B.Che.5303.VL/M.Che.5303 (SoSe 2024)

Physikalische Chemie für Lehramt II (Plan)

Die zweistündige Vorlesung (Fr, 10.15-12.00 Uhr, Hörsaal MN28) bildet zusammen mit den Übungen und dem Praktikum ein Modul Physikalische Chemie III LG: mikroskopische Beschreibung, das man wahlweise im Zwei-Fächer-Bachelor- oder Master-of-Education-Studiengang belegen kann. Das Modul wird mit einer zweistündigen Klausur abgeschlossen, bei der Hilfsmittel erlaubt sind, die keine Kommunikation mit anderen oder dem Internet ermöglichen. Zugangsvoraussetzung zur Klausur ist eine ausreichende Zahl an testierten Praktikumsprotokollen. Am 12.4. findet ab 10.00 Uhr im Hörsaal MN28 eine organisatorische Vorbesprechung statt.

  1. Elektromagnetische Strahlung (12.4.)
    Sichtbares Licht, Farbwahrnehmung, Farbentrennung, Wellennatur, mathematische Beschreibung, Ausbreitungsgeschwindigkeit, Spektralbereiche, Strahlung im Kasten, Boltzmannverteilung aus barometrischer Höhenformel, stehende Wellen in 1,2,3 Dimensionen, UV-Katastrophe, Plancksches Postulat, Plancksche Strahlungskurve als Funktion der Frequenz und der Wellenlänge, Wiensches Verschiebungsgesetz, Strahlungsintensität, schwarzer Strahler, photoelektrischer Effekt, Naturkonstanten
  2. Aufbau der Materie (19.4. und 26.4.)
    Atommodell, Ladungsquantisierung, Nukleonen und Elektronen, Masse-Energie-Äquivalenz, Materiewellen, Welle-Teilchen-Dualismus, Franck-Hertz-Versuch, H-Atom, Balmerserie, Bohrsches Atommodell, Energiesprünge, Schwerpunktkorrektur, Einsteinkoeffizienten, spektrale Verbreiterungsmechanismen, Absorptionsexperiment, Lambert-Beer Gesetz, zeitunabhängige Schrödingergleichung, Wellenfunktion, Aufenthaltswahrscheinlichkeit, stationäre Zustände, zeitabhängige Schrödingergleichung, Heisenbergsche Unschärferelation, Beugung am Spalt, Schrödingers Katze
  3. Molekülzustände und ihre Spektroskopie (3.5., 10.5., 17.5., 24.5.)
    Einfache Lösungen der Schrödingergleichung, Teilchen im Kasten, Quantenzahlen aus Randbedingungen, Nullpunktsenergie, Wellenfunktionen, Wahrscheinlichkeitsdichten, Quantenpunkte, unabhängige Bewegung, Entartung, Kugelkasten, harmonischer Oszillator, Auswahlregeln, Morse-Oszillator, CO2, Wärmeabstrahlung der Erde, Temperaturtrends, Valenzschwingungen mehratomiger Moleküle, Rotation zweiatomiger Moleküle, Energie- und Drehimpulsquantisierung, Auswahlregeln, Intensität von Spektralübergängen, Rotations-Schwingungsspektren, nicht-starrer Rotator, Wasserstoffatom, Quantenzahlen, Radialwellenfunktionen, Kugelflächenfunktionen, 1s-Orbital, Darstellungsvarianten, 2s-Orbital, 2p-Orbitale, komplexe und reelle Wellenfunktionen, Nebenquantenzahl, magnetische Quantenzahl, Spin, Stern-Gerlach-Experiment, kombinierte Experimente, Auswahlregeln im Wasserstoffatom, Heliumatom, SCF-Verfahren, Hartree-Fock-Methode, Grenzen des Orbitalbildes, Orbitalenergien als Funktion der Ordnungszahl, Aufbauprinzip, Periodensystem, Elektronenkonfiguration, Termsymbole, Natriumdublett, Multiplizität, Atomabsorptionsspektroskopie, Röntgenstrahlung, Moseley-Gesetz, ESCA, Franck-Condon-Prinzip, Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Interkombination, innere Umwandlung, Schwingungsrelaxation, Jablonski-Diagramm, photochemische Prozesse, NMR, Kernspin, Zeeman-Effekt, Kern-g-Faktor, Magnetisierung, Abschirmung, chemische Verschiebung, Spin-Kopplung, Messtechniken, Massenspektrometrie, Elektronenstoßionisation, Massentrennung in elektrischen und magnetischen Feldern, Anwendungen, Röntgenbeugungsmethoden
  4. Statistische Thermodynamik (31.5. und 7.6.)
    Boltzmannverteilung, barometrische Höhenformel, Anwendungen, Herleitung, gleich wahrscheinliche Mikrozustände, Makrozustände, Münzwurf, Wahrscheinlichkeitsbetrachtungen, Stirlingformel, wahrscheinlichste Verteilung, Schwankung als Funktion der Teilchenzahl, Energienebenbedingung, molekulare Zustandssumme, Systemzustandssumme, Berechnung für Translation, Rotation und Schwingung, Berechnung der inneren Energie und Wärmekapazität, statistische Entropie, Mischungsentropie, chemisches Gleichgewicht aus Zustandssummen, Deutung
  5. Kinetik (Prof. Dr. Thomas Zeuch, 14.6. und 21.6.)
    Chemische Reaktionskinetik, Reaktionsgeschwindigkeit, Reaktionsmechanismen, Konzept der Quasistationarität, Stoßtheorie, Theorie des Übergangszustands
  6. Chemische Bindung (28.6.)
    Grenzen der klassischen Elektrostatik bei H2+, Beiträge zur Bindung, Resonanz, Schrödingergleichung, Knoten, Molekülorbitale, Potentialkurven und ihr asymptotisches Verhalten, LCAO-MO-Methode, Überlappungsintegral, Coulombintegral, Resonanzintegral, Bindungsordnung, H2, weitere homonukleare zweiatomige Moleküle, Biradikalcharakter, Hybridisierung, heteronukleare zweiatomige Moleküle, polare und ionische Bindung, Dipolmoment, Bindungsenthalpien und Bindungslängen, nicht-kovalente Wechselwirkungen, Lennard-Jones-Potential, Molekülkristalle, kovalente und Ionenkristalle, Metalle
  7. Transportprozesse (5.7.)
    Diffusion, Wärmeleitung, Viskosität, Fluss, Triebkraft, Ladungstransport, Stofftransport, Wärmetransport, Gesetze von Fick und Fourier, 2. Ficksches Gesetz, mittleres Verschiebungsquadrat, Wärmedämmung, Gase, Maxwell-Boltzmann-Verteilung, wahrscheinlichste und mittlere Geschwindigkeit, mittlere freie Weglänge, Diffusionskoeffizient, Wärmeleitfähigkeit
  8. Fragestunde oder Probeklausur (12.7.)

Literaturempfehlung

Ein allgemeines Lehrbuch der Physikalischen Chemie (Atkins, McQuarrie/Simon, Wedler/Freund, Alberty/Silbey, Berry/Rice/Ross, Moore/Hummel, Engel/Reid (cave!), ...) ist hilfreich und kann an der SUB ausgeliehen werden.

Einige Lehrbücher sind über die SUB als Ebook verfügbar:

(Um auf die Ebooks zugreifen zu können muss man sich entweder über Eduroam einwählen oder eine VPN-Verbindung zum Uni-Netzwerk herstellen.)

Konzepte der Physikalischen Chemie sind in dem kapitelweise für alle frei verfügbaren Buch von Atkins, "Concepts in Physical Chemistry", zusammengefasst.

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