Einführung in die Thermodynamik: chemische und statistische Thermodynamik
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| Format: | Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Berlin
Springer Spektrum
[2021]
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| Schriftenreihe: | Lehrbuch
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| Umfang: | X, 180 Seiten Illustrationen, Diagramme 23.5 cm x 15.5 cm |
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1
EINLEITUNG
.
1
TEIL
I
CHEMISCHE
THERMODYNAMIK
2
DER
0.
UND
DER
I.
HAUPTSATZ
DER
THERMODYNAMIK
.
5
2.1
DER
0.
HAUPTSATZ
DER
THERMODYNAMIK
.
5
2.2
DER
I.
HAUPTSATZ
DER
THERMODYNAMIK
.
5
2.3
INNERE
ENERGIE,
ENTHALPIE
UND
WAERMEMENGEN
BEI
KONSTANTEM
VOLUMEN
UND
KONSTANTEM
DRUCK
.
10
2.4
TEMPERATURABHAENGIGKEIT
VON
INNEREN
ENERGIEN
UND
ENTHALPIEN
BEI
CHEMISCHEN
REAKTIONEN
.
12
2.5
ANWENDUNGEN
DES
I.
HAUPTSATZES
.
16
2.5.1
ISOTHERME
ZUSTANDSAENDERUNG
EINES
IDEALEN
GASES
.
16
2.5.2
ADIABATISCHE
ZUSTANDSAENDERUNG
EINES
IDEALEN
GASES
.
16
2.5.3
AUSDEHNUNGSKOEFFIZIENT,
KOMPRESSIBILITAET
UND
DRUCKKOEFFIZIENT
.
18
2.5.4
BEZIEHUNG
ZWISCHEN
C
P
UND
C
V
FUER
IDEALE
GASE
.
18
2.6
BEISPIELE
.
19
3
DER
II.
UND
III.
HAUPTSATZ
DER
THERMODYNAMIK
.
23
3.1
ISOTHERME
REVERSIBLE
PROZESSE
.
24
3.1.1
AUSDEHNUNG
EINES
GASES
.
24
3.1.2
ELEKTROCHEMISCHE
PROZESSE
.
26
3.1.3
CHEMISCHE
REAKTIONEN
(VAN
'
T
HOFF
'
SCHER
GLEICHGEWICHTSKASTEN);
THERMODYNAMISCHE
ABLEITUNG
DES
MASSENWIRKUNGSGESETZES
(MWG)
.
28
3.2
NICHT-ISOTHERME
REVERSIBLE
PROZESSE
.
30
3.2.1
CARNOT
'
SCHER
KREISPROZESS,
WIRKUNGSGRAD
VON
WAERMEMASCHINEN
.
30
3.2.2
GIBBS-HELMHOLTZ
'
SCHE
GLEICHUNGEN
.
32
3.2.3
DIE
ENTROPIE
.
33
3.2.4
BERECHNUNG
DER
ENTROPIE
FUER
EINE
TEMPERATUR
T
.
34
3.2.5
PROZESSE,
CHEMISCHE
REAKTIONEN
.
38
VII
VIII
INHALTSVERZEICHNIS
3.3
IRREVERSIBLE
PROZESSE
.
42
3.3.1
AUSDEHNUNG
EINES
IDEALEN
GASES
INS
VAKUUM
.
42
3.3.2
VERMISCHUNG
VON
ZWEI
IDEALEN
GASEN
.
44
3.3.3
WAERMELEITUNG
.
45
3.4
DIE
GRUNDGLEICHUNGEN
DER
THERMODYNAMIK
.
46
3.5
BEISPIELE
.
47
3.5.1
ALLGEMEINE
BEZIEHUNG
ZWISCHEN
C
V
UND
C
P
.
47
3.5.2
JOULE-THOMSON-EFFEKT
.
48
3.6
BERECHNUNG
VON
GLEICHGEWICHTSKONSTANTEN
CHEMISCHER
REAKTIONEN
UND
PHYSIKALISCHER
UEBERGAENGE
AUS
THERMODYNAMISCHEN
DATEN
.
50
3.6.1
TEMPERATUR
UND
DRUCKABHAENGIGKEIT
EINES
GLEICHGEWICHTS
.
51
3.6.2
VERDAMPFUNGSGLEICHGEWICHT
.
54
3.6.3
LOESUNGSGLEICHGEWICHT
.
57
3.6.4
VERTEILUNGSGLEICHGEWICHT,
NERNST
'
SCHER
VERTEILUNGSSATZ
.
58
3.6.5
HETEROGENE
GLEICHGEWICHTE
.
60
3.6.6
LE
CHATELIER
'
SCHES
PRINZIP:
PRINZIP
DES
KLEINSTEN
ZWANGES
.
60
3.7
PHASENGLEICHGEWICHTE
.
61
3.7.1
PHASENGESETZ,
GIBBS
'
SCHE
PHASENREGEL
.
61
3.7.2
VERLAUF
VON
PHASENGRENZLINIEN,
CLAPEYRON
UND
CLAUSIUS-CLAPEYRON-GLEICHUNG
.
63
4
THERMODYNAMIK
DER
MISCHPHASEN
.
65
4.1
DEFINITIONEN
.
65
4.2
GIBBS-HELMHOLTZ
'
SCHE
GLEICHUNGEN
FUER
MISCHUNGEN
.
67
4.3
PARTIELLES
MOLARES
VOLUMEN
.
67
4.4
KALORISCHE
GROESSEN
.
72
4.4.1
PARTIELLE
MOLARE
ENTHALPIE
.
72
4.4.2
MISCHUNGS
UND
LOESUNGSENTHALPIE
.
76
4.5
MISCHUNGSENTROPIE
.
79
4.6
GIBBS-DUHEM
'
SCHE
GLEICHUNG
.
81
4.7
CHEMISCHES
POTENTIAL
.
83
4.7.1
KONZENTRATIONS
UND
DRUCKABHAENGIGKEIT
DES
CHEMISCHEN
POTENTIALS
.
84
4.7.2
CHEMISCHES
POTENTIAL
BEI
PHASENUEBERGAENGEN
.
86
4.8
KOLLIGATIVE
EIGENSCHAFTEN
.
87
4.8.1
DAMPFDRUCKERNIEDRIGUNG
.
87
4.8.2
SIEDEPUNKTSERHOEHUNG
.
88
4.8.3
GEFRIERPUNKTSERNIEDRIGUNG
.
89
4.8.4
OSMOTISCHER
DRUCK
.
91
INHALTSVERZEICHNIS
IX
TEIL
II
STATISTISCHE
THERMODYNAMIK
5
ENERGIEVERTEILUNG
UND
ENTROPIE
IN
DER
STATISTISCHEN
THERMODYNAMIK
.
97
5.1
BOLTZMANN-STATISTIK
.
97
5.1.1
BOLTZMANN-VERTEILUNG
.
98
5.1.2
VERHAELTNIS
DER
BESETZUNGSZAHLEN
V
F2
/N
EL
EINES
SYSTEMS
MIT
ZWEI
ENERGIEZUSTAENDEN
.
103
5.1.3
BOLTZMANN-FAKTOR
.
105
5.2
STATISTISCH-THERMODYNAMISCHE
BEHANDLUNG
DER
ENTROPIE
5
.
106
6
ZUSTANDSSUMME
UND
THERMODYNAMISCHE
GROESSEN
.
109
6.1
INNERE
ENERGIE
U
UND
WAERMEKAPAZITAET
C
V
.
109
6.2
ENTROPIE
5,
FREIE
ENERGIE
A,
ZUSTANDSGLEICHUNG
P
=F(V,T),
ENTHALPIE
H,
WAERMEKAPAZITAET
C
P
UND
FREIE
ENTHALPIE
G
.
111
7
THERMODYNAMISCHE
EIGENSCHAFTEN
.
113
7.1
BERECHNUNG
THERMODYNAMISCHER
GROESSEN
AUS
DER
ZUSTANDSSUMME
FUER
TRANSLATIONS-,
ROTATIONS-,
SCHWINGUNGS
UND
ELEKTRONENANREGUNGSFREIHEITSGRADE
.
114
7.1.1
TRANSLATIONSBEWEGUNG
.
114
7.1.1.1
INNERE
TRANLATIONSENERGIE
UND
WAERMEKAPAZITAET
.
116
7.1.1.2
TRANSLATIONSENTROPIE,
SACKUR-TETRODE-GLEICHUNG
.
116
7.1.2
ROTATIONSBEWEGUNG
.
119
7.1.2.1
INNERE
ROTATIONSENERGIE
UND
WAERMEKAPAZITAET
.
120
7.1.2.2
ROTATIONSENTROPIE
.
121
7.1.3
SCHWINGUNGSBEWEGUNG
.
122
7.1.3.1
EINSTEIN-THEORIE
.
123
7.1.3.2
MOLWAERME
VON
GASEN
.
126
7.1.3.3
MOLWAERME
VON
FESTKOERPERN,
DULONG-PETIT
'
SCHES
GESETZ
.
131
7.1.3.4
MOLWAERME
VON
FESTKOERPERN,
DEBYE-THEORIE
.
135
7.1.4
ELEKTRONENANREGUNG
.
138
7.2
GASE:
IDEALES
GASGESETZ,
FREIE
ENTHALPIE
UND
FREIE
ENERGIE
.
138
7.2.1
IDEALES
GASGESETZ
.
138
7.2.2
FREIE
ENTHALPIE
.
138
7.2.3
FREIE
ENERGIE
.
139
7.2.4
GEMEINSAMER
ENERGIENULLPUNKT
BEI
MOLEKUELEN
.
140
7.3
DAS
GLEICHGEWICHT
AUF
STATISTISCHER
GRUNDLAGE
.
143
8
KINETISCHE
THEORIE
VON
GASEN
.
149
8.1
MODELL
DES
IDEALEN
GASES
.
149
8.2
MAXWELL-BOLTZMANN
'
SCHE
ENERGIEVERTEILUNG
.
151
8.3
MAXWELL-BOLTZMANN
'
SCHE
GESCHWINDIGKEITSVERTEILUNG
.
154
X
INHALTSVERZEICHNIS
TEIL
III
ANHANG
9
MATHEMATISCHE
HILFSMITTEL,
PHYSIKALISCHE
GROESSEN,
EINHEITEN
UND
KONSTANTEN
.
163
9.1
DIFFERENZIALRECHNUNG
.
163
9.2
INTEGRALRECHNUNG
.
165
9.3
ARITHMETIK,
REIHEN
.
171
9.4
AUSGLEICHSRECHNUNG,
METHODE
DER
KLEINSTEN
QUADRATE
.
171
9.5
PHYSIKALISCHE
GROESSEN,
KONSTANTEN,
ABKUERZUNGEN
.
172
9.5.1
PHYSIKALISCHE
GROESSEN
UND
EINHEITEN
(INTERNATIONAL
UNION
OF
PURE
AND
APPLIED
CHEMISTRY
(IUPAC)
1996)
.
172
9.5.2
PHYSIKALISCHE
KONSTANTEN
(IUPAC
1996;
PHYSIKALISCH-TECHNISCHE
BUNDESANSTALT
2019)
.
175
9.5.3
UMRECHNUNGSFAKTOREN
(PHYSIKALISCH-TECHNISCHE
BUNDESANSTALT
2019)
.
176
9.5.4
ABKUERZUNGEN
(IUPAC
1996)
.
176
LITERATUR
.
177
STICHWORTVERZEICHNIS
.
179 |
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