Themen der Vorlesung “Physikalische Chemie” im Pharmaziestudium

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2 Themen der Vorlesung “Physikalische Chemie” im Pharmaziestudium
Gleichgewicht Grundlagen Temperatur, Druck, Energie, Entropie, Freie Enthalpie Hauptsätze der Thermodynamik, Gibbs-Helmholtz-Glg. Phasenübergänge 1-3 Komponenten Phasendiagramme, Gibbsche Phasenregel Grenzflächen Benetzen, Spreiten, Kapillareffekt Kapillardruck, Young-Gleichung Veränderung Transport Wärmeleitung, Diffusion, elektrische Leitung, Viskosität Transportgleichungen, Stefan-Boltzmann-Gesetz Reaktionskinetik Reaktionsordnung, zusammengesetzte Reaktionen, Katalyse, Geschwindigkeitsgesetze, Arrheniusgleichung, Geschwindigkeits-konstanten

3 Aktuelle Lehrbücher P. Atkins, Physikalische Chemie
G. Wedler, Lehrbuch der Physikalische Chemie T. Engel, P. Reid, Physikalische Chemie T. Engel, G. Drobny, P. Reid, Physical Chemistry for the Life Sciences R.J. Silbey, R.A. Alberty, M.G. Bawendi, Physical Chemistry Speziell im Pharmaziestudium Leuenberger, Martin: Physikalische Pharmazie Läuger, Stark, Adam : Physikalische Chemie und Biophysik

4 Temperaturskalen und Fixpunkte
Celsius-Temperaturskala θ °C schmelzendes Eis -siedendes Wasser Linerar interpolieren (?): (Quecksilber-Glas-Thermometer 28,7 °C Alkohol-Glas-Thermometer 28,8 °C) Drahtwiderstand stoffunabhängige absolute Temperaturskala: thermodynamische Temperaturskala T/K = θ/°C

5 Fahrenheitskala

6 Ideales Gas

7 Partielle Ableitungen: Zwei Variable

8 Energieart Produkt aus Einheit Wärmeenergie C*T 1 cal = 4,184 J B.T.U. = 1,055 kJ chemische Energie J, cal potenzielle mechanische Energie F*s Nm Kompressionsenergie (Gas) p*dV Pa*m³ kinetische mechanische Energie m/2* v² kg*(m/s)² Oberflächenenergie (s.u.) *A elektrische Energie U*I*t=q*U 1 VAs=1Ws 1 J=1 Ws = 1 VAs = 1 Nm = 1 kg*m²/s² = 1 Pa m³ B.T.U. wird benutzt für die Abwärme elektrischer Geräte: 1 B.T.U./h = 0,28 W neue Einheit J: man kann alle anderen Energieformen in Wärme umwandeln, z.B. Reibungswärme: Umwandlung von mechanischer in Wärme-Energie ebenso chemische Energie (keine eigene Einheit) und elektrische Energie Ws.

9 Reversible und irreversible Expansion

10 Carnot-Prozess Beispiel für reversiblen Vorgang
Kreisprozess aus adiabatischer und isothermer Expansion und Kompression

11 Funktionen von zwei Variablen: G(p,T)
G / J/mol T / K p/p0

12 Jacobi-Determinanten: Definition und „kürzen“:

13 Ableitungsregeln und Jacobi-Determinante
Konstante Parameter: Vertauschung von f und g bzw. X und y bedeutet Vertauschen von Zeilen oder Spalten, d.h. Vorzeichenwechsel. Daraus folgt die Kettenregel:

14 Van-der-Waals-Gleichung
Kohlenstoffdioxid: -Trockeneis - Bei Raumtemperatur verflüssigbar

15 Dampfdruckkurve von Wasser
Temperatur/°C Druck/mbar Bedeutung 6 auch Festkörper (Eis) hat Dampfdruck 10 12 Dampfdruck in der Atmosphäre 20 23 „Vakuumverpackte“ Lebensmittel und bei RT 30 42 erhöhter Sättigungsdruck bei hoher Luftemperatur Auskondensieren von Wasser an kühlen Stellen 98 943 niedrigere Siedetemperatur in Höhenlagen, 70 mbar Druckabnahme 560 m Höhe über N.N. 100 1 013 Siedepunkt bei Normaldruck 110 1 432 Schnellkochtopf 120 1 985 Autoklav: sterilisieren: Verdampfung bei höherem Druck, deshalb höhere Temperatur 130 2 700 bei erhöhter Temperatur 373 kritischer Punkt

16 Benzol-Toluol Dampfdruckkurven

17 Benzol-Toluol Phasendiagramm bei konstantem Druck T / °C x Toluol

18 Dampfdruckkurven von Ethanol und Wasser
p / Torr T / °C

19 Spezifische Wärme des QM Oszillators
c osz / R T / T Einstein Wasserdampf, XXX Daten gezeichnet nach --- ν=3000 cm-1, T Einstein = 4300 K