Physikalische Chemie

Peter Atkins ist emeritierter Professor für Chemie am Lincoln College der University of Oxford und Autor international bekannter Chemie-Lehrbücher. Er ist einer der erfolgreichsten und didaktisch besten Lehrbuchautoren weltweit und schrieb zahlreiche Lehrbuch-Klassiker. Julio de Paula ist Professor für Chemie am Lewis and Clark College, Portland, Oregon, USA. Zusammen mit Peter Atkins verfasste er bereits zahlreiche erfolgreiche Lehrbücher, neben der Neuauflage von "Physikalische Chemie" u.a. auch "Physical Chemistry for the Life Sciences". James Keeler ist Dozent an der Universität Cambridge und dort als Direktor für universitäre Lehre zuständig für die Chemievorlesungen für Studieneinsteiger. Er ist seit dieser Auflage als Koautor des "Atkins" dabei.

• Tabellenverzeichnis xvToolkits xviiiZusatzinformationen xixAnwendungen xxVorwort xxiHinweise zur Benutzung des Buchs xxiiiDanksagung xxviiProlog – Energie, Temperatur und Chemie 11 Die Eigenschaften der Gase 31.1 Das ideale Gas 41.1.1 Die Zustande der Gase 41.1.2 Zustandsgleichungen und Gasgesetze 71.2 Die Bewegung von Molekulen in Gasen 141.2.1 Die kinetische Gastheorie 141.2.2 Intermolekulare Stose 211.3 Reale Gase 241.3.1 Abweichungen vom idealen Verhalten 241.3.2 Die Van-der-Waals-Gleichung 292 Der Erste Hauptsatz der Thermodynamik 432.1 Grundbegriffe 442.1.1 Arbeit,Warme und Energie 442.1.2 Die Innere Energie 482.1.3 Volumenarbeit 502.1.4 Warmeubergange 542.2 Die Enthalpie 592.2.1 Die Definition der Enthalpie 592.2.2 Die Temperaturabhangigkeit der Enthalpie 622.3 Thermochemie 652.3.1 Standardenthalpien 652.3.2 Standardbildungsenthalpien 692.3.3 Die Temperaturabhangigkeit der Reaktionsenthalpien 702.3.4 Experimentelle Techniken 712.4 Zustandsfunktionen und totale Differenziale 762.4.1 Totale und nicht totale Differenziale 762.4.2 Anderungen der Inneren Energie 772.4.3 Anderungen der Enthalpie 812.4.4 Der Joule-Thomson-Effekt 812.5 Adiabatische Anderungen 852.5.1 Anderung der Temperatur 852.5.2 Anderung des Drucks 863 Der Zweite und der Dritte Hauptsatz der Thermodynamik 993.1 Die Entropie 1003.1.1 Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik 1003.1.2 Die Definition der Entropie 1023.1.3 Die Entropie als Zustandsfunktion 1063.2 Entropieanderungen bei speziellen Prozessen 1133.2.1 Expansion 1133.2.2 Phasenubergange 1143.2.3 Erhitzen 1153.2.4 Zusammengesetzte Prozesse 1163.3 Die Messung der Entropie 1193.3.1 Die kalorimetrischeMessung der Entropie 1193.3.2 Der Dritte Hauptsatz der Thermodynamik 1213.4 Die Beschrankung auf das System 1253.4.1 Freie Energie und Freie Enthalpie 1253.4.2 Freie Standardreaktionsenthalpien 1293.5 Die Verbindung von Erstem und Zweitem Hauptsatz 1343.5.1 Eigenschaften der Inneren Energie 1343.5.2 Eigenschaften der Freien Enthalpie 1374 Physikalische Umwandlungen reiner Stoffe 1574.1 Phasendiagramme reiner Stoffe 1584.1.1 Die Stabilitat von Phasen 1584.1.2 Phasengrenzen 1604.1.3 Drei typische Phasendiagramme 1644.2 Thermodynamische Betrachtung von Phasenubergangen 1684.2.1 Abhangigkeit der Stabilitat von den Bedingungen 1684.2.2 Die Lage der Phasengrenzlinien 1715 Die Eigenschaften einfacher Mischungen 1835.1 Die thermodynamische Beschreibung von Mischungen 1845.1.1 Partielle molare Grosen 1845.1.2 Thermodynamik von Mischphasen 1905.1.3 Das chemische Potenzial flussiger Phasen 1935.2 Die Eigenschaften von Losungen 1985.2.1 Flussige Mischungen 1985.2.2 Kolligative Eigenschaften 2015.3 Phasendiagramme flussiger Zweikomponentensysteme 2115.3.1 Dampfdruckdiagramme 2115.3.2 Siedediagramme 2135.3.3 Destillation 2165.3.4 Flussig/Flussig-Phasendiagramme 2185.4 Phasendiagramme fester Zweikomponentensysteme 2245.4.1 Eutektische Mischungen 2245.4.2 Systeme mit chemischen Reaktionen 2255.4.3 Inkongruentes Schmelzen 2265.5 Phasendiagramme ternarer Systeme 2295.5.1 Ternare Phasendiagramme 2295.5.2 Ternare Systeme 2305.6 Aktivitaten 2335.6.1 Die Aktivitat des Losungsmittels 2335.6.2 Die Aktivitat des gelosten Stoffs 2335.6.3 Aktivitaten in regularen Losungen 2365.6.4 Aktivitaten von Ionen in Losung 2376 Das chemische Gleichgewicht 2636.1 Die Gleichgewichtskonstante 2646.1.1 Das Minimum der Freien Enthalpie 2646.1.2 Die Beschreibung des chemischen Gleichgewichts 2666.2 Die Verschiebung des Gleichgewichts bei Anderung der Reaktionsbedingungen 2756.2.1 Der Einfluss des Drucks auf das Gleichgewicht 2756.2.2 Der Einfluss der Temperatur auf das Gleichgewicht 2776.3 Elektrochemische Zellen 2806.3.1 Halbreaktionen und Elektroden 2806.3.2 Zelltypen 2816.3.3 Die Zellspannung 2826.3.4 Die Bestimmung thermodynamischer Funktionen 2856.4 Standard-Elektrodenpotenziale 2886.4.1 Standardpotenziale 2886.4.2 Anwendungen der Standardpotenziale 2907 Quantentheorie 3057.1 Die Anfange der Quantenmechanik 3067.1.1 Die Quantisierung der Energie 3077.1.2 DerWelle-Teilchen-Dualismus 3137.2 Wellenfunktionen 3187.2.1 Die Schrodinger-Gleichung 3187.2.2 Die Born’sche Interpretation derWellenfunktion 3197.3 Operatoren und Observablen 3247.3.1 Operatoren 3247.3.2 Superpositionen und Erwartungswerte 3297.3.3 Die Heisenberg’sche Unscharferelation 3327.3.4 Die Postulate der Quantenmechanik 3357.4 Translation 3387.4.1 Freie Bewegung in einer Dimension 3387.4.2 Bewegung in einer Dimension: Das Teilchen im Kasten 3407.4.3 Bewegung in zwei und mehr Dimensionen 3447.4.4 Der Tunneleffekt 3477.5 Schwingung 3537.5.1 Der harmonische Oszillator 3537.5.2 Eigenschaften des harmonischen Oszillators 3587.6 Rotation 3627.6.1 Rotation in zwei Dimensionen: Teilchen auf einer Kreisbahn 3627.6.2 Rotation in drei Dimensionen: Teilchen auf einer Kugelschale 3678 Atomstruktur und Atomspektren 3998.1 Wasserstoffahnliche Atome 4008.1.1 Die Struktur wasserstoffahnlicher Atome 4008.1.2 Atomorbitale und ihre Energien 4048.2 Mehrelektronenatome 4138.2.1 Die Orbitalnaherung 4138.2.2 Das Pauli-Ausschlussprinzip 4148.2.3 Das Aufbauprinzip 4178.2.4 Selbstkonsistente Orbitale 4248.3 Atomspektren 4268.3.1 Die Spektren wasserstoffahnlicher Atome 4268.3.2 Die Spektren von Mehrelektronenatomen 4289 Molekülstruktur 445Prolog – Die Born-Oppenheimer-Näherung 4479.1 Valence-Bond (VB)-Theorie 4489.1.1 Homoatomare zweiatomigeMolekule 4489.1.2 Resonanz 4509.1.3 Mehratomige Molekule 4519.2 Molekulorbital (MO)-Theorie: DasWasserstoffmolekul-Ion 4569.2.1 Linearkombination von Atomorbitalen (LCAO) 4569.2.2 Bezeichnungen von Molekulorbitalen 4619.3 Molekulorbital (MO)-Theorie: homoatomare zweiatomige Molekule 4629.3.1 Elektronenkonfigurationen 4629.3.2 Photoelektronenspektroskopie 4689.4 Molekulorbital (MO)-Theorie: heteroatomare zweiatomige Molekule 4719.4.1 Polare Bindungen und Elektronegativitat 4719.4.2 Das Variationsprinzip 4729.5 Molekulorbital (MO)-Theorie: mehratomigeMolekule 4799.5.1 Die Huckel-Naherung 4809.5.2 Anwendungen der MO-Theorie 4859.5.3 Quantenchemie mit Computern 48810 Molekülsymmetrie 50510.1 Die Symmetrieelemente von Molekulen 50610.1.1 Symmetrieoperationen und Symmetrieelemente 50610.1.2 Klassifikation von Molekulen in Gruppen nach ihrer Symmetrie 50810.1.3 Konsequenzen derMolekulsymmetrie 51310.2 Gruppentheorie 51510.2.1 Grundlagen der Gruppentheorie 51510.2.2 Matrixdarstellungen 51710.2.3 Charaktertafeln und Symmetriebezeichnungen 52110.3 Anwendungen der Molekulsymmetrie 52610.3.1 Verschwindende Integrale 52610.3.2 Anwendungen der Molekulsymmetrie 53010.3.3 Auswahlregeln 53211 Molekulare Spektroskopie 53911.1 Allgemeine Merkmale spektroskopischer Methoden 54011.1.1 Absorption und Emission elektromagnetischer Strahlung 54111.1.2 Die Breite von Spektrallinien 54611.1.3 Experimentelle Techniken 54811.2 Rotationsspektren 55511.2.1 Die Energieniveaus der Rotation 55511.2.2 Mikrowellenspektroskopie 56111.2.3 Raman-Rotationsspektroskopie 56411.2.4 Kernstatistik und Rotationszustande 56611.3 Schwingungsspektren zweiatomiger Molekule 56911.3.1 Molekulschwingungen 56911.3.2 Infrarotspektroskopie 57011.3.3 Anharmonizitat 57111.3.4 Rotationsschwingungsspektren 57411.3.5 Raman-Schwingungsspektren zweiatomiger Molekule 57711.4 Schwingungsspektren mehratomiger Molekule 58011.4.1 Normalschwingungen 58011.4.2 Infrarot-Absorptionsspektren mehratomiger Molekule 58211.4.3 Raman-Schwingungsspektren mehratomiger Molekule 58411.5 Symmetrieanalyse von Schwingungsspektren 58711.5.1 Die Symmetrie von Normalschwingungen 58711.5.2 Die Symmetrie von Schwingungswellenfunktionen 58911.6 Elektronenspektren 59211.6.1 Elektronenspektren zweiatomiger Molekule 59211.6.2 Elektronenspektren mehratomigerMolekule 60111.7 Die Desaktivierung angeregter Zustande 60511.7.1 Fluoreszenz und Phosphoreszenz 60511.7.2 Dissoziation und Pradissoziation 60811.7.3 Laser 60912 Magnetische Resonanz 63512.1 Grundlagen der magnetischen Resonanz 63612.1.1 Kernspinresonanz (NMR) 63612.1.2 Elektronenspinresonanz (ESR) 64012.2 Eigenschaften von NMR-Spektren 64312.2.1 Die chemische Verschiebung 64312.2.2 Die Entstehung der Abschirmung 64512.2.3 Die Feinstruktur des Spektrums 64812.2.4 Konformationsumwandlungen und Austauschprozesse 65612.2.5 NMR in Festkorpern 65812.3 Pulstechniken in der NMR 66012.3.1 Der Vektor der Magnetisierung 66112.3.2 Spinrelaxation 66612.3.3 Die Entkopplung von Spins 67012.3.4 Der Kern-Overhauser-Effekt 67012.4 Elektronenspinresonanz (ESR) 67612.4.1 Der g-Faktor 67612.4.2 Die Hyperfeinstruktur 67713 Statistische Thermodynamik 69513.1 Die Boltzmann-Verteilung 69613.1.1 Konfigurationen und Gewichte 69613.1.2 Die relative Besetzungszahl von Zustanden 70113.2 Die molekulare Zustandssumme 70313.2.1 Die Interpretation der Zustandssumme 70313.2.2 Beitrage zur molekularen Zustandssumme 70513.3 Die Energie von Molekulen 71513.3.1 Grundlegende Beziehungen 71513.3.2 Mittlere Energien 71613.4 Das kanonische Ensemble 72113.4.1 Das Konzept des Ensembles 72113.4.2 Die wahrscheinlichste Energie des Systems 72313.4.3 Unabhangige Molekule 72413.4.4 Die Abhangigkeit der Energie vom Volumen 72513.5 Innere Energie und Entropie 72713.5.1 Die Innere Energie 72713.5.2 Die Entropie 72913.6 Abgeleitete Funktionen 73613.6.1 Die Ableitungen 73613.6.2 Gleichgewichtskonstanten 73914 Wechselwirkungen zwischen Molekülen 76114.1 Elektrische Eigenschaften von Molekulen 76214.1.1 Elektrische Dipolmomente 76214.1.2 Die Polarisierbarkeit 76514.1.3 Polarisation 76714.2 Wechselwirkungen zwischen Molekulen 77214.2.1 Wechselwirkungen zwischen Dipolen 77214.2.2 Wasserstoffbruckenbindungen 77814.2.3 Die Gesamtwechselwirkung 78014.3 Flussigkeiten 78914.3.1 MolekulareWechselwirkungen in Flussigkeiten 78914.3.2 Die Grenzflache Flussigkeit-Gas 79314.3.3 Oberflachenschichten 79714.3.4 Kondensation 80014.4 Makromolekule 80214.4.1 MittlereMolmassen 80214.4.2 Die Hierarchie der Strukturen 80414.4.3 Statistische Knauel 80514.4.4 Die mechanischen Eigenschaften von Polymeren 81014.4.5 Die thermischen Eigenschaften von Polymeren 81214.5 Aggregation und Selbstorganisation 81514.5.1 Kolloide 81514.5.2 Mizellen und biologische Membranen 81915 Festkörper 83915.1 Kristallstrukturen 84015.1.1 Gitter und Elementarzellen 84015.1.2 Die Identifikation von Gitterebenen 84315.2 Beugungstechniken zur Strukturanalyse 84715.2.1 Rontgenkristallografie 84715.2.2 Neutronen- und Elektronenbeugung 85615.3 Bindungen in Festkorpern 86115.3.1 Metallische Festkorper 86115.3.2 Ionische Festkorper 86615.3.3 Molekulare und kovalente Festkorper 87015.4 Mechanische Eigenschaften von Festkorpern 87215.5 Elektrische Eigenschaften von Festkorpern 87515.5.1 Metallische Leiter 87515.5.2 Isolatoren und Halbleiter 87615.5.3 Supraleiter 87915.6 Magnetische Eigenschaften von Festkorpern 88215.6.1 Magnetische Suszeptibilitat 88215.6.2 Permanente und induzierte magnetische Momente 88315.6.3 Magnetische Eigenschaften von Supraleitern 88515.7 Optische Eigenschaften von Festkorpern 88715.7.1 Lichtabsorption durch Excitonen 88715.7.2 Lichtabsorption durch Metalle und Supraleiter 88815.7.3 Nichtlineare optische Effekte 89016 Die Bewegung von Molekülen 90316.1 Transporteigenschaften idealer Gase 90416.1.1 Die phanomenologischen Gleichungen 90416.1.2 Die Transportkoeffizienten 90616.2 Die Bewegung von Molekulen in Flussigkeiten 91416.2.1 Experimentelle Ergebnisse 91416.2.2 Ionenbeweglichkeiten 91716.3 Diffusion 92416.3.1 Diffusion aus thermodynamischer Sicht 92416.3.2 Die Diffusionsgleichung 92716.3.3 Diffusion aus statistischer Sicht 93117 Chemische Kinetik 94317.1 Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen 94417.1.1 Die Beobachtung des Reaktionsverlaufs 94517.1.2 Die Reaktionsgeschwindigkeit 94717.2 Integrierte Geschwindigkeitsgesetze 95417.2.1 Reaktionen nullter Ordnung 95417.2.2 Reaktionen erster Ordnung 95417.2.3 Reaktionen zweiter Ordnung 95617.3 Reaktionen in der Nahe des Gleichgewichts 96117.3.1 Reaktionen erster Ordnung in der Nahe des Gleichgewichts 96117.3.2 Relaxationsmethoden 96217.4 Die Arrhenius-Gleichung 96517.4.1 Die Temperaturabhangigkeit von Reaktionsgeschwindigkeiten 96517.4.2 Die Interpretation der Arrhenius-Parameter 96717.5 Geschwindigkeitsgesetze 97017.5.1 Elementarreaktionen 97017.5.2 Folgereaktionen 97117.5.3 Quasistationaritat 97317.5.4 Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt 97417.5.5 Vorgelagerte Gleichgewichte 97617.5.6 Kinetisch und thermodynamisch kontrollierte Reaktionen 97717.6 Reaktionsmechanismen 97817.6.1 Unimolekulare Reaktionen 97817.6.2 Die Kinetik von Polymerisationen 98017.6.3 Enzymatisch katalysierte Reaktionen 98417.7 Photochemie 98817.7.1 Photochemische Prozesse 98817.7.2 Die Quantenausbeute des Primarprozesses 98917.7.3 Die Desaktivierung angeregter Singulettzustande 99117.7.4 Die Loschung angeregter Zustande 99117.7.5 Resonanzenergieubertragung 99418 Reaktionsdynamik 101318.1 Die Stostheorie 101418.1.1 Reaktive Stose 101418.1.2 Das RRK-Modell 102118.2 Diffusionskontrollierte Reaktionen 102218.2.1 Reaktionen in Losung 102218.2.2 Die Stoffbilanzgleichung 102518.3 Die Theorie des Ubergangszustands 102718.3.1 Die Eyring-Gleichung 102718.3.2 Thermodynamische Aspekte 103118.3.3 Der kinetische Isotopeneffekt 103518.4 Die Dynamik molekularer Stose 103818.4.1 Molekularstrahlexperimente 103818.4.2 Reaktive Stose 104118.4.3 Potenzialhyperflachen 104218.4.4 Theoretische und experimentelle Ergebnisse 104418.5 Elektronenubertragung in homogenen Systemen 104918.5.1 Das Geschwindigkeitsgesetz der Elektronenubertragung 104918.5.2 Der Tunnelprozess 105018.5.3 Die Geschwindigkeitskonstante der Elektronenubertragung 105218.5.4 Methoden zur experimentellen Uberprufung der Theorie 105319 Oberflächenprozesse 106719.1 Eigenschaften der Oberflachen von Festkorpern 106819.1.1 Wachstum und Struktur von festen Oberflachen 106819.1.2 Physisorption und Chemisorption 106919.1.3 Experimentelle Techniken 107119.2 Adsorption und Desorption 107819.2.1 Adsorptionsisothermen 107819.2.2 Die Geschwindigkeit von Oberflachenprozessen 108519.3 Heterogene Katalyse 108919.3.1 Mechanismen der heterogenen Katalyse 108919.3.2 Die katalytische Aktivitat an Oberflachen 109219.4 Elektronentransferprozesse an Elektroden 109619.4.1 Die Grenzflache zwischen Elektrode und Losung 109619.4.2 Die Stromdichte an einer Elektrode 109819.4.3 Voltammetrie 110319.4.4 Elektrolyse 110619.4.5 Galvanische Zellen unter Belastung 1106Anhang 1121Teil 1 Standardintegrale 1121Teil 2 Einheiten 1122Teil 3 Daten 1123Teil 4 Charaktertafeln 1155Stichwortverzeichnis 1159

Ein sehr zu empfehlendes, umfassendes und schönes Werk!ZfP-Zeitung (Dezember 2021)