0 Einführung: Überblick und Hintergrund

0.1 Grundbegriffe
0.2 Gleichgewicht
0.3 Struktur
0.4 Veränderung
0.5 Zusammenfassung

Teil I: Gleichgewicht

1 Die Eigenschaften der Gase

1.1 Das ideale Gas
1.1.1 Die Zustände der Gase
1.1.2 Die Gasgesetze
1.1.3 Die kinetische Gastheorie
1.2 Reale Gase
1.2.1 Zwischenmolekulare Wechselwirkungen
1.2.2 Die van-der-Waalssche Gleichung
1.2.3 Das Prinzip der übereinstimmenden Zustände

2 Der Erste Hauptsatz: Grundlagen

2.1 Grundbegriffe
2.1.1 Arbeit, Wärme und Energie
2.1.2 Der Erste Hauptsatz der Thermodynamik
2.2 Arbeit und Wärme
2.2.1 Volumenarbeit
2.2.2 Wärme und Enthalpie
2.3 Thermochemie
2.3.1 Die Standardenthalpie
2.3.2 Bildungsenthalpien
2.3.3 Die Temperaturabhängigkeit der Reaktionsenthalpien

3 Der Erste Hauptsatz: Hilfsmittel

3.1 Zustandsfunktionen und totale Differentiale
3.1.1 Zustandsfunktionen
3.1.2 Die Temperaturabhängigkeit der Enthalpie
3.1.3 Der Zusammenhang zwischen Cv und Cp
3.2 Adiabatische Volumenarbeit
3.2.1 Spezialfälle
3.2.2 Die Adiabaten idealer Gase

4 Der Zweite Hauptsatz: Grundlagen

4.1 Die Richtung freiwilliger Prozesse
4.1.1 Die Verteilung der Energie
4.1.2 Die Entropie
4.1.3 Entropieänderungen bei irreversiblen Prozessen
4.1.4 Entropieänderungen bei speziellen Prozessen
4.1.5 Der Dritte Hauptsatz der Thermodynamik
4.2 Der Wirkungsgrad thermischer Prozesse
4.2.1 Der Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen
4.2.2 Energetische Aspekte der Kälteerzeugung
4.3 Die Beschränkung auf das System
4.3.1 Freie Energie und Freie Enthalpie
4.3.2 Die molare Freie Standardenthalpie

5 Der Zweite Hauptsatz: Hilfsmittel

5.1 Die Verbindung von Erstem und Zweitem Hauptsatz
5.1.1 Eigenschaften der Inneren Energie
5.1.2 Eigenschaften der Freien Enthalpie
5.2 Das chemische Potential
5.2.1 Das chemische Potential eines reinen Stoffes
5.2.2 Das chemische Potential einer Mischungskomponente
5.2.3 Weitere Bedeutung von ß
5.3. Reale Gase: Die Fugazität
5.3.1 Standardzustände realer Gase
5.3.2 Die Beziehung zwischen Fugazität und Druck

6 Physikalische Umwandlungen reiner Stoffe

6.1 Phasendiagramme
6.1.1 Phasengrenzlinien
6.1.2 Phasendiagramme spezieller Stoffe
6.2 Die Stabilität von Phasen: Phasenübergänge
6.2.1 Die Abhängigkeit der Stabilität von den Bedingungen
6.2.2 Die Lage der Phasengrenzlinien
6.2.3 Die Klassifikation der Phasenübergänge nach Ehrenfest

7 Die Eigenschaften einfacher Mischungen

7.1 Die thermodynamische Beschreibung von Mischungen
7.1.1 Partielle molare Größen
7.1.2 Thermodynamik von Mischphasen
7.1.3 Das chemische Potential flüssiger Phasen
7.2 Die Eigenschaften von Lösungen
7.2.1 Flüssige Mischungen
7.2.2 Kolligative Eigenschaften
7.3 Aktivitäten
7.3.1 Die Aktivität des Lösungsmittels
7.3.2 Die Aktivität des gelösten Stoffes

8 Phasendiagramme

8.1 Phasen, Komponenten, Freiheitsgrade
8.1.1 Definitionen
8.1.2 Die Phasenregel
8.2 Zweikomponentensysteme
8.2.1 Die Druckabhängigkeit der Zusammensetzung: Dampfdruckdiagramme
8.2.2 Die Temperaturabhängigkeit der Zusammensetzung: Siedediagramme
8.2.3 Flüssig/Flüssig-Phasendiagramme
8.2.4 Flüssig/Fest-Phasendiagramme
8.2.5 Ultrareinheit und kontrollierte Verunreinigung
8.3 Dreikomponentensysteme
8.3.1 Phasendiagramme in Dreieckskoordinaten
8.3.2 Begrenzt mischbare Flüssigkeiten
8.3.3 Der Einfluß gelöster Salze

9 Das Chemische Gleichgewicht

9.1 Freiwillig ablaufende chemische Reaktionen
9.1.1 Das Minimum der Freien Enthalpie
9.1.2 Die Zusammensetzung von Reaktionsgemischen im Gleichgewicht
9.2 Die Verschiebung des Gleichgewichts bei Änderung der Reaktionsbedingungen
9.2.1 Der Einfluß des Druckes auf das Gleichgewicht
9.2.2 Der Einfluß der Temperatur auf das Gleichgewicht
9.3 Ausgewählte Anwendungen
9.3.1 Die Gewinnung von Metallen aus ihren Oxiden
9.3.2 Säuren und Basen
9.3.3 Biologische Prozesse: Die Thermodynamik des ATP

10 Elektrochemie im Gleichgewicht

10.1 Thermodynamische Eigenschaften von Ionen in Lösung
10.1.1 Thermodynamische Bildungsfunktionen
10.1.2 Ionenaktivitäten
10.2 Elektrochemische Zellen
10.2.1 Elektrodenreaktionen und Elektroden
10.2.2 Zelltypen
10.2.3 Standard-Elektrodenpotentiale
10.3 Anwendungen der Standardpotentiale
10.3.1 Die elektrochemische Spannungsreihe
10.3.2 Löslichkeitskonstanten
10.3.3 Messung von pH- und pK-Werten
10.3.4 Potentiometrische Titrationen
10.3.5 Thermodynamische Funktionen aus der Messung des Zellpotentials

Teil II: Struktur

11. Quantentheorie: Einführung und Grundlagen

11.1 Die Anfänge der Quantenmechanik
11.1.1 Das Versagen der klassischen Physik
11.1.2 Der Welle-Teilchen-Dualismus
11.2 Die Dynamik mikroskopischer Systeme
11.2.1 Die Schrödinger-Gleichung
11.2.2 Die Wahrscheinlichkeitsinterpretation
11.3 Prinzipien der Quantenmechanik
11.3.1 Operatoren und Observablen
11.3.2 Superpositionen und Erwartungswerte

12 Quantentheorie: Methoden und Anwendungen

12.1 Translation
12.1.1 Das Teilchen im Kasten
12.1.2 Bewegung in zwei Dimensionen
12.1.3 Der Tunneleffekt
12.2 Schwingung
12.2.1 Die Energieniveaus
12.2.2 Die Wellenfunktionen
12.3 Rotation
12.3.1 Rotation in zwei Dimensionen
12.3.2 Rotation in drei Dimensionen
12.3.3 Der Spin

13 Atomstruktur und Atomspektren

13.1 Struktur und Spektren Wasserstoff ähnlicher Atome
13.1.1 Die Struktur wasserstoffähnlicher Atome
13.1.2 Atomorbitale und ihre Energien
13.1.3 Spektroskopische Übergänge und Auswahlregeln
13.2 Die Struktur von Mehrelektronenatomen
13.2.1 Die Orbitalnäherung
13.2.2 Selbstkonsistente Orbitale
13.3 Die Spektren von Mehrelektronenatomen
13.3.1 Singulett-und Triplettzustände
13.3.2 Spin-Bahn-Kopplung
13.3.3 Termsymbole und Auswahlregeln
13.3.4 Der Einfluß magnetischer Felder

14 Molekülstruktur

14.1 Die Valenzbindungstheorie
14.1.1 Das Wasserstoffmolekül
14.1.2 Homoatomare zweiatomige Moleküle
14.1.3 Vielatomige Moleküle
14.2 Die Molekülorbitaltheorie
14.2.1 Das Wasserstoffmolekül-lon
14.2.2 Homoatomare zweiatomige Moleküle
14.2.3 Die Bezeichnung von Molekülzuständen
14.2.4 Heteroatomare zweiatomige Moleküle
14.3 Molekülorbitale in vielatomigen Molekülen
14.3.1 Walsh-Diagramme
14.3.2 Die Hückel-Näherung
14.3.3 Die Bändertheorie der Festkörper

15 Molekülsymmetrie

15.1 Die Symmetrieelemente von Körpern
15.1.1 Symmetrieoperationen und Symmetrieelemente
15.1.2 Die Klassifikation von Molekülen nach ihrer Symmetrie
15.1.3 Konsequenzen der Molekülsymmetrie
15.2 Charaktertafeln
15.2.1 Charaktertafeln und Symmetriebezeichnungen
15.2.2 Symmetrie und Orbitalüberlappung
15.2.3 Auswahlregeln und Symmetrie

16 Spektroskopie 1: Rotations- und Schwingungsübergänge

16.1 Allgemeine Merkmale spektroskopischer Methoden
16.1.1 Experimentelle Grundlagen
16.1.2 Die Intensität von Spektrallinien
16.1.3 Die Breite von Spektrallinien
16.2 Reine Rotationsspektren
16.2.1 Die Energieniveaus der Rotation
16.2.2 Rotationsübergänge
16.2.3 Raman-Rotationsspektren
16.2.4 Kernstatistik
16.3 Die Schwingung zweiatomiger Moleküle
16.3.1 Molekülschwingungen
16.3.2 Auswahlregeln für Schwingungsübergänge
16.3.3 Anharmonizität
16.3.4 Rotationsschwingungsspektren
16.3.5 Raman-Schwingungsspektren zweiatomiger Moleküle
16.4 Die Schwingungen vielatomiger Moleküle
16.4.1 Normalschwingungen
16.4.2 Schwingungsspektren vielatomiger Moleküle
16.4.3 Raman-Schwingungsspektren vielatomiger Moleküle

17 Spektroskopie 2: Elektronenübergänge

17.1 Die Eigenschaften elektronischer Übergänge
17.1.1 Die Schwingungsstruktur von Elektronenspektren
17.1.2 Spezielle Arten von elektronischen Übergängen
17.2 Das Schicksal angeregter Zustände
17.2.1 Fluoreszenz und Phosphoreszenz
17.2.2 Dissoziation und Prädissoziation
17.3 Laser
17.3.1 Das Laserprinzip
17.3.2 Laserbauarten
17.3.3 Laseranwendungen in der Chemie
17.4 Photoelektronenspektroskopie
17.4.1 Die Grundlagen
17.4.2 UV-Photoelektronenspektroskopie
17.4.3 Röntgen-Photoelektronenspektroskopie

18 Spektroskopie 3: Magnetische Resonanz

18.1 Kernresonanz
18.1.1 Die Energien von Kernen in einem Magnetfeld
18.1.2 Die chemische Verschiebung
18.1.3 Die Feinstruktur des Spektrums
18.2 Pulstechniken in der NMR
18.2.1 Der Vektor der Magnetisierung
18.2.2 Linienbreiten und Reaktionsgeschwindigkeiten
18.2.3 Der Kern-Overhauser-Effekt
18.2.4 Zweidimensionale Kernresonanz
18.2.5 Kernresonanz in Festkörpern
18.3 Elektronenspinresonanz
18.3.1 Derg-Faktor
18.3.2 Die Hyperfeinstruktur

19 Statistische Thermodynamik: Grundlagen

19.1 Die Verteilung von Molekülzuständen
19.1.1 Verteilungen und Gewichte
19.1.2 Die molekulare Zustandssumme
19.2 Innere Energie und Entropie
19.2.1 Die Innere Energie
19.2.2 Die statistische Definition der Entropie
19.3 Die kanonische Zustandssumme
19.3.1 Die kanonische Gesamtheit
19.3.2 Die thermodynamische Information in der Zustandssumme
19.3.3 Unabhängige Moleküle

20 Statistische Thermodynamik: Anwendungen

20.1 Grundlegende Beziehungen
20.1.1 Die Berechnung thermodynamischer Funktionen
20.1.2 Die molekulare Zustandssumme
20.2 Anwendungen der statistischen Thermodynamik
20.2.1 Mittlere Energien
20.2.2 Wärmekapazitäten
20.2.3 Zustandsgieichungen
20.2.4 Nullpunktsentropien
20.2.5 Gleichgewichtskonstanten

21 Strukturaufklärung mit Beugungsmethoden

21.1 Die Struktur von Kristallen
21.1.1 Gitter und Elementarzellen
21.1.2 Die Identifikation von Gitterebenen
21.2 Die Beugung von Röntgenstrahlen
21.2.1 Das Braggsche Gesetz
21.2.2 Das Pulververfahren
21.2.3 Röntgenbeugung an Einkristallen
21.3 Die Ergebnisse von Röntgenbeugungsexperimenten
21.3.1 Die Struktur der Metalle: Kugelpackungen
21.3.2 Ionenkristalle
21.3.3 Absolute Konfigurationen
21.4 Neutronen- und Elektronenbeugung
21.4.1 Neutronenbeugung
21.4.2 Elektronenbeugung

22 Die elektrischen und magnetischen Eigenschaften von Molekülen

22.1 Elektrische Eigenschaften
22.1.1 Permanente und induzierte Dipolmomente
22.1.2 Der Brechungsindex
22.2 Zwischenmolekulare Wechselwirkungen
22.2.1 Wechselwirkungen zwischen Dipolen
22.2.2 Abstoßende Beiträge: Die Gesamtwechselwirkung
22.2.3 Wechselwirkungen in Molekularstrahlen
22.3 Magnetische Eigenschaften
22.3.1 Die magnetische Suszeptibilität
22.3.2 Permanente magnetische Momente
22.3.3 Induzierte magnetische Momente

23 Makromoleküle

23.1 Größe und Form von Makromolekülen
23.1.1 Mittlere Molmassen
23.1.2 Kolligative Eigenschaften
23.1.3 Die Sedimentation
23.1.4 Viskosität
23.1.5 Lichtstreuung
23.2 Konformation und Konfiguration
23.2.1 Statistische Knäuel
23.2.2 Helix- und Faltblattstrukturen
23.2.3 Tertiär-und Quartärstrukturen

Teil III: Veränderung

24 Die Bewegung von Molekülen

24.1 Die Bewegung von Molekülen in Gasen
24.1.1 Stöße mit Wänden und Oberflächen
24.1.2 Die Geschwindigkeit der Effusion
24.1.3 Der Transport gegen einen Gradienten
24.1.4 Die Transporteigenschaften eines idealen Gases
24.2 Die Bewegung von Molekülen und Ionen in Flüssigkeiten
24.2.1 Die Struktur von Flüssigkeiten
24.2.2 Die Bewegung von Molekülen in Flüssigkeiten
24.2.3 Die Leitfähigkeit von Elektrolytlösungen
24.2.4 lonenbeweglichkeiten
24.2.5 Leitfähigkeit und Ion-Ion-Wechselwirkungen
24.3 Diffusion
24.3.1 Die thermodynamische Kraft
24.3.2 Die Diffusionsgleichung
24.3.3 Diffusionswahrscheinlichkeiten
24.3.4 Eine statistische Betrachtung der Diffusion

25 Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen

25.1 Empirische Reaktionskinetik
25.1.1 Experimentelle Methoden
25.1.2 Die Geschwindigkeit von Reaktionen
25.1.3 Integrierte Geschwindigkeitsgesetze
25.1.4 Reaktionen in der Nähe des Gleichgewichts
25.1.5 Die Temperaturabhängigkeit von Reaktionsgeschwindigkeiten
25.2 Theorie der Reaktionskinetik
25.2.1 Elementarreaktionen
25.2.2 Aufeinanderfolgende Elementarreaktionen
25.2.3 Unimolekulare Reaktionen

26 Die Kinetik komplexer Reaktionen

26.1 Kettenreaktionen
26.1.1 Der Verlauf von Kettenreaktionen
26.1.2 Explosionen
26.1.3 Photochemische Reaktionen
26.2 Polymerisationen
26.2.1 Kettenpolymerisation
26.2.2 Schrittweise Polymerisation
26.3 Katalyse und Oszillationen
26.3.1 Homogene Katalyse
26.3.2 Autokatalyse
26.3.3 Oszillierende Reaktionen
26.3.4 Chemisches Chaos

27 Molekulare Reaktionsdynamik

27.1 Reaktive Stöße
27.1.1 Die Stoßtheorie
27.1.2 Diffusionskontrollierte Reaktionen
27.1.3 Die Stoffbilanzgleichung
27.2 Die Theorie des aktivierten Komplexes
27.2.1 Die Reaktionskoordinate und der Übergangszustand
27.2.2 Die Eyring-Gleichung
27.2.3 Eine Thermodynamische Betrachtung des aktivierten Komplexes
27.3 Die Dynamik molekularer Stöße
27.3.1 Reaktive Stöße
27.3.2 Potentialhyperflächen
27.3.3 Theoretische und experimentelle Ergebnisse

28 Die Eigenschaften von Oberflächen

28.1 Die Eigenschaften flüssiger Oberflächen
28.1.1 Oberflächenspannung
28.1.2 Gekrümmte Oberflächen
28.1.3 Die Kapillarwirkung
28.2 Oberflächenaktive Substanzen
28.2.1 Der Oberflächenüberschuß
28.2.2 Die experimentelle Untersuchung von Oberflächenfilmen
28.3 Kolloide
28.3.1 Klassifikation und Herstellung von Kolloiden
28.3.2 Struktur und Stabilität von Kolloiden
28.4 Struktur und Wachstum von Oberflächen
28.4.1 Das Wachstum von Oberflächen
28.4.2 Die Zusammensetzung von Oberflächen
28.5 Adsorption an Oberflächen
28.5.1 Physisorption und Chemisorption
28.5.2 Adsorptionsisothermen
28.5.3 Die Geschwindigkeit von Oberflächenprozessen
28.6 Die katalytische Aktivität von Oberflächen
28.6.1 Adsorption und Katalyse
28.6.2 Beispiele für Katalyse an Oberflächen

29 Dynamische Elektrochemie

29.1 Elektrodenprozesse
29.1.1 Die elektrische Doppelschicht
29.1.2 Die Geschwindigkeit der Ladungsübertragung
29.1.3 Die Polarisation von Elektroden
29.2 Elektrochemische Prozesse
29.2.1 Elektrolyse
29.2.2 Die Eigenschaften von Zellen unter Belastung
29.2.3 Brennstoffzellen und sekundäre Zellen
29.3 Korrosion
29.3.1 Die Geschwindigkeit der Korrosion
29.3.2 Korrosionsschutz

30 Grundlagen der Thermodynamik irreversibler Prozesse

30.1 Entropieproduktion
30.1.1 Entropieproduktion bei der Wärmeleitung
30.1.2 Flüsse und Kräfte
30.1.3 Die phänomenologischen Gleichungen
30.1.4 Entropieproduktion bei der Diffusion
30.1.5 Entropieproduktion bei chemischen Reaktionen
30.2 Allgemeine irreversible Thermodynamik linearer Prozesse
30.2.1 Alte Reziprozitätsrelationen
30.2.2 Die Reziprozitätsrelationen von Onsager
30.2.3 Anwendungen der Reziprozitätsrelationen von Onsager
30.2.4 Der stationäre Zustand
30.2.5 Anmerkungen zu linearen Prozessen
30.2.6 Die Kopplung von Flüssen
30.3 Thermodynamik nichtlinearer irreversibler Prozesse
30.3.1 Das Evolutionskriterium und der stationäre Zustand
30.3.2 Katalyse und Regelung
30.3.3 Das Evolutionskriterium und das kinetische Potential
30.3.4 Information als thermodynamische Größe
30.3.5 Evolution

Weiterführende Informationen

1 Die Maxwell-Boltzmann-Verteilung
2 Beziehungen zwischen partiellen Ableitungen
3 Elektrostatik
4 Die Debye-Hückel-Theorie
5 Klassische Mechanik
6 Quantenmechanik
7 Differentialgleichungen
8 Der harmonische Oszillator
9 Die Rotationsbewegung
10 Schwerpunktskoordinaten
11 Die Abtrennung der inneren Bewegung
12 Das Pauli-Prinzip
13 Gruppen
14 Unbestimmte Multiplikatoren
15 Die Elastizität von Gummi
16 Die ungeordnete Bewegung

Tabellenanhang

Register