Verfügbarkeit: Lehrbuch der Elektrochemie | Technische Universität München

Lehrbuch der Elektrochemie: Grundlagen, Methoden, Materialien, Anwendungen

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Beteilige Person:	Wittstock, Gunther 1965- (VerfasserIn)
Weitere beteiligte Personen:	Speiser, Bernd 1952- (MitwirkendeR), Witt, Julia (MitwirkendeR)
Format:	Buch
Sprache:	Deutsch
Veröffentlicht:	Weinheim WILEY [2023]
Schlagwörter:	Galvanotechnik Elektrochemie Lehrbuch
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Umfang:	xxxiii, 1036 Seiten Illustrationen, Diagramme 29 cm
ISBN:	9783527327843 3527327843

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Datensatz im Suchindex

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adam_text	INHALT SYMBOLE FUER PHYSIKOCHEMISCHE GROESSEN IN DIESEM BUCH XVII ABKUERZUNGEN IN DIESEM BUCH XXVII NOCH EIN LEHRBUCH DER ELEKTROCHEMIE, MUSS DAS WIRKLICH SEIN? 1 ELEKTROCHEMIE - SCHON LANGE ETABLIERT, ABER IMMER NOCH KOMPLIZIERT? 1 WAS DUERFEN SIE NUN VON DEM FACHGEBIET UND DEM BUCH ERWARTEN? 2 HISTORISCHE UND AKTUELLE LEHRBUECHER 4 DANKSAGUNG 5 BILDQUELLEN 6 TEIL I GRUNDLAGEN 9 1 DIE ELEKTRODENREAKTION - DER KERN DER ELEKTROCHEMIE 11 1.1 STROMFLUSS UND STOFFUMSATZ IN ELEKTROCHEMISCHEN ZELLEN 11 1.2 ELEKTRODEN UND IONEN 13 1.3 WELCHE QUANTITATIVE BEZIEHUNG BESTEHT ZWISCHEN STOFFUMSATZ UND LADUNG? 16 1.4 WELCHE BEZIEHUNG BESTEHT ZWISCHEN STROMFLUSS UND REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT? 17 1.5 GALVANISCHE ZELLEN UND ELEKTROLYSEZELLEN 20 ZUSAMMENFASSUNG 22 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 22 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 23 2 DIE THERMODYNAMIK ELEKTROCHEMISCHER REAKTIONEN 25 2.1 VON DER ZELLSPANNUNG ZUM ELEKTRODENPOTENTIAL 25 2.1.1 DIE DEFINITION DER ZELLSPANNUNG 25 2.1.2 ELEKTROCHEMISCHE SPANNUNGSREIHE 26 2.2 WELCHER ZUSAMMENHANG BESTEHT ZWISCHEN ZELLSPANNUNG UND THERMODYNAMISCHEN POTENTIALEN? 28 2.2.1 DAS ELEKTROCHEMISCHE POTENTIAL 28 2.2.2 DIE NERNST SCHE GLEICHUNG 33 2.2.3 AKTIVITAETEN SIND EFFEKTIVE GEHALTSGROESSEN 39 2.2.4 BERECHNUNG DER STANDARDZELLSPANNUNG 41 2.2.5 ABHAENGIGKEIT DER GLEICHGEWICHTSZELLSPANNUNG VON ZUSTANDSGROESSEN 43 2.3 ZELLSPANNUNGEN ENTSTEHEN DURCH LADUNGSTRENNUNGEN AN GRENZFLAECHEN - DIE GALVANI-SPANNUNG 47 2.3.1 DIE GALVANI-SPANNUNG AN LONENELEKTRODEN 48 2.3.2 DIE GALVANI-SPANNUNG AN REDOXELEKTRODEN 49 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.4 LADUNGSTRENNUNG UND GALVANI-SPANNUNGEN OHNE ELEKTRODEN 50 DIE KOMBINATION VON GALVANI-SPANNUNGEN ZUR ZELLSPANNUNG 54 ELEKTRODEN MIT MISCHPOTENTIALBILDUNG 57 ANWENDUNG VON ZELLSPANNUNGSMESSUNGEN UND DIE NUTZUNG GALVANISCHER ZELLEN 57 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 REFERENZELEKTRODEN 57 ERMITTLUNG THERMODYNAMISCHER GROESSEN 66 GEHALTSBESTIMMUNGEN MIT POTENTIOMETRIE 68 UEBERBLICK UEBER ELEKTROCHEMISCHE ENERGIEWANDLUNGSSYSTEME 69 ZUSAMMENFASSUNG 80 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 80 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 82 3 DIE ELEKTROCHEMISCHE KINETIK - HOMOGENE UND HETEROGENE PROZESSE 85 3.1 3.1.1 KOPPLUNG VON MASSENTRANSFER UND GRENZFLAECHENREAKTION 85 WELCHE TEILSCHRITTE TRETEN BEI ELEKTRODENREAKTIONEN AN IONEN UND REDOXELEKTRODEN AUF? 86 3.1.2 3.2 3.2.1 ELEKTRODENREAKTIONEN SIND MEHRSCHRITTREAKTIONEN 88 KINETIK DES LADUNGSTRANSFERSCHRITTES 90 REPETITORIUM: HOMOGENE GLEICHGEWICHTSREAKTIONEN UND TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT 90 3.2.2 3.2.3 ABLEITUNG DER BUTLER-VOLMER-GLEICHUNG 92 WELCHE INHALTLICHE BEDEUTUNG BESITZEN DIE SYMBOLE IN DER BUTLER-VOLMER GLEICHUNG? 97 3.2.4 3.2.5 3.2.6 WAS BEDEUTET DER TRANSFERKOEFFIZIENT A? 101 WELCHE GRENZFAELLE ERGEBEN SICH AUS DER BUTLER-VOLMER-GLEICHUNG? 102 WIE SIEHT DIE BUTLER-VOLMER-GLEICHUNG AUS, WENN DIE ELEKTRODENREAKTION SELBER AUS MEHREREN ELEMENTARSCHRITTEN BESTEHT? 106 3.2.7 REAGIEREN MEHRERE REDOXPAARE AN EINER ELEKTRODE, BILDET SICH EIN MISCHPOTENTIAL AUS 107 3.2.8 WO STOESST DER BUTLER-VOLMER-FORMALISMUS AN SEINE GRENZEN? 108 ZUSAMMENFASSUNG 110 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 111 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 113 4 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 MASSENTRANSPORT UND RANDSCHICHTEN 115 UEBERBLICK UND BEGRIFFE 116 MIGRATION 117 STRUKTUR DER ELEKTROLYTPHASE UND LONENBEWEGLICHKEIT 117 ELEKTRISCHE GROESSEN ZUR CHARAKTERISIERUNG DER LADUNGSTRAEGERBEWEGUNG 120 4.2.3 ZWISCHEN LONENBEWEGLICHKEIT UND LEITFAEHIGKEIT BESTEHT EIN DEFINIERTER ZUSAMMENHANG 124 4.2.4 WARUM SIND MOLARE LEITFAEHIGKEITEN STARKER ELEKTROLYTE KONZENTRATIONSABHAENGIG? 126 4.2.5 4.2.6 DAS GESETZ DER UNABHAENGIGEN LONENBEWEGUNG 126 WARUM IST DIE MOLARE LEITFAEHIGKEIT VON SCHWACHEN ELEKTROLYTEN SO VIEL STAERKER VON DER KONZENTRATION ABHAENGIG ALS BEI STARKEN ELEKTROLYTEN? 127 4.2.7 UEBERFUEHRUNGSZAHLEN BESCHREIBEN DEN ANTEIL EINER LONENSORTE AM GESAMTSTROM 131 4.2.8 INTERIONISCHE WECHSELWIRKUNGEN 136 4.2.9 AKTIVITAETSKOEFFIZIENTEN 140 4.2.10 LEITFAEHIGKEITSKOEFFIZIENTEN 143 4.3 DIE ELEKTRISCHE DOPPELSCHICHT 145 4.3.1 DIE ELEKTRISCHEN EIGENSCHAFTEN DER DOPPELSCHICHT 145 4.3.2 DIE MOLEKULARE STRUKTUR DER ELEKTRISCHEN DOPPELSCHICHT 147 4.3.3 WIE VERAENDERT DIE ADSORPTION VON IONEN UND MOLEKUELEN DIE STRUKTUR UND DIE EIGENSCHAFTEN DER ELEKTRISCHEN DOPPELSCHICHT? 149 4.4 DIFFUSION 154 4.4.1 ZUFALLSBEWEGUNG EINES TEILCHENS 155 4.4.2 MASSENTRANSPORT DURCH DIFFUSION - DAS ERSTE FICK SCHE GESETZ 158 4.5 DIFFUSIONSSCHICHTEN 161 4.5.1 ZEITLICHE VERAENDERUNG VON KONZENTRATIONSPROFILEN - DAS ZWEITE FICK SCHE GESETZ 161 4.5.2 STROMVERLAUF UND KONZENTRATIONSPROFILE BEI POTENTIALSPRUNGEXPERIMENTEN (CHRONOAMPEROMETRIE) 162 4.6 KOMBINIERTE TRANSPORTPROZESSE BEI DER ELEKTROPHORESE 169 4.6.1 GRUNDPRINZIP 169 4.6.2 VARIANTEN DER ELEKTROPHORESE VON PROTEINEN 171 4.6.3 KAPILLARELEKTROPHORESE 175 4.7 ZUSAMMENFASSUNG DER TRANSPORTMECHANISMEN IN DER NERNST-PLANCK-TRANSPORTGLEICHUNG 182 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 185 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 186 TEIL II UNTERSUCHUNGSMETHODEN DER ELEKTROCHEMIE 189 5 ELEKTROANALYTISCHE METHODEN UND ELEKTROCHEMISCHE SENSOREN 191 5.1 STAMMBAUM ELEKTROANALYTISCHER METHODEN 191 5.2 POTENTIOMETRIE 193 5.2.1 WANN IST EINE RUHEZELLSPANNUNG SELEKTIV FUER EINE LONENSORTE? 193 5.2.2 MEMBRANELEKTRODEN 194 5.2.3 GLASELEKTRODEN 196 5.2.4 SELEKTIVITAET UND NACHWEISGRENZEN VON ISE 198 5.2.5 FESTKOERPERMEMBRAN-ELEKTRODEN 201 5.2.6 FLUESSIGMEMBRANELEKTRODEN 202 5.2.7 POTENTIOMETRISCHE SENSOREN 205 5.2.8 DIE LAMBDA-SONDE 207 5.2.9 ZUSAMMENFASSUNG POTENTIOMETRIE 209 5.3 DYNAMISCHE ELEKTROCHEMISCHE METHODEN 210 5.3.1 POTENTIOSTATEN UND GALVANOSTATEN 210 5.3.2 ELEKTRODEN FUER VOLTAMMETRISCHE UNTERSUCHUNGEN 212 5.3.3 ELEKTROLYTLOESUNGEN FUER VOLTAMMETRISCHE UNTERSUCHUNGEN 217 5.3.4 ZELLGEFAESSE FUER VOLTAMMETRISCHE UNTERSUCHUNGEN 218 5.3.5 CYCLOVOLTAMMETRIE 219 5.3.6 MODERNE QUECKSILBERELEKTRODEN UND PULSPROGRAMME 232 5.3.7 DIFFERENZPULS-VOLTAMMETRIE 233 5.3.8 SQUARE WAVE-VOLTAMMETRIE 235 5.3.9 UEBERSICHT UEBER WEITERE SIGNALFORMEN UND IHRE ANWENDUNG 238 5.3.10 VERFAHREN MIT INTEGRIERTER ANREICHERUNG (STRIPPING-VERFAHREN) 242 5.3.11 EINSATZ DER STANDARDADDITIONSTECHNIK ZUR VERRINGERUNG VON MATRIXEFFEKTEN 245 5.3.12 SPEZIATION MIT VOLTAMMETRISCHEN VERFAHREN 246 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.5 AMPEROMETRISCHE SENSOREN 248 AMPEROMETRISCHE DETEKTION IN FLIESSSYSTEMEN 249 AMPEROMETRISCHE ENDPUNKTANZEIGE BEI TITRATIONEN 250 DIE CLARK-ELEKTRODE 251 VOLTAMMETRIE BEI BESONDEREN MASSENTRANSPORTBEDINGUNGEN - IMMOBILISIERTE REDOXSYSTEME 252 5.6 VOLTAMMETRIE BEI BESONDEREN MASSENTRANSPORTBEDINGUNGEN - MIKROELEKTRODE 256 5.6.1 5.6.2 5.6.3 5.6.4 5.6.5 5.6.6 5.7 5.7.1 5.7.2 STATIONAERE STROEME 256 WARUM ENTSTEHEN STATIONAERE STROEME? 257 WIE AENDERT SICH DER STROM VOR DER EINSTELLUNG DES STATIONAEREN STROMS? 261 CYCLOVOLTAMMETRIE AN MIKROSCHEIBENELEKTRODEN 264 ANALYTISCHE EIGENSCHAFTEN UND EINSATZGEBIETE VON MIKROELEKTRODEN 269 ARRAYS AUS MIKROELEKTRODEN 274 INSTRUMENTELLE GRUNDLAGEN VON ELEKTROCHEMISCHEN MESSGERAETEN 278 AUFBAU MODERNER VOLTAMMETRISCHER ARBEITSPLAETZE 278 FEHLERSUCHE UND FEHLERBESEITIGUNG IN POTENTIOSTATISCHEN VERSUCHSAUFBAUTEN 283 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 285 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 290 6 AUFKLAERUNG ELEKTROCHEMISCHER REAKTIONSMECHANISMEN IN FLUESSIGEN ELEKTROLYTEN 297 6.1 6.1.1 6.1.2 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 KOMBINATION VON REAKTIONSSCHRITTEN ZUR ELEKTRODENREAKTION 298 WELCHE FRAGEN MUESSEN WIR UNTERSUCHEN? 298 NOMENKLATUR FUER MECHANISMEN VON ELEKTRODENREAKTIONEN 300 VON DER MESSKURVE ZUM MODELLMECHANISMUS 300 WIE SOLLTEN EXPERIMENTE DURCHGEFUEHRT WERDEN? 300 WIE LAEUFT EINE MESSREIHE AB? 302 WORAN ERKENNEN WIR EINEN BESTIMMTEN MECHANISMUS? 303 DIAGNOSTISCHE KRITERIEN ALS HINWEIS AUF BAUSTEINE ELEKTROCHEMISCHER MODELLMECHANISMEN 306 6.2.5 6.3 6.3.1 6.3.2 6.4 ZONENDIAGRAMME 309 WANN IST EIN MODELLMECHANISMUS PLAUSIBEL? 312 SIMULATION (MODELLIERUNG) 312 ISOLIERUNG UND CHARAKTERISIERUNG VON ZWISCHENSTUFEN UND PRODUKTEN 319 WICHTIGE MECHANISTISCHE MODELLE IN DER MOLEKULAREN ELEKTROCHEMIE IN FLUESSIGEN PHASEN 319 6.4.1 6.4.2 EIN-ELEKTRONEN-TRANSFERREAKTIONEN OHNE SEPARATE CHEMISCHE SCHRITTE 320 MEHR-ELEKTRONEN-TRANSFERREAKTIONEN OHNE SEPARATE CHEMISCHE SCHRITTE 322 6.4.3 6.4.4 6.4.5 6.4.6 6.4.7 6.5 6.5.1 6.5.2 6.5.3 6.5.4 6.5.5 6.5.6 GEKOPPELTE CHEMISCHE REAKTIONEN 325 ECE-VARIANTEN 328 DAS QUADRATSCHEMA UND SEINE VARIANTEN 331 KATALYSE DURCH ELEKTRONENTRANSFER 332 SPEZIELLE EFFEKTE 334 WIE BESTIMMEN WIR REAKTIONSPARAMETER? 336 DAS AUSWERTUNGSPROBLEM IN DER MECHANISTISCHEN ELEKTROCHEMIE 337 DIREKTE AUSWERTUNGSMETHODEN 337 DATENTRANSFORMATION: LINEARISIERUNG UND SEMIINTEGRATION 338 NUTZUNG VON ARBEITSKURVEN 340 GLOBALE ANPASSUNG AN MESSKURVEN 341 WIE OPTIMIEREN WIR DIE QUALITAET VOLTAMMETRISCHER MESSUNGEN? 344 6.5.7 AUSBLENDEN UND MODIFIZIEREN VON REAKTIONSSCHRITTEN 347 6.6 ERGAENZENDE TECHNIKEN 351 6.6.1 ELEKTROLYSE UND COULOMETRIE 351 6.6.2 WIE LASSEN SICH DIE REAKTIONSLADUNGSZAHL N UND DER DIFFUSIONSKOEFFIZIENT D BESTIMMEN? 354 6.6.3 SPEKTROELEKTROCHEMIE 357 ZUSAMMENFASSUNG 362 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 362 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 363 7 ELEKTROCHEMISCHE IMPEDANZSPEKTROSKOPIE 371 7.1 OHM SCHE WIDERSTAENDE UND IDEALE KONDENSATOREN IM WECHSELSTROMKREIS 373 7.2 IMPEDANZMESSUNG AN ELEKTROCHEMISCHEN ZELLEN 375 7.2.1 INSTRUMENTIERUNG 375 7.2.2 VORGEHEN BEI IMPEDANZMESSUNGEN 377 7.3 ERSATZSCHALTBILDER TYPISCHER ELEKTRODEN UND ZELLEN 378 7.3.1 IMPEDANZ EINER ELEKTROCHEMISCHEN ZELLE OHNE STOFFUMSATZ 378 7.3.2 ELEKTRODE MIT STOFFUMSATZ OHNE BEGRENZUNG DURCH DIFFUSION 380 7.3.3 ELEKTRODE MIT STOFFUMSATZ UNTER BERUECKSICHTIGUNG DER DIFFUSION 382 7 A ENTWICKLUNG VON ERSATZSCHALTBILDERN 385 7.4.1 PARTIELL BLOCKIERTE ELEKTRODE 386 7.4.2 ELEKTRODE MIT POROESER DECKSCHICHT 387 7.4.3 POROESE ELEKTRODE 387 7.4.4 KONSTANT-PHASEN-ELEMENTE (CPE, CONSTANT PHASE ELEMENTS) 389 ZUSAMMENFASSUNG 392 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 392 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 393 8 UNTERSUCHUNG VON GRENZFLAECHENSTRUKTUREN 395 8.1 UEBERBLICK UND SYSTEMATIK 395 8.2 SCHWINGUNGSSPEKTROSKOPIE AN OBERFLAECHEN 397 8.2.1 INFRAROT-REFLEXIONS-ABSORPTIONSSPEKTROSKOPIE (IRRAS) 398 8.2.2 RAMAN-SPEKTROSKOPIE 404 8.2.3 AUSNUTZUNG NICHTLINEARER OPTISCHER EFFEKTE 406 8.2.4 ELEKTRONENENERGIE-VERLUSTSPEKTROSKOPIE (EELS) 407 8.3 ELLIPSOMETRIE 407 8.4 OBERFLAECHENPLASMONENRESONANZ 411 8.5 SPEKTROSKOPIE INNERER ELEKTRONEN 413 8.5.1 PRIMAER UND SEKUNDAERPROZESSE 413 8.5.2 ELEKTRONENSPEKTROSKOPIE 415 8.5.3 ROENTGENABSORPTIONSSPEKTROSKOPIE 428 8.6 ROENTGENDIFFRAKTION 432 8.7 MASSENSPEKTROMETRIE 433 8.8 ELEKTROCHEMISCHE QUARZKRISTALL-MIKROWAAGE 433 8.8.1 PIEZOELEKTRISCHER EFFEKT UND QUARZMIKROWAAGE 434 8.8.2 BEEINFLUSSUNG DER MECHANISCHEN RESONANZFREQUENZ 436 8.8.3 TYPISCHE ANWENDUNGEN 437 8.9 EINKRISTALLELEKTRODEN 441 8.9.1 STRUKTUR VON METALLKRISTALLEN UND IHRE IDEALEN OBERFLAECHEN 442 8.9.2 WAS VERSTEHEN WIR UNTER OBERFLAECHENREKONSTRUKTION? 445 8.9.3 WELCHE DEFEKTE EXISTIEREN AN OBERFLAECHEN? 445 8.9.4 WIE LASSEN SICH EINKRISTALLELEKTRODEN PRAEPARIEREN? 446 8.9.5 8.9.6 8.9.7 8.9.8 WIE WERDEN EINKRISTALLELEKTRODEN CHARAKTERISIERT? 448 WAS SIND UEBERSTRUKTUREN? 450 UEBERSTRUKTUREN AUS SPEZIFISCH ADSORBIERTEN ANIONEN 453 UEBERSTRUKTUREN AUS METALLATOMEN NACH UNTERPOTENTIAL-ABSCHEIDUNG 453 8.10 8.10.1 8.10.2 8.10.3 8.10.4 8.10.5 8.10.6 EIN ZWEITER BLICK AUF DIE ELEKTROCHEMISCHE DOPPELSCHICHT 455 GRENZPHASE UND EXZESSGROESSEN 457 LADUNGSUEBERSCHUSS AN ELEKTRODEN 459 DAS NULLLADUNGSPOTENTIAL 462 GRENZFLAECHENUEBERSCHUSS UND ADSORPTIONSISOTHERME 465 VERGLEICH EXPERIMENTELLER DATEN MIT DEN DOPPELSCHICHTMODELLEN 468 WIE BEEINFLUSST DIE STRUKTUR DER ELEKTRISCHEN DOPPELSCHICHT DIE REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT? 471 8.11 ELEKTROCHEMISCHE RASTERTUNNELMIKROSKOPIE (ECSTM) UND ELEKTROCHEMISCHE RASTERKRAFTMIKROSKOPIE (ECSFM) 473 8.11.1 8.11.2 8.11.3 8.11.4 8.11.5 8.11.6 8.11.7 8.11.8 MIKROSKOPIE JENSEITS DES BEUGUNGSLIMITS 473 PRINZIP DER RASTERTUNNELMIKROSKOPIE 477 ELEKTROCHEMISCHE RASTERTUNNELMIKROSKOPIE (ECSTM) 479 GRUNDPRINZIPIEN DER RASTERKRAFTMIKROSKOPIE 482 ARBEITSMODI DER RASTERKRAFTMIKROSKOPIE 484 KRAFT-ABSTANDSKURVEN 488 ANWENDUNGEN DER ECSFM 489 ARTEFAKTE, BILDAUFLOESUNG UND PROBENMANIPULATION IN STM UND SFM-EXPERIMENTEN 490 8.12 8.12.1 8.12.2 8.12.3 8.12.4 8.12.5 8.12.6 8.12.7 8.12.8 8.12.9 8.13 8.13.1 8.13.2 8.13.3 8.13.4 ELEKTROCHEMISCHE RASTERMIKROSKOPIE (SECM) 491 INSTRUMENTIERUNG UND UEBERBLICK 491 DER FEEDBACK-MODUS 492 OBERFLAECHENTITRATIONSMODUS 498 GENERATOR-KOLLEKTOR-MODUS 500 REDOXKONKURRENZMODUS 501 DIREKTMODUS 501 NUTZUNG HOMOGENER REAKTIONEN 502 MOEGLICHKEITEN ZUR VERBESSERUNG DER LATERALEN AUFLOESUNG 504 ANWENDUNGEN DER ELEKTROCHEMISCHEN RASTERMIKROSKOPIE 505 WEITERE RASTERSONDENMIKROSKOPIEN 507 PHOTOELEKTROCHEMISCHE RASTERMIKROSKOPIE 507 RASTER-IONENLEITFAEHIGKEITS-MIKROSKOPIE 508 RASTERZELLMIKROSKOPIE 510 RASTER-REFERENZ-ELEKTRODEN-TECHNIK, VIBRIERENDE RASTERELEKTRODEN-TECHNIK, LOKALISIERTE IMPEDANZMESSUNG UND OHM SCHE MIKROSKOPIE 512 8.13.5 RASTER-KELVIN-SONDE 513 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 515 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 518 TEIL III MATERIALIEN VON UND FUER ELEKTROCHEMIE 533 9 9.1 ELEKTROCHEMISCHE MATERIALABSCHEIDUNG 535 MIT WELCHEN METHODEN LASSEN SICH MATERIALIEN ELEKTROCHEMISCH ABSCHEIDEN? 536 9.1.1 9.1.2 GALVANISCHE ABSCHEIDUNG 536 IMMERSIONSABSCHEIDUNG 537 9.1.3 9.1.4 9.2 9.2.1 9.2.2 9.2.3 9.2.4 9.2.5 9.2.6 9.3 9.3.1 AUTOKATALYTISCHE METALLABSCHEIDUNG 537 ABSCHEIDUNG VON HALBLEITERN 538 WACHSTUMSFORMEN BEI METALLABSCHEIDUNGEN 539 WACHSTUM DUENNER METALLSCHICHTEN AUF FREMDUNTERLAGEN 539 THERMODYNAMIK DER KEIMBILDUNG 540 KINETIK DER KEIMBILDUNG 542 WACHSTUM DER KEIME 544 VOM KEIM ZU GESCHLOSSENEN FILMEN 545 DIE ENTWICKLUNG DER MIKROSTRUKTUR 547 WIE BEEINFLUSST DIE STROMDICHTE DIE ABSCHEIDUNG? 549 WELCHER ZUSAMMENHANG BESTEHT ZWISCHEN STROMDICHTE UND MIKROSTRUKTUR? 549 9.3.2 9.3.3 WODURCH ENTSTEHEN STROMDICHTEVERTEILUNGEN? 551 DIE WAGNER-ZAHL - WELCHE STROMDICHTEVERTEILUNG IST DIE ENTSCHEIDENDE? 552 9.3.4 9.3.5 9.4 9.4.1 9.4.2 9.4.3 PULSABSCHEIDUNGEN 553 EINFLUSS DER BADTEMPERATUR 554 WELCHE ZUSAMMENSETZUNG WEISEN GALVANISCHE BAEDER AUF? 554 GRUNDTYPEN GALVANISCHER BAEDER 554 WELCHE FUNKTION ERFUELLEN KOMPLEXBILDNER? 555 WELCHE FUNKTIONEN ERFUELLEN GLANZBILDNER, EINEBNER, AKTIVATOREN UND NETZMITTEL? 556 9.5 9.5.1 9.5.2 ABSCHEIDUNG KOMPLEXER MATERIALIEN 560 DIREKTE LEGIERUNGSABSCHEIDUNG 560 UNTER WELCHEN BEDINGUNGEN KOENNEN LEGIERUNGEN ABGESCHIEDEN WERDEN? 562 9.5.3 9.6 9.6.1 9.6.2 ABSCHEIDUNG VON MULTISCHICHTEN UND KOMPOSITEN 563 ELEKTROCHEMIE AN BIPOLAREN ELEKTRODEN 564 GRUNDLAGEN 564 ZELLKONFIGURATIONEN MIT BIPOLAREN ELEKTRODEN UND IHRE ANWENDUNG 565 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 567 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 568 10 10.1 10.1.1 10.1.2 10.1.3 10.1.4 10.1.5 10.2 10.2.1 10.2.2 10.2.3 10.2.4 10.2.5 10.2.6 HALBLEITERELEKTROCHEMIE 571 STRUKTUR UND BINDUNG IN HALBLEITERN 571 KRISTALLSTRUKTUREN DER HALBLEITER 571 ELEKTRONISCHE STRUKTUR DER HALBLEITER 572 DAS FERMI-NIVEAU 580 DOTIERUNG VON HALBLEITERN 584 DIE QUASI-FERMI-NIVEAUS 587 HALBLEITERELEKTRODEN 587 HALBLEITERGRENZFLAECHEN UND RAUMLADUNGSZONE 587 DAS FLACHBAND-POTENTIAL 593 STROM-SPANNUNGSKURVEN AN HALBLEITERELEKTRODEN IM DUNKELN 595 PHOTOSTROEME AN HALBLEITERELEKTRODEN 597 EXPERIMENTELLE BESONDERHEITEN 598 SPEZIELLE UNTERSUCHUNGSMETHODEN FUER PHOTOELEKTROCHEMISCHE REAKTIONEN AN HALBLEITERELEKTRODEN 600 10.3 10.3.1 ANWENDUNGEN DER HALBLEITERELEKTROCHEMIE 602 MINERALISIERUNG ORGANISCHER STOFFE IN ABWASSER 603 10.3.2 FARBSTOFFSENSIBILISIERTE SOLARZELLEN ALS BEISPIEL FUER PHOTOVOLTAISCHE ZELLEN 605 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 609 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 611 11 FESTKOERPERELEKTROLYTE UND ANDERE UNKONVENTIONELLE ELEKTROLYTSYSTEME 615 11.1 11.1.1 11.1.2 WARUM ENTHALTEN KRISTALLINE FESTKOERPER DEFEKTE? 616 BEZEICHNUNG DER PUNKTDEFEKTE 616 DEFEKTE IN FESTKOERPERN ALS VERALLGEMEINERUNG DER CHEMIE VON ELEKTROLYTLOESUNGEN UND DER ELEKTRONENSTRUKTUR VON HALBLEITERN 618 11.1.3 11.1.4 11.1.5 11.2 11.2.1 11.2.2 11.2.3 11.3 11.3.1 WECHSELWIRKUNGEN MIT NACHBARPHASEN 620 KOMPLEXE DEFEKTSTRUKTUREN 622 THERMODYNAMIK DER PUNKTDEFEKTE 623 IONENLEITFAEHIGKEIT IN FESTKOERPERN 625 MECHANISMEN DER LONENLEITUNG IN FESTKOERPERN 625 MESSUNG DER LEITFAEHIGKEIT IN FESTKOERPERN 627 WICHTIGE IONENLEITENDE FESTKOERPER 628 RANDSCHICHTEN IN FESTELEKTROLYTEN 632 WIE LASSEN SICH DIE ERKENNTNISSE ZUR ELEKTRISCHEN DOPPELSCHICHT UND RAUMLADUNGSZONEVERALLGEMEINERN? 632 11.3.2 11.4 11.4.1 11.4.2 11.4.3 11.5 11.6 11.6.1 11.6.2 ERHOEHUNG DER LEITFAEHIGKEIT IN NANOKRISTALLINEN FESTKOERPERN 634 ELEKTROCHEMIE IN SALZSCHMELZEN UND IONISCHEN FLUESSIGKEITEN 635 ALKALIMETALL-HALOGENIDE 635 IONISCHE FLUESSIGKEITEN 637 STARK EUTEKTISCHE LOESUNGSMITTEL 640 LEITFAEHIGKEIT IN GLAESERN 641 LEITFAEHIGKEIT IN POLYMEREN 642 POLYMERELEKTROLYTE UND GEL-ELEKTROLYTE 642 POLYELEKTROLYTE 643 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 645 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 647 12 12.1 12.1.1 12.1.2 12.1.3 ELEKTROKATALYSE 651 KONZEPT UND DEFINITIONEN 652 KATALYSE UND ELEKTROKATALYSE 652 AKTIVITAET UND SELEKTIVITAET 654 WICHTIGE ELEMENTARSCHRITTE UNTER BETEILIGUNG ADSORBIERTER INTERMEDIATE 656 12.2 12.2.1 12.2.2 THEORETISCHE BEHANDLUNG VON ELEKTRONENTRANSFERREAKTIONEN 657 TUNNELPROZESSE VON ELEKTRONEN 657 ELEKTRONENTRANSFERREAKTIONEN FOLGEN DEM FRANCK-CONDON-PRINZIP - DIE MARCUS-THEORIE 658 12.2.3 12.2.4 12.2.5 VON DER REORGANISATIONSENERGIE ZU GESCHWINDIGKEITSKONSTANTEN 661 WELCHE VORHERSAGEN MACHT DIE MARCUS-THEORIE? 662 WELCHE ROLLE SPIELT DAS ELEKTRODENMATERIAL FUER DIE GESCHWINDIGKEIT DER ELEKTRODENREAKTION? 663 12.3 12.3.1 12.3.2 DIE ROLLE VON INTERMEDIATEN FUER DIE ELEKTROKATALYSE 664 EIN-ELEKTRONEN-TRANSFER OHNE INTERMEDIAT 664 ZWEI-ELEKTRONEN-TRANSFER MIT EINEM INTERMEDIAT 664 12.3.3 TRANSFER VON MEHR ALS ZWEI ELEKTRONEN UNTER BETEILIGUNG VON MEHR ALS EINEM ADSORBIERTEN INTERMEDIAT 667 12.3.4 WIE LASSEN SICH DIE UNTERSCHIEDLICHEN ADSORPTIONSENERGIEN DER INTERMEDIATE AUF UEBERGANGSMETALLEN ERKLAEREN? 670 12.4 12.4.1 12.4.2 12.4.3 MESSMETHODEN ZUR UNTERSUCHUNG ELEKTROKATALYTISCHER REAKTIONEN 672 WIE BESTIMMEN WIR DIE WIRKSAME OBERFLAECHE? 672 BESTIMMUNG DER AKTIVITAET MIT DER ROTIERENDEN SCHEIBEN-ELEKTRODE 675 BESTIMMUNG DER SELEKTIVITAET MIT DER ROTIERENDEN RING-SCHEIBEN-ELEKTRODE 679 12.4.4 ELEKTROCHEMISCHE CHARAKTERISIERUNGSVERFAHREN FUER ELEKTROKATALYSATOREN MIT VERBESSERTEM MASSENTRANSFER 680 12.4.5 WIE ARBEITET DIE DIFFERENTIELLE ELEKTROCHEMISCHE MASSENSPEKTROMETRIE (DEMS)? 681 12.5 12.5.1 WICHTIGE ELEKTROKATALYTISCHE REAKTIONEN 684 DIE SAUERSTOFFREDUKTIONSREAKTION (ORR) UND DIE SAUERSTOFFENTWICKLUNGSREAKTION (OER) 684 12.5.2 OXIDATION VON KOHLENSTOFFMONOXID, AMEISENSAEURE, METHANOL UND ANDEREN ALKOHOLEN 687 12.5.3 12.5.4 KOHLENSTOFFDIOXID-REDUKTIONSREAKTION 688 CHLORENTWICKLUNGSREAKTION 688 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 689 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 690 13 13.1 13.1.1 13.1.2 13.1.3 13.1.4 13.1.5 13.1.6 13.1.7 13.2 13.2.1 13.2.2 13.2.3 13.2.4 13.3 13.3.1 13.3.2 MODIFIZIERTE ELEKTRODEN 697 MONOLAGENSYSTEM 698 SELBSTASSEMBLIERTE MONOLAGEN 698 ALKANTHIOLATE AUF AU UND AG 699 SILANE AUF OXIDISCHEN OBERFLAECHEN 705 REDUKTION VON ARYLDIAZONIUMSALZEN 706 EINSTELLUNG VON OBERFLAECHENEIGENSCHAFTEN MIT SAMS 706 LANGMUIR-SCHICHTEN 709 FILMTRANSFER-TECHNIKEN 713 POLYMERSCHICHTEN AUF ELEKTRODEN 716 SCHICHT-UM-SCHICHT-ABSCHEIDUNG VON POLYELEKTROLYTEN 716 ISOLIERENDE POLYMERE 717 IONENAUSTAUSCHER UND REDOXPOLYMERE 718 INTRINSISCH LEITFAEHIGE POLYMERE 718 FILME AUS ORGANISCH-ANORGANISCHEN HYBRIDMATERIALIEN 725 IONENAUSTAUSCHER UND OXIDFILME 725 POLYOXOMETALLATE, POLYCYANOMETALLATE, LEITFAEHIGE KOORDINATIONSNETZWERKVERBINDUNGEN 725 13.4 13.4.1 13.4.2 VOLTAMMETRIE MODIFIZIERTER ELEKTRODEN 726 UEBERBLICK 726 WIE AENDERT SICH DIE THERMODYNAMIK DER REDOXREAKTIONEN, WENN REDOXZENTREN IN EINEN FILM EINGEBETTET WERDEN? 728 13.4.3 13.4.4 ELEKTRODENKINETIK IMMOBILISIERTER REDOXSYSTEME 730 WIE BEEINFLUSSEN ADSORBAT-ADSORBAT-WECHSELWIRKUNGEN DIE VOLTAMMOGRAMME? 733 13.4.5 13.4.6 13.4.7 13.4.8 ELEKTRONENTRANSPORT IN DICKEN FILMEN 734 REAKTIONEN AN BLOCKIERTEN ELEKTRODEN 735 REAKTIONEN AN EINER ELEKTRODE MIT PERMEABLEM FILM 736 UMSETZUNG AN EINER ELEKTRODE MIT EINEM KATALYTISCH AKTIVEN FILM 737 13.4.9 ELEKTROCHEMISCH AUSGELOESTE FILMMODIFIKATIONEN 738 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 739 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 740 TEIL IV ANWENDUNGEN 747 14 14.1 14.2 14.3 14.3.1 14.3.2 14.4 14.5 14.5.1 14.5.2 KORROSION UND KORROSIONSSCHUTZ 749 WAS IST KORROSION? 750 DAS POURBAIX-DIAGRAMM - DIE THERMODYNAMIK DER KORROSION 754 KINETIK VON KORROSIONSPROZESSEN UND PASSIVITAET 760 EVANS-DIAGRAMME FUER GLEICHMAESSIGE FLAECHENKORROSION 760 PASSIVITAET 767 GRUNDSAETZLICHE MOEGLICHKEITEN FUER DEN KORROSIONSSCHUTZ 769 WICHTIGE UND TYPISCHE KORROSIONSSZENARIEN 771 GLEICHMAESSIGE FLAECHENKORROSION 772 FLAECHENKORROSION IN SALZLOESUNGEN - EIN BEISPIEL FUER DEN UEBERGANG ZU LOKALEN KORROSIONSFORMEN 774 14.5.3 14.5.4 14.5.5 14.5.6 14.5.7 14.6 14.6.1 14.6.2 LOCHFRASSKORROSION 776 KONTAKTKORROSION 780 MIKROBIOLOGISCH INDUZIERTE KORROSION 780 SPANNUNGSRISSKORROSION 781 KORROSION VON LEGIERUNGEN UND ENTLEGIERUNG 781 GEZIELTE METALLAUFLOESUNG 787 HERSTELLUNG NANOPOROESER METALLOXIDSCHICHTEN 787 ELEKTROCHEMISCHES ABTRAGEN 791 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 795 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 796 15 15.1 15.2 15.2.1 15.2.2 15.2.3 15.2.4 15.3 15.3.1 15.3.2 15.3.3 15.3.4 15.4 15.5 BATTERIEN 801 UEBERBLICK UEBER ELEKTROCHEMISCHE ENERGIEWANDLUNGSSYSTEME 802 KENNGROESSEN VON BATTERIEN 805 KAPAZITAET UND ENERGIE 805 LEISTUNG UND RAGONE-DIAGRAMM 808 EFFIZIENZ VON ENERGIESPEICHERN 810 WEITERE KENNGROESSEN 812 KLASSIFIZIERUNG VON BATTERIEN 814 EINTEILUNG NACH DEM TYP DES AKTIVMATERIALS 814 PRIMAERE UND SEKUNDAERE ZELLEN 819 EINTEILUNG NACH FORMFAKTOREN UND ANSCHLUSSPARAMETERN 819 VERTEILUNG DER STROMDICHTE IN BATTERIEN 825 ZINK-MANGAN-BATTERIEN ALS BEISPIELE FUER PRIMAERZELLEN 825 BLEIAKKUMULATOR ALS WIEDERAUFLADBARE BATTERIE MIT WAESSRIGEM ELEKTROLYT 828 15.5.1 15.5.2 15.5.3 15.6 15.6.1 15.6.2 15.6.3 15.6.4 UEBERBLICK 828 FLUCH UND SEGEN DER NEBENREAKTIONEN 829 AUSGEWAEHLTE DETAILS DER TECHNISCHEN UMSETZUNG 831 LITHIUM-IONEN-BATTERIEN 834 PRINZIPIELLER AUFBAU 835 DIE NEGATIVE ELEKTRODE 836 DER ELEKTROLYT UND DIE SOLID-ELECTROLYTE-INTERPHASE 842 POSITIVE ELEKTRODENMATERIALIEN 848 15.6.5 15.7 15.8 ALTERUNG VON LITHIUM-IONEN-BATTERIEN 851 METALL-LUFT-BATTERIEN 852 VANADIUM-REDOX-FLUSSBATTERIE 854 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 855 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 856 16 16.1 16.2 16.2.1 16.2.2 16.2.3 16.2.4 16.3 16.3.1 16.3.2 16.3.3 16.4 16.4.1 16.4.2 16.4.3 16.4.4 16.5 16.6 16.7 16.8 16.8.1 16.8.2 BRENNSTOFFZELLEN 861 UEBERBLICK 861 POLYMERELEKTROLYT-MEMBRAN-BRENNSTOFFZELLE (PEMFC) 863 MEMBRAN 863 ELEKTRODEN UND BIPOLARPLATTE 864 ARBEITSKURVE EINER BRENNSTOFFZELLE 865 ALTERUNG VON BRENNSTOFFZELLEN 869 VARIANTEN DER POLYMERMEMBRAN-BRENNSTOFFZELLEN 871 DIREKTMETHANOL-BRENNSTOFFZELLE UND DIREKTETHANOL-BRENNSTOFFZELLE 871 HOCHTEMPERATUR-POLYMERELEKTROLYT-MEMBRAN-BRENNSTOFFZELLE 872 EDELMETALLFREIE PEMFC 873 FESTOXID-BRENNSTOFFZELLE (SOFC) 873 FESTKOERPEROXID-MEMBRAN 874 SOFC-KATHODENMATERIALIEN 875 SOFC-ANODENMATERIALIEN 876 VON MEMBRAN-ELEKTRODEN-EINHEITEN ZU SOFC-ZELLEN UND -SYSTEMEN 877 SCHMELZCARBONAT-BRENNSTOFFZELLE 879 PHOSPHORSAEURE-BRENNSTOFFZELLE (PAFC) 881 ALKALISCHE BRENNSTOFFZELLE (AFC) 882 WASSERELEKTROLYSE 886 TECHNISCHE REALISIERUNG DER WASSERELEKTROLYSE 887 BETRIEBSFUEHRUNG EINER WASSERELEKTROLYSE 888 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 889 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 890 17 17.1 17.1.1 17.1.2 17.1.3 17.1.4 ELEKTROSYNTHESEN IN LABOR UND INDUSTRIE 895 WAS SIND DIE BESONDERHEITEN ELEKTROSYNTHETISCHER REAKTIONEN? 896 VERGLEICH ZU KONVENTIONELLEN CHEMISCHEN PROZESSEN 896 SPANNUNGSQUELLE UND REAKTIONSFUEHRUNG 898 WIE SIND LABORZELLEN AUFGEBAUT? 900 MIT WELCHEN REAKTOREN LASSEN SICH INDUSTRIELLE ELEKTROLYSEN OPTIMAL DURCHFUEHREN? 903 17.1.5 17.1.6 17.2 17.3 17.3.1 17.3.2 17.3.3 17.4 17.4.1 17.4.2 17.5 ELEKTRODENMATERIALIEN 905 ELEKTROLYTLOESUNGEN 911 UEBERBLICK UEBER ORGANISCHE ELEKTROSYNTHESEN 913 DIREKTE UMSETZUNGEN 915 KOLBE-ELEKTROLYSE 915 NICHT-KOLBE-ELEKTROLYSEN 917 REDUKTIVE KUPPLUNGSREAKTIONEN 919 INDIREKTE UMSETZUNGEN 922 WELCHE VARIANTEN GIBT ES FUER INDIREKTE ELEKTROLYSEN? 922 WELCHE MEDIATOREN KOMMEN ZUM EINSATZ? 924 BEISPIELE FUER ELEKTROORGANISCHE SYNTHESEN MIT KOMPLEXER REAKTIONSFUEHRUNG 927 17.5.1 17.5.2 KATION-POOL-METHODE 927 GEPAARTE ELEKTROLYSE 928 INDEX 1019 17.5.3 REDOX-TAGS UND ELEKTROCHEMISCH INITIIERTE RINGSCHLUSSREAKTIONEN 930 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 931 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 932 18 18.1 BIOELEKTROCHEMIE 939 DIE KOPPLUNG VON LONENTRANSFER UND ELEKTRONENTRANSFER-PROZESSEN BEI DER PHOTOSYNTHESE UND DER ZELLATMUNG 940 18.1.1 DIE BIOMEMBRANEN - ABGRENZUNG, YYSTECKBRETT FUER BAUEINHEITEN UND KURZZEITENERGIESPEICHER IN EINEM 940 18.1.2 18.1.3 WIE WIRD DIE PROTONENMOTORISCHE KRAFT BEI DER ZELLATMUNG AUFGEBAUT? 944 WIE WIRD DIE PROTONENMOTORISCHE KRAFT BEI DER PHOTOSYNTHESE AUFGEBAUT? 945 18.1.4 WIE WIRD DER GRADIENT DER PROTONENAKTIVITAET ZUR ATP-SYNTHESE GENUTZT? 947 18.2 18.2.1 18.2.2 18.2.3 DIE ELEKTROCHEMISCHE CHARAKTERISIERUNG VON BIOMOLEKUELEN 948 NIEDERMOLEKULARE ELEKTRONENUEBERTRAEGER 948 METALLHALTIGE REDOXZENTREN 950 SCHWIERIGKEITEN BEI DER ELEKTROCHEMISCHEN CHARAKTERISIERUNG VON PROTEINEN 951 18.2.4 BESTIMMUNG DES FORMALPOTENTIALS DURCH POTENTIOMETRISCHE REDOXTITRATION AN OPTISCH TRANSPARENTEN DUENNSCHICHTELEKTRODEN 954 18.2.5 MEDIIERTER ELEKTRONENTRANSFER MIT KATALYTISCHEM UMSATZ AN GELOESTEN ENZYMEN 955 18.2.6 18.3 18.3.1 18.3.2 DIREKTER ELEKTRONENTRANSFER ZU IMMOBILISIERTEN PROTEINEN 957 ELEKTROCHEMISCHE BIOANALYTIK 959 ELEKTROCHEMISCHE BIOSENSOREN, BIOCHIPS UND ASSAYS 960 IMMOBILISIERUNG DER ENZYME ODER DER BIOLOGISCHEN ERKENNUNGSELEMENTE 961 18.3.3 18.3.4 18.3.5 18.3.6 18.3.7 18.4 18.4.1 AMPEROMETRISCHE ENZYMELEKTRODEN FUER DIE DETEKTION VON GLUCOSE 962 ENZYMATISCHE HEMMSTOFFSENSOREN 969 BIOBRENNSTOFFZELLEN 970 ELEKTROCHEMISCHE IMMUNOASSAYS 971 ELEKTROCHEMISCHE DNA-ASSAYS AND DNA-CHIPS 976 UNTERSUCHUNG VON LONENSTROEMEN AN MEMBRANEN 979 UNTERSUCHUNG VON EINZELNEN LONENKANAELEN MIT DER PATCH CLAMP-TECHNIK 979 18.4.2 18.5 NUTZUNG KUENSTLICHER NANOPOREN IN ELEKTROANALYTISCHEN METHODEN 983 RUECKBLICK UND AUSBLICK 985 KONTROLL UND UEBUNGSAUFGABEN 985 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 987 ANHANG 995
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author	Wittstock, Gunther 1965-
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