| Vorwort | 5 |
| Hinweise zur Benutzung | 6 |
| Über die Autoren | 7 |
| Inhalt | 9 |
| 1 Phänomenologische Thermodynamik | 15 |
| 1.1 Die grundlegenden Größen und Konzepte | 15 |
| 1.1.1 Reduktion des Systems auf wenige ausgewählte Zustandsgrößen | 15 |
| 1.1.2 Wärme und Temperatur | 16 |
| 1.1.2.1 Verständnisfragen | 18 |
| 1.1.3 Transportgleichungen | 20 |
| 1.1.3.1 Verständnisfragen Wärmeleitfähigkeit | 21 |
| 1.1.4 Die experimentellen Schlüsselgrößen der Thermodynamik | 26 |
| 1.1.4.1 Die Wärmekapazität | 26 |
| 1.1.4.2 Die thermische Zustandsgleichung | 26 |
| 1.1.4.3 Wo findet man zuverlässige thermodynamische Daten? | 27 |
| 1.1.4.4 Übungsaufgaben | 28 |
| 1.1.5 Zustandsgrößen: Der mathematische Formalismus | 28 |
| 1.1.5.1 Verständnisfragen | 30 |
| 1.2 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik | 31 |
| 1.2.1 Verständnisfragen | 33 |
| 1.3 Die Entropie | 35 |
| 1.3.1 Wärme ist keine Zustandsgröße | 35 |
| 1.3.2 Die vom System abgegebene Wärme entspricht der Änderung der Zustandsgröße Enthalpie | 36 |
| 1.3.3 Temperatur als integrierender Faktor | 37 |
| 1.4 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik | 38 |
| 1.4.1 Expansion eines idealen Gases ins Vakuum | 40 |
| 1.4.2 Entropiezunahme bei Temperaturausgleich | 41 |
| 1.4.2.1 Verständnisfragen | 43 |
| 1.4.3 Freie Energie und Gibbs-Energie | 43 |
| 1.5 Die fundamentalen Beziehungen | 45 |
| 1.5.1 Die Gibbs-Hauptgleichung | 45 |
| 1.5.2 Homogenitätsrelation | 47 |
| 1.5.3 Die Gibbs-Duhem-Beziehung | 48 |
| 1.5.4 Thermodynamische Potentiale | 49 |
| 1.5.5 Eine Zusammenfassung ohne Formeln | 51 |
| 1.5.6 Maxwell-Relationen | 53 |
| 1.5.7 Das Guggenheim-Quadrat | 54 |
| 1.6 Die Gibbs-Energie G | 56 |
| 1.6.1 Phasengleichgewichte in Einkomponenten-Systemen | 56 |
| 1.6.2 Die Clausius–Clapeyron-Gleichung | 58 |
| 1.6.2.1 Aufgaben und Verständnisfragen | 61 |
| 1.6.3 Thermodynamik von Mischphasen | 62 |
| 1.6.4 Das chemische Potential in einer Mischphase | 62 |
| 1.6.5 Die qualitativen Trends | 66 |
| 1.6.6 Osmose | 69 |
| 1.7 Chemisches Gleichgewicht | 72 |
| 1.7.1 Die Reaktionslaufzahl | 72 |
| 1.7.2 Die Gleichgewichtsbedingung: Minimum der Gibbs-Energie G | 73 |
| 1.7.3 Das Massenwirkungsgesetz | 76 |
| 1.7.3.1 Homogene Gasgleichgewichte | 76 |
| 1.7.3.2 Homogene Lösungsgleichgewichte | 77 |
| 1.7.4 Beeinflussung des Gleichgewichts | 78 |
| 1.7.4.1 Die Temperaturabhängigkeit der Planckschen Funktion G/T | 78 |
| 1.7.5 Optimierung der Reaktionsausbeute | 79 |
| 1.7.5.1 Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten | 80 |
| 1.7.5.2 Druckabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten | 80 |
| 1.7.5.3 Prinzip vom kleinsten Zwang | 81 |
| 1.8 Grenzflächen | 82 |
| 1.8.1 Grenzflächenspannung | 82 |
| 1.8.2 Keimbildung undWachstum | 84 |
| 1.8.3 Grenzflächenspannung und das Spreiten einer Flüssigkeit | 86 |
| 1.8.4 Einfluss der Grenzfläche auf das Phasengleichgewicht | 87 |
| 1.9 Fiktive Prüfungsgespräche | 89 |
| 1.9.1 Henry-Gesetz, Boltzmann, chemische Potentiale, Osmose | 89 |
| 1.9.2 Dampfdruck, Raoultsches Gesetz, Aktivitätskoeffizient, statistische Thermodynamik | 94 |
| 1.9.3 Aggregatszustände, Phasendiagramme, chemisches Potential, superkritische Fluide | 101 |
| 1.9.4 Phasendiagramm, Keimbildung undWachstum | 108 |
| 1.9.5 Hauptsatz, Gibbs-Energie, ideale und reale Lösung | 110 |
| 1.9.6 Gas, Temperatur, Gasverflüssigung, Joule–Thomson-Effekt, zwischenmolekulare Kräfte, Jonglieren mit thermodynamischen Beziehungen | 112 |
| 1.9.7 Gibbs-Energie angewandt auf Phasengleichgewichte und chemische Reaktionen | 122 |
| 1.9.8 Chemisches Gleichgewicht, Prinzip des kleinsten Zwanges | 129 |
| Zusammenfassung | 132 |
| 2 Aufbau der Materie | 133 |
| 2.1 Klassische Mechanik | 133 |
| 2.2 Wellen | 138 |
| 2.2.1 Polarisation und Intensität | 139 |
| 2.2.2 Interferenz | 143 |
| 2.2.3 Die evaneszente Welle | 147 |
| 2.2.4 Optische Lichtleiter | 150 |
| 2.2.5 Beugung | 152 |
| 2.2.5.1 Mathematische Behandlung einfacher Beugungsprobleme | 154 |
| 2.3 Röntgenstrukturanalyse | 157 |
| 2.3.1 Streuverfahren | 157 |
| 2.3.2 Kristalle | 158 |
| 2.3.3 Netzebene und Millersche Indizes | 159 |
| 2.3.4 Reziprokes Gitter | 161 |
| 2.3.5 Beugungsmethoden zur Kristallstrukturbestimmung | 163 |
| 2.3.6 Verständnisfragen | 167 |
| 2.4 Die Doppelnatur Welle–Teilchen | 168 |
| 2.5 Schlüsselexperimente der Quantenmechanik | 173 |
| 2.6 Unschärferelation | 177 |
| 2.6.1 Verständnisfragen | 178 |
| 2.7 Der Formalismus der Quantenmechanik | 183 |
| 2.7.1 Axiomatische Formulierung der Quantenmechanik | 183 |
| 2.7.2 Die zeitunabhängige Schrödinger-Gleichung | 185 |
| 2.7.2.1 Verständnisfragen und prüfungsrelevante Übungsaufgaben | 187 |
| 2.7.3 Ortsdarstellung - Impulsdarstellung | 189 |
| 2.7.3.1 Aufgabe | 191 |
| 2.7.4 Der Kommutator bestimmt die Erhaltungsgrößen des Systems | 192 |
| 2.7.5 Das Theorem von Ehrenfest | 194 |
| 2.7.6 Eine wichtige Lösungsstrategie: die Variationsrechnung | 195 |
| 2.8 Der Elektronenspin | 199 |
| 2.8.1 Der Stern-Gerlach-Versuch | 199 |
| 2.8.2 Spinorbitale und Raumorbitale | 200 |
| 2.8.3 Pauli-Prinzip | 200 |
| 2.9 Behandlung vonMolekülen | 201 |
| 2.9.1 Auswahlregeln in der optischen Spektroskopie | 205 |
| 2.9.1.1 Verständnisfragen | 207 |
| 2.10 Fiktive Prüfungsgespräche | 208 |
| 2.10.1 Das Teilchen im Kasten | 208 |
| 2.10.2 Der quantenmechanische Oszillator | 217 |
| 2.10.3 Atombau und Orbitale | 224 |
| 2.10.4 Molekülorbitale, Polarisationszustände, Übergangsdipolmoment | 233 |
| 3 Statistische Thermodynamik | 245 |
| 3.1 Makrozustand, Mikrozustand und Verteilungsfunktion | 245 |
| 3.1.1 Spiel mit Würfeln | 245 |
| 3.1.2 Verteilung von Teilchen auf Energieniveaus | 247 |
| 3.1.3 Verteilungsfunktion für ein großes Ensemble | 248 |
| 3.1.4 Fiktive Prüfungsgespräche | 249 |
| 3.2 Statistische Deutung der Entropie | 253 |
| 3.3 Herleitung der Boltzmann-Verteilung | 257 |
| 3.4 Übungsaufgaben und Verständnisfragen | 261 |
| 3.4.1 Informationsfluss in chemischen Systemen | 261 |
| 3.4.2 Teilchen im Gravitationsfeld | 262 |
| 3.4.3 Zentrifuge Urananreicherung | 264 |
| 3.4.4 Konformation von Molekülen | 265 |
| 3.4.5 Gepolte Polymere | 266 |
| 3.4.6 Spektroskopie: Besetzung von Energieniveaus | 268 |
| 3.4.7 Diffusion und Zufallsbewegung | 270 |
| 3.4.8 Aufgabe: Ermittlung der Bedeutung des Lagrange-Multiplikators ? | 272 |
| 3.5 Die Zustandssumme | 274 |
| 3.5.1 Der Formalismus | 275 |
| 3.5.2 Das ideale Gas | 276 |
| 3.5.3 Die Wärmekapazität | 279 |
| 3.5.3.1 Die Wärmekapazität eines 2-Niveau-Systems | 279 |
| 3.5.4 Der Gleichverteilungssatz der Energie | 280 |
| 3.6 Die inneren Freiheitsgrade | 281 |
| 3.6.1 Beitrag der Rotation zur molarenWärmekapazität | 282 |
| 3.6.2 Fiktives Prüfungsgespräch: Das Rotationsspektrum | 284 |
| 3.6.3 Beitrag der Schwingung zurmolarenWärmekapazität | 291 |
| 3.6.4 Diskussion der Wärmekapazität eines zweiatomigen Gases | 294 |
| 3.6.5 Verständnisfragen zur Zustandssumme | 301 |
| 4 Kinetik und Elektrochemie | 307 |
| 4.1 Ebenen des Verständnisses einer chemischen Reaktion | 307 |
| 4.2 Formalkinetik | 308 |
| 4.2.1 Die Reaktionsgeschwindigkeit | 308 |
| 4.2.2 Reaktionen nullterOrdnung | 309 |
| 4.2.3 Reaktionen erster Ordnung | 310 |
| 4.2.4 Reaktionen zweiter Ordnung | 311 |
| 4.2.5 Reaktionen dritter Ordnung | 312 |
| 4.3 Untersuchungsmethoden | 312 |
| 4.3.1 Bestimmung der Reaktionsordnung | 313 |
| 4.4 Kinetische Ableitung des Massenwirkungsgesetzes | 314 |
| 4.5 Reaktionskoordinate | 315 |
| 4.6 Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitskonstanten | 316 |
| 4.7 Mikroreversibilität | 317 |
| 4.8 Komplexere Reaktionen | 317 |
| 4.8.1 Parallelreaktionen | 317 |
| 4.8.2 Folgereaktionen | 318 |
| 4.9 Fiktive Prüfungsgespräche | 320 |
| 4.9.1 Formalkinetik | 320 |
| 4.9.2 Enzymkinetik | 327 |
| 4.10 Elektrochemie | 332 |
| 4.11 Fiktive Prüfungsgespräche | 336 |
| 4.11.1 Leitfähigkeit, Batterie, Stockholmer Konvention | 336 |
| 4.11.2 Der Bleiakkumulator | 337 |
| 4.11.3 Selbstorganisation, Ionen an Grenzflächen | 338 |
| 4.11.4 Standardbildungsenthalpien, Lösungswärme | 344 |
| Anhang Mathematischer Leitfaden | 348 |
| A.1 Funktionen mit mehreren Veränderlichen | 348 |
| A.1.1 Zeichnerische Darstellungen | 348 |
| A.1.2 Partielle Ableitung | 349 |
| A.1.3 Satz von Schwarz | 351 |
| A.1.4 Gradient | 352 |
| A.1.5 Anwendungen des Gradienten | 354 |
| A.1.5.1 Minimierung einer Potentialfläche | 354 |
| A.1.5.2 Elektrisches Feld | 354 |
| A.1.5.3 Kräfte als Gradient eines skalaren Potentials | 355 |
| A.1.5.4 Transportphänomene: Diffusion, Wärmeleitung | 355 |
| A.1.6 Richtungsableitung | 356 |
| A.1.7 Differenzierbarkeit | 356 |
| A.1.8 Totales Differential | 358 |
| A.1.9 Extremwerte | 358 |
| A.1.10 Extremwerte mit Nebenbedingungen | 359 |
| A.1.10.1 Graphische Veranschaulichung | 360 |
| A.1.10.2 Lagrange-Verfahren | 360 |
| A.1.10.3 Physikalische Interpretation der Lagrange-Multiplikatoren | 361 |
| A.2 Komplexe Zahlen | 362 |
| A.3 Fourier-Transformation | 365 |
| Danksagung | 368 |
| Sachwortregister | 369 |
