Chemische Thermodynamik

Die Thermodynamik wurde im 19. Jahrhundert zur Beschreibung von Prozessen in Wärme kraftmaschinen entwickelt. In weiterer Folge wurde klar, daß die thermodynamischen Prin zipien auch die Beschreibung der Gleichgewichtszustände der Stoffe sowie der Phasen-und Reaktionsgleichgewichte ermöglichen. Diese Erweiterung stellte einen wesentlichen Schritt auf dem Weg der Chemie zu einer exakten Wissenschaft dar. Im Laufe der Zeit ist daraus mit der chemischen Thermodynamik eine selbständige Disziplin entstanden, die heute einen integralen Bestandteil der Ausbildung im Rahmen der Studiengänge der Chemie und des Chemieingenieurwesens an Universitäten und Fachhochschulen bildet. Das vorliegende Buch ist aus der Lehrtätigkeit des Verfassers in Vorlesungen, Übungen und Praktika in physikalischer Chemie im Rahmen dieser Studiengänge an den Universitäten Bochum und Karlsruhe entstanden. Es soll eine Übersicht über Grundlagen, Methoden und Anwendungen der chemischen Thermodynamik geben. Je nach Stoffauswahl kann es so wohl Lehrinhalte von Grund- als auch von Fortgeschrittenenvorlesungen vermitteln. Die Kenntnis mathematischer und physikalischer Grundbegriffe, etwa im Rahmen einführender Hochschulvorlesungen, wird vorausgesetzt. Da heute die Thermodynamik auch auf vielen benachbarten Gebieten, wie z. B. in den Materialwissenschaften, der Metallurgie, den Geo wissenschaften oder den Biowissenschaften, eine wichtige Rolle spielt, ist das Buch auch für Studierende anderer natur-und ingenieurwissenschaftlicher Disziplinen mit Interesse an thermodynamischen Fragestellungen geeignet.

Das Buch richtet sich an Studierende der Chemie und des Chemieingenieurwesens. Es ist aus einer Reihe von allgemeinen Vorlesungen in physikalischer Chemie und Vertiefungsvorlesungen zur Thermodynamik für Chemiker und Chemieingenieure hervorgegangen. Ziel ist eine kompakte Darstellung der makroskopischen und mikroskopischen Gleichgewichtsthermodynamik. Besondere Berücksichtigung finden moderne Entwicklungen, zum Beispiel auf dem Gebiet der Thermodynamik überkritischer Fluide. Der behandelte Stoff wird durch zahlreiche Rechenbeispiele veranschaulicht.

Autorentext

Professor Dr. Hermann Weingärtner, Universität Bochum

Klappentext

Dieses Buch vermittelt den Stoff der makroskopischen und mikroskopischen Gleichgewichtsthermodynamik kompakt und mit vielen Rechenbeispielen. Besondere Berücksichtigung finden moderne Entwicklungen, z. B. auf dem Gebiet der Thermodynamik überkritischer Fluide.

Inhalt
1 Einführung.- 1.1 Grundbegriffe.- 2 Hauptsätze der Thermodynamik.- 2.1 Erster Hauptsatz der Thermodynamik.- 2.2 Entropie und zweiter Hauptsatz der Thermodynamik.- 2.3 Dritter Hauptsatz und Absolutberechnung der Entropie.- 3 Charakteristische Funktionen und thermodynamisches Gleichgewicht.- 3.1 Charakteristische Funktionen für geschlossene Systeme.- 3.2 Offene Systeme und chemisches Potential.- 4 Grundlagen der statistischen Thermodynamik.- 4.1 Grundbegriffe der statistischen Thermodynamik.- 4.2 Zustandssummen.- 4.3 Andere Gesamtheiten.- 5 Molekulare Beschreibung idealer Gase und perfekter Kristalle.- 5.1 Ideale Gase.- 5.2 Perfekte Kristalle.- 6 Reale Gase und kondensierte Phasen.- 6.1 Thermische Eigenschaften realer Gase.- 6.2 Thermodynamik realer Gase.- 6.3 Molekulare Beschreibung von realen Gasen und Flüssigkeiten.- 7 Phasengleichgewichte von Reinstoffen.- 7.1 Thermodynamische Beschreibung von Phasengleichgewichten.- 7.2 Spezielle Phasengleichgewichte.- 7.3 Materie in der Nähe von kritischen Punkten.- 8 Thermodynamische Eigenschaften von Gemischen.- 8.1 Thermodynamische Beschreibung von Gemischen.- 8.2 Gemische realer Gase.- 8.3 Flüssige Gemische.- 8.4 Molekulare Beschreibung von Gemischen.- 9 Flüssig-Gas-Gleichgewichte in Mehrstoffsystemen.- 9.1 Stoffliches Gleichgewicht und Stabilität von Mehrstoffsystemen.- 9.2 Flüssig-Gas-Gleichgewichte in Zweistoffsystemen.- 9.3 Verdünnte Lösungen.- 9.4 Aktivitätskoeffizenten aus Flüssig-Gas-Gleichgewichten.- 10 Flüssig-flüssig-Gleichgewichte.- 10.1 Gleichgewichtsbedingungen für Flüssig-flüssig-Gleichgewichte.- 10.2 Osmotische Gleichgewichte.- 11 Gleichgewichte unter Beteiligung fester Phasen.- 11.1 Vollständige Mischbarkeit in der festen Phase.- 11.2 Unmischbarkeit in der festen Phase.- 11.3Verbindungsbildung in der festen Phase.- 12 Thermodynamische Reaktionsgrößen.- 12.1 Thermochemie.- 12.2 Weitere thermodynamische Reaktionsgrößen.- 12.3 Thermochemie von Ionen in Lösung.- 12.4 Thermodynamische Tabellen.- 13 Chemische Gleichgewichte.- 13.1 Gleichgewichtsbedingungen für chemische Reaktionen.- 13.2 Chemische Gleichgewichte zwischen idealen Gasen.- 13.3 Chemische Gleichgewichte zwischen realen Gasen.- 13.4 Heterogene Gasgleichgewichte.- 13.5 Gleichgewichte in flüssiger Phase.- 13.6 Gekoppelte Gleichgewichte bei Simultanreaktionen.- 14 Thermodynamische Eigenschaften von Elektrolytlósungen.- 14.1 Coulomb-Wechselwirkung und Ionendissoziation.- 14.2 Thermodynamik starker Elektrolyte in Lösung.- 15 Elektrochemische Thermodynamik.- 15.1 Grundlagen der elektrochemischen Thermodynamik.- 15.2 Potentialdifferenzen an Phasengrenzen.- 15.3 Potentialdifferenzen an Flüssig-flüssig-Phasengrenzen.- 15.4 Thermodynamische Anwendungen elektrochemischer Zellen.- 16 Oberflächeneigenschaften.- 16.1 Flüssig-Gas-Grenzfläche des Reinstoffs.- 16.2 Oberflächenerscheinungen von flüssigen Gemischen.- 16.3 Adsorption von Gasen an Festkörperoberflächen.- A Mathematischer Anhang.- A.1 Zustandsfunktionen.- A.3 Homogene Funktionen.- B Literatur.