PC III (SS 2000)
Vorlesung: Elektrochemie
Die Vorlesung (3 SWS einschließlich Proseminar) beschäftigt sich mit strukturellen, energetischen, thermodynamischen, dynamischen, kinetischen und anwendungsorientierten Aspekten der Elektrochemie. Die unten aufgeführten Kapitel entsprechen im Durchschnitt jeweils etwa dem Programm einer Woche.
Die Vorlesung wird voraussichtlich in diesem Semester zum letzten Mal gehalten. Mit Inkrafttreten der neuen Diplomprüfungs- und Studienordnung wird der Stoff auf die Vorlesungen Einführung in die Physikalische Chemie, Chemische Thermodynamik, Chemische Reaktionskinetik sowie auf Wahlpflichtvorlesungen verteilt. Wer nach der neuen Studienordnung studieren möchte, kann sich den Übungsschein PCIII im Rahmen der Übergangsbestimmungen als Wahlpflichtvorlesung anrechnen lassen.
Zu der Vorlesung gehört in diesem Jahr auch der Besuch der Bunsentagung in Würzburg am 2. Juni. Das Thema der 99. Hauptversammlung ist die "Chemische und Elektrochemische Energie-Speicherung und -Wandlung". Außerdem findet ein Industriesymposium "Batterien und Brennstoffzellen" statt. Die verbindliche Anmeldung zu dieser Tagung muss aus organisatorischen Gründen in der ersten Vorlesungsstunde am 11. April erfolgen. Reisekostenzuschüsse/Stipendien werden ebenfalls in der ersten Vorlesungsstunde besprochen. Teilnehmende erhalten die Gelegenheit, im Rahmen einer Übungsstunde oder am 13.6. ein Kurzreferat über einen gehörten Vortrag zu halten. Das Kurzreferat ersetzt einen Kurztest und eine Hausaufgabe.
Vorlesungstermine: 11.4., 18.4., 25.4., 2.5., 9.5., 16.5., 23.5., 6.6., 20.6., 27.6.
Kurzvorträge, allgemeine Fragestunde, etc.: 13.6. (geplant, Pfingstwoche)
Klausur: 4.7. (geplant)
Bunsentagung: 2.6. (anstelle der Vorlesung am 30.5.)
- Einleitung, Salze und Lösungsmittel
1.1. Energetik von Ionenkristallen
1.2. Kirkwood-Modell für polare Lösungsmittel
1.3. Elektrolytgleichgewichte - Ionen in Lösung
2.1. Born-Modell der Solvatation
2.2. Mikroskopische Modelle der Solvatation
2.3. Spektroskopische Untersuchungen der Ionensolvatation - Ion-Ion-Wechselwirkung
3.1. Debye-Hückel-Theorie
3.2. Modelle für konzentrierte Elektrolytlösungen - Ionendynamik
4.1. Ionenleitfähigkeit
4.2. Überführungszahlen
4.3. Nernst-Einstein, Stokes-Einstein, Waldensche Regel
4.4. Debye-Hückel-Onsager-Modell - Protonen, Salzschmelzen und Festelektrolyte
5.1. Struktur, Energetik und Dynamik solvatisierter Protonen
5.2. Eigenschaften von Salzschmelzen
5.3. Lochverteilung nach Fürth
5.4. Fehlstellen im Festkörper
5.5. Festelektrolyte, Nernststift - Elektrochemische Zellen
6.1. Terminologie und Typen
6.2. Elektrochemisches Potential
6.3. Thermodynamik, Nernstsche Gleichung, Spannungsreihe
6.4. Konzentrationsketten - Struktur von elektrochemischen Grenzflächen
7.1. Galvani- und Voltapotential
7.2. Doppelschichtmodelle (Helmholtz, Gouy-Chapman, Stern)
7.3. Halbleitergrenzflächen
7.4. Flüssigkeitspotential
7.5. Membranpotential - Elektrodenkinetik
8.1. Überspannung und Stromspannungskurven
8.2. Butler-Volmer-Gleichung
8.3. Diffusionsgrenzstrom
8.4. Mechanismus der Wasserstoffabscheidung
8.5. Zyklische Voltammetrie - Anwendungen (2 Wochen)
9.1. Polarographie
9.2. Bezugselektroden
9.3. Elektrochemische Sensoren
9.4. Elektrochemische Korrosion
9.5. Galvanische Zellen (Batterien, Akkumulatoren, Brennstoffzellen)
9.6. Elektrochemische Synthesen (Aluminium, Chloralkalielektrolyse, Nylon)
9.7. Biomembranen und Nervenleitung
Literaturempfehlung
Ein gutes allgemeines Lehrbuch der Physikalischen Chemie (Atkins, Wedler, Alberty/Silbey, Berry/Rice/Ross, Moore/Hummel, ...) reicht mehrheitlich aus. Bei angelsächsischen Autoren ist in der Regel die englischsprachige Originalausgabe zu empfehlen (Preis, Aktualität, wichtige Sprachübung). Einige Monographien zur Elektrochemie (subjektive Auswahl): Hamann/Vielstich, Elektrochemie, Wiley-VCH, 1998, ISBN 3-527-27894-X (guter, aktueller Überblick über technische Anwendungen, aber im Grundlagen- und Spektroskopieteil leider mehrere Mängel, kein SI-System in der deutschen Auflage!); Bockris/Reddy, Modern Electrochemistry Vol. 1+2, Plenum 1970 (vergriffen, didaktisch gute und ausführliche Darstellung), Koryta/Dvorak/Kavan, Principles of Electrochemistry, 2nd ed., Wiley, 1993, ISBN 0-471-93838-1 (kompakte Darstellung, biologische Anwendungen)