Vorwort | 5 |
Inhaltsverzeichnis | 7 |
Liste verwendeter Symbole | 13 |
1 Einführung und erste Grundbegriffe | 21 |
1.1 Stoffdynamik | 21 |
1.2 Stoffe und Grundstoffe | 23 |
1.3 Messung und Metrisierung | 27 |
1.4 Stoffmenge | 33 |
1.5 Gemisch, Gemenge und Zusammensetzungsgrößen | 35 |
1.6 Zustand | 37 |
1.7 Stoffumbildung | 44 |
2 Energie | 49 |
2.1 Zur Energie auf indirektem Wege | 49 |
2.2 Direkte Metrisierung der Energie | 50 |
2.3 Energieerhaltung | 55 |
2.4 Energie einer gespannten Feder | 56 |
2.5 Druck | 58 |
2.6 Energie eines bewegten Körpers | 60 |
2.7 Impuls | 61 |
2.8 Energie eines gehobenen Körpers | 63 |
3 Entropie und Temperatur | 65 |
3.1 Vorüberlegung | 65 |
3.2 Makroskopische Eigenschaften der Entropie | 66 |
3.3 Molekularkinetische Deutung der Entropie | 68 |
3.4 Entropieerhaltung und -erzeugung | 70 |
3.5 Wirkungen wachsender Entropie | 73 |
3.6 Entropieübertragung | 76 |
3.7 Direkte Metrisierung der Entropie | 79 |
3.8 Temperatur | 82 |
3.9 Anwendungsbeispiele zur Entropie | 85 |
3.10 Temperatur als „thermische Spannung“ | 91 |
3.11 Energie zur Erzeugung und zur Zufuhr von Entropie | 92 |
3.12 Energie kalorimetrisch bestimmt | 96 |
3.13 Wärmepumpen und Wärmemotoren | 98 |
3.14 Entropieerzeugung in einem Entropiestrom | 101 |
4 Chemisches Potenzial | 105 |
4.1 Vorüberlegung | 105 |
4.2 Grundmerkmale des chemischen Potenzials | 107 |
4.3 Wettstreit der Stoffe | 109 |
4.4 Bezugszustand und Werte des chemischen Potenzials | 112 |
4.5 Vorzeichen des chemischen Potenzials | 116 |
4.6 Anwendung in der Chemie und Begriff des Antriebs | 119 |
4.7 Direkte Messung von Antrieben | 129 |
4.8 Indirekte Metrisierung des chemischen Potenzials | 134 |
5 Einfluss von Temperatur und Druck auf Stoffumbildungen | 139 |
5.1 Einleitung | 139 |
5.2 Temperaturabhängigkeit von chemischem Potenzial und Antrieb | 139 |
5.3 Druckabhängigkeit von chemischem Potenzial und Antrieb | 149 |
5.4 Gleichzeitige Temperaturund Druckabhängigkeit | 154 |
5.5 Verhalten von Gasen unter Druck | 157 |
6 Massenwirkung und Konzentrationsabhängigkeit des chemischen Potenzials | 161 |
6.1 Der Begriff der Massenwirkung | 161 |
6.2 Konzentrationsabhängigkeit des chemischen Potenzials | 162 |
6.3 Konzentrationsabhängigkeit des Antriebs | 166 |
6.4 Das Massenwirkungsgesetz | 172 |
6.5 Spezielle Fassungen der Massenwirkungsgleichung | 177 |
6.6 Anwendungen des Massenwirkungsgesetzes | 178 |
6.7 Potenzialdiagramme gelöster Stoffe | 187 |
7 Konsequenzen der Massenwirkung: Säure-Base-Reaktionen | 192 |
7.1 Einführung | 192 |
7.2 Der Säure-Base-Begriff nach BRØNSTED und LOWRY | 192 |
7.3 Das Protonenpotenzial | 194 |
7.4 Pegelgleichung und Protonierungsgleichung | 204 |
7.5 Säure-Base-Titrationen | 208 |
7.6 Puffer | 212 |
7.7 Säure-Base-Indikatoren | 217 |
8 Begleiterscheinungen stofflicher Vorgänge | 220 |
8.1 Vorüberlegung | 220 |
8.2 Raumanspruch | 220 |
8.3 Umsatzbedingte Volumenänderungen | 227 |
8.4 Entropieanspruch | 228 |
8.5 Umsatzbedingte Entropieänderungen | 232 |
8.6 Energieumsätze bei Stoffumbildungen | 234 |
8.7 Wärmeeffekte | 237 |
8.8 Kalorimetrische Antriebsmessung | 245 |
9 Querbeziehungen | 248 |
9.1 Hauptgleichung | 248 |
9.2 Mechanisch-thermische Querbeziehungen | 253 |
9.3 Querbeziehungen für chemische Größen | 256 |
9.4 Weitere Anwendungen im mechanisch-thermischen Bereich | 263 |
10 Dünne Gase aus molekularkinetischer Sicht | 268 |
10.1 Einleitung | 268 |
10.2 Allgemeines Gasgesetz | 268 |
10.3 Molekularkinetische Deutung des allgemeinen Gasgesetzes | 272 |
10.4 Anregungsgleichung und Geschwindigkeitsverteilung | 279 |
10.5 Barometrische Höhenformel und BOLTZMANN-Verteilung | 288 |
11 Übergang zu dichteren Stoffen | 290 |
11.1 Die VAN DER WAALS-Gleichung | 290 |
11.2 Kondensation | 294 |
11.3 Die kritische Temperatur | 297 |
11.4 Die Siededruckkurve (Dampfdruckkurve) | 298 |
11.5 Das vollständige Zustandsdiagramm | 302 |
12 Stoffausbreitung | 308 |
12.1 Vorüberlegung | 308 |
12.2 Diffusion | 310 |
12.3 Mittelbare Massenwirkung | 312 |
12.4 Osmose | 315 |
12.5 Dampfdruckerniedrigung | 320 |
12.6 Gefrierpunktserniedrigung und Siedepunktserhöhung | 322 |
12.7 Kolligative Eigenschaften und Molmassenbestimmung | 325 |
13 Gemische und Gemenge | 328 |
13.1 Einführung | 328 |
13.2 Chemisches Potenzial in Gemischen | 330 |
13.3 Zusatzpotenzial | 334 |
13.4 Chemisches Potenzial von Gemischen und Gemengen | 335 |
13.5 Mischungsvorgänge | 340 |
13.6 Weitere Phasenreaktionen | 344 |
14 Zweistoffsysteme | 346 |
14.1 Zweistoffzustandsdiagramme | 346 |
14.2 Zustandsdiagramme flüssig-flüssig (Mischungsdiagramme) | 347 |
14.3 Zustandsdiagramme fest-flüssig (Schmelzdiagramme) | 350 |
14.4 Zustandsdiagramme flüssig-gasig (Dampfdruckbzw. Siedediagramme) | 357 |
15 Grenzflächenerscheinungen | 368 |
15.1 Oberflächenspannung, Oberflächenenergie | 368 |
15.2 Oberflächeneffekte | 371 |
15.3 Adsorption an Flüssigkeitsoberflächen | 376 |
15.4 Adsorption an Feststoffoberflächen | 378 |
15.5 Anwendung der Adsorption | 384 |
16 Grundzüge der Kinetik | 385 |
16.1 Einführung | 385 |
16.2 Umsatzgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion | 388 |
16.3 Geschwindigkeitsdichte | 390 |
16.4 Messung der Geschwindigkeitsdichte | 392 |
16.5 Geschwindigkeitsgesetze einstufiger Reaktionen | 397 |
17 Zusammengesetzte Reaktionen | 408 |
17.1 Einführung | 408 |
17.2 Gegenläufige Reaktionen | 408 |
17.3 Paralleloder Nebenreaktionen | 412 |
17.4 Folgereaktionen | 415 |
18 Theorie der Reaktionsgeschwindigkeit | 420 |
18.1 Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit | 420 |
18.2 Stoßtheorie | 422 |
18.3 Theorie des Übergangszustandes | 425 |
18.4 Molekulare Deutung des Übergangszustandes | 430 |
19 Katalyse | 434 |
19.1 Einführung | 434 |
19.2 Wirkungsweise eines Katalysators | 436 |
19.3 Enzymkinetik | 439 |
19.4 Heterogene Katalyse | 446 |
20 Transporterscheinungen | 450 |
20.1 Diffusionskontrollierte Reaktionen | 450 |
20.2 Geschwindigkeit der Stoffausbreitung | 451 |
20.3 Fließfähigkeit | 459 |
20.4 Entropieleitung | 463 |
20.5 Vergleichender Überblick | 467 |
21 Elektrolytlösungen | 470 |
21.1 Elektrolytische Dissoziation | 470 |
21.2 Elektrisches Potenzial | 474 |
21.3 Ionenwanderung | 476 |
21.4 Leitfähigkeit von Elektrolytlösungen | 480 |
21.5 Konzentrationsabhängigkeit der Leitfähigkeit | 484 |
21.6 Überführungszahlen | 489 |
22 Elektrodenreaktionen und Galvanispannungen | 495 |
22.1 Galvanispannung und elektrochemisches Potenzial | 495 |
22.2 Elektronenpotenzial in Metallen und Berührspannung | 497 |
22.3 Galvanispannung zwischen Metall und Lösung | 500 |
22.4 Redoxreaktionen | 504 |
22.5 Galvanispannung von Halbzellen | 507 |
22.6 Galvanispannung an Flüssigkeitsgrenzflächen | 514 |
22.7 Galvanispannung an Membranen | 516 |
23 Redoxpotenziale und galvanische Zellen | 521 |
23.1 Messung von Redoxpotenzialen | 521 |
23.2 Zellspannung | 530 |
23.3 Technisch wichtige galvanische Elemente | 535 |
Anhang | 541 |
A1 Mathematische Grundlagen | 541 |
A1.1 Lineare, logarithmische und exponentielle Funktionen | 541 |
A1.2 Umgang mit Differenzialen | 543 |
A1.3 Stammfunktion und Integration | 548 |
A1.4 Kurzer Ausflug in die Statistik und Wahrscheinlichkeitsrechnung | 552 |
A2 Tabellen | 554 |
A2.1 Tabelle der chemischen Potenziale | 554 |
Sachverzeichnis | 569 |