung, Reaktionsenthalpie ?H, Energieinhaltsänderung, Reaktionsenergie ?U, = Wärmetönungen, Reaktionswärmen bei konstantem Druck und konstantem Volumen.- Thermochemische Reaktionsgleichungen.- Bildungsenthalpie und Bildungsenergie (Bildungswärmen).- Kirchhoff scher Satz.- 3. Entropieänderung, Reaktionsentropie ?S (= ?Sp), ?Sv, und.- 4. Reversible Reaktionswärme ?Qrev = T?S, bzw. (?Qrev)v = T?Sv.- 5. Änderung der Freien Enthalpie, Freie-Reaktionsenthalpie ?G, Änderung der Freien Energie, Freie-Reaktionsenergie ?U, (= Maximale Reaktionsarbeit, Affinität).- Normalwert der Freien-Reaktionsenthalpie ?NG.- Die Helmholtz-Gibbssche Gleichung.- § 11. Die energetischen Größen von Stoffen in Mischphasen.- Mischphasen.- Ideale und reale Mischungen.- Natur der gelösten Partikeln.- Zusammenhänge zwischen den Erscheinungen bei Mischphasenbildung realer Systeme.- 1. Partielle Größen und Partielle molare Größen.- Die Abhängigkeit der partiellen molaren Größen von der Zusammensetzung, dem Molenbruch x; Freie Enthalpie, Entropie, Enthalpie, Molwärmen.- 2. Die Lösungs- und Verdünnungsenthalpien (-wärmen) (differentielle und integrale).- Übersicht 2. Mischungs-, Lösungs- und Verdünnungsenthalpien und ihre gegenseitigen Beziehungen.- C. Gleichgewichte.- § 12. Physikalische Gleichgewichte, Phasengleichgewichte.- 1. Einstoffsysteme (Aggregatzustandsänderungen).- a) Verdampfen, Kondensieren.- Die Dampfdruckgleichung.- Die Dampfdruckkonstante, die Chemische Konstante.- a’) Sublimieren.- b) Schmelzen Erstarren.- c) Modifikationswechsel.- Das Phasengesetz (die „Phasenregel“).- 2. Zweistoff-, Mehrstoffsysteme (insbesondere Phasengleichgewichte mit Lösungen).- a) Verdampfungsgleichgewichte binärer Systeme.- a1) Der Dampfdruck über einer flüssigen Mischphase (Lösung).- ?) ideales ?) reales Verhalten.- Die Dampfdruckerniedrigung (Raoultsches Gesetz).- a2) Der Siedepunkt einer flüssigen Mischphase (Siedepunktserhöhung).- b) Schmelzgleichgewichte binärer Systeme.- Der Gefrierpunkt einer flüssigen Mischphase (Gefrierpunktserniedrigung).- c) Löslichkeitsgleichgewichte binärer Systeme.- Löslichkeit.- Lösung eines Festkörpers.- Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit.- Lösung eines Gases (Henrysches Gesetz).- Verteilung eines Stoffes zwischen zwei Lösungsmitteln (Nernst scher Verteilungssatz).- § 13. Chemische Gleichgewichts.- 1. Gleichgewichte in homogenen Systemen.- Das Massenwirkungsgesetz (MWG).- Die Gleichgewichtskonstante.- Druckabhängigkeit der Gleichgewichtskonstante.- Die Gleichgewichtszusammensetzung.- Dissoziationsgrad.- Bildungsgrad.- Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstante.- Prinzip des kleinsten Zwanges.- Freie-Reaktionsenthalpie ?G (Affinität) und Gleichgewichtskonstante.- Beziehung zum Normalwert der Freien-Reaktionsenthalpie ?NG (Normalaffinität).- Zusammengesetzte chemische Gleichgewichte.- 2. Chemische Gleichgewichte in heterogenen Systemen.- Übersicht 3. Die Konstanten des MWG; Ableitung und Abhängigkeiten.- Anwendungsteil: D. Die praktische Auswertung der energetischen Größen und ihrer wechselseitigen Beziehungen.- § 14. Die Übersichtsdarstellung der praktisch benutzten thermodynamischen Beziehungen.- 1. Die Übersicht für Einphasen-Einstoff-Systeme.- Übersicht 4. Schema der thermodynamischen Beziehungen für ein Einphasen-Einstoff-System.- 2. Die Übersicht für Reaktions-(Umwandlungs-)größen.- Übersicht 5. Schema der thermodynamischen Beziehungen für Umwandlungen, Reaktionen.- 3. Die allgemeine Übersicht für reales Verhalten.- Übersicht 6. Schema der thermodynamischen Beziehungen für reale Mischphasensysteme.- § 15. Die Anwendung der praktisch benutzten thermodynamischen Beziehungen in einem Modellbeispiel.- I. Die energetischen Daten der Einzelphasen des Stoffes Z.- II. Physikalische Umwandlungen. Die energetischen Daten für die Aggregatzustandsänderungen des Stoffes Z.- III. Chemische Reaktionen. Die energetischen Daten für die Dissoziationsreaktion des zweiatomigen Gases Z2.- Das chemische Gleichgewicht.- IV. Die energetischen Größen bei bestimmtem Volumen und Umwandlungen (Reaktionen) bei konstantem Volumen.- § 16. Die Anwendung der thermodynamischen Beziehungen bei realem Mischphasenverhalten in einem „Modellbeispiel Lösung“.- 1. Die Effekte und energetischen Größen bei Bildung einer realen Mischphase (beim Lösen und Verdünnen).- 2. Phasengleichgewichte des Mischphasensystems.- 3. Chemische Reaktionen mit Mischphasenkomponenten.- E. Übungsbeispiele und Aufgaben.- F. Tabellenanhang.- Symbole, Konstanten, Einheiten.- Energetische Daten von Einzelstoffen, physikalischen Umwandlungen und Bildungsreaktionen.- Gleichgewichtsdaten.- Mathematischer Formelanhang.- Literaturhinweis.