Inhalt des Teils III ist die thermodynamische und kinetische Beschreibung chemi scher Reaktionen, sozusagen das eigentliche Ziel der Physikalischen Chemie seit jeher. Die ersten beiden Teile stellen in diesem Sinne die physikalischen Grundlagen zur Behandlung reagierender Materie zur Verfügung; auf sie wird verwiesen, wenn es um molekül- oder systemspezifische Vorstellungen geht. Der Teil III beginnt nach einer Einfiihrung in die Thermochemie mit der Behandlung chemischer und elektrochemischer Reaktionen bzw. Gleichgewichte und geht dann in getrennten Kapiteln auf die Kinetik homogener und heterogener Reaktionen ein. Während die Gleichgewichtsthermodynamik von Reaktionen noch abgeschlossen darstellbar ist - Schwierigkeiten bereiten hier höchstens die verschie den definierten Standard- bzw. Bezugszustände - äußert sich in der Kinetik die große Vielfalt der Chemie an sich: Empirische Erfahrungen gepaart mit scheinbar gegensätzli chen Theorien und Vorstellungen. Dasselbe gilt auch für die Photochemie, die dort be ginnt, wo die Molekülspektroskopie endet. Der heutigen Auffassung folgend, wonach der Ablauf biologischer Reaktionen durch Prinzipien der irreversiblen Thermodynamik ge steuert wird, wurde ein abschließendes Kapitel über lineare und nichtlineare Prozesse neu verfaßt. Für wertvolle Diskussionen während und nach der Durchsicht des Manuskriptes bedanke ich mich bei Herrn Dr. H. Leitner und Frau Dipl.-Ing. I. Hollerer (TU Graz).

I: Atome, Moleküle, Kerne

1 Gasmoleküle und ihre Energie
1.1 Die Gasgesetze von Boyle-Mariotte und Gay-Lussac
1.2 Das ideale Gasgesetz und die Gaskonstante
1.3 Daltonsches Partialdruckgesetz und mittlere Molmasse
1.4 Das kinetische Modell der Gase
1.5 Mittlere kinetische Energie und Gleichverteilungssatz
1.6 Die MB-Geschwindigkeitsverteilung
1.7 Gasmoleküle als starre Kugeln
1.8 Reale Gase und Moleküldurchmesser
2 Die quantenmechanische Beschreibung atomarer Teilchen
2.1 Licht-Materiewechselwirkung
2.2 Das Bohrsche Atommodell
2.3 Das Konzept der Quantenmechanik
2.4 Teilchen in einem eindimensionalen Potentialtopf
2.5 Teilchen in einem dreidimensionalen Potentialtopf
2.6 Die Translationsenergie
2.7 Die Rotationsenergie
2.8 Die Schwingungsenergie
2.9 Normalschwingungen mehratomiger Moleküle
3 Der Atomaufbau
3.1 Die Energieeigenwerte der Einelektronenatome
3.2 Die Eigenfunktionen der Einelektronenatome
3.3 Das Vektormodell der Einelektronenatome
3.4 Zweielektronenatome
3.5 Das Antisymmetrieprinzip
3.6 Das He-Atom
3.7 Atomaufbau der Elemente
3.8 Elektronenkonfiguration und chemisches Verhalten der Atome
4 Molekülsymmetrie und Gruppentheorie
4.1 Symmetrieoperationen in Matrizendarstellung
4.2 Die Prinzipien der Gruppentheorie
4.3 Der Charakter von Matrizendarstellungen
4.4 Molekülsymmetrie und Charaktertafel
4.5 Gruppentheoretische Anwendungen
5 Chemische Bindung und Molekülaufbau
5.1 Klassische Deutungsversuche und Ionenbindung
5.2 Das H2-Molekül
5.3 VB-Methode und Hybridisierung von Atomorbitalen
5.4 Valenzorbitale und ihre Symmetrie
5.5 Resonanzhybridisierung
5.6 Variationsrechnung und MO-Theorie
5.7 Zweiatomige, homonukleare Moleküle und ihre Symmetrie
5.8 Zweiatomige, heteronukleare Moleküle und Elektronegativität
5.9 Konjugierte ?-Elektronensysteme
5.10 Koordinations- und Elektronenüberschußverbindungen
6 Molekülspektren
6.1 Strahlungstheorie
6.2 Das Lambert-Beersche Absorptionsgesetz
6.3 Rotationsspektren
6.4 Schwingungsspektren
6.5 Elektronenspektren
6.6 Photoelektronen- und Massenspektroskopie
6.7 Kern- und Elektronenresonanzspektroskopie
7 Elektrische und magnetische Molekülmomente
7.1 Die dielektrische Polarisation
7.2 Das elektrische Dipolmoment
7.3 Messung des Dipolmoments und der Polarisierbarkeit
7.4 Dipolmoment und Ionencharakter
7.5 Magnetische Molekülmomente
8 Lichtstreuung an Molekülen
8.1 Ramanspektren
8.2 Rayleighstreuung an Makromolekülen
8.3 Beugungserscheinungen
8.4 Die Wierlgleichung
8.5 Auswertung des Beugungsspektrums
9 Aufbau der Atomkerne
9.1 Allgemeine Kerneigenschaften
9.2 Tröpfchenmodell und Stabilität der Atomkerne
9.3 Das Schalenmodell der Atomkerne
9.4 Natürliche und künstliche radioaktive Kerne
9.5 Kernanregung, Kernreaktionen und Kernspaltung
9.6 Elementarteilchen
II: Gase, Flüssigkeiten, Festkörper und Mischphasen
10 Statistische Beschreibung der Materie
10.1 Das Antisymmetrieprinzip
10.2 Die FD- und die BE-Statistik
10.3 Die MB-Verteilung und der Multiplikator ?
10.4 Das Konzept der Zustandssumme
10.5 Die Zustandssummen der Translation, der Rotation und der Schwingung und die mittlere Gesamtenergie eines Gases
10.6 Statistische Begründung der MB-Geschwindigkeitsverteilung
10.7 Die Entropie
10.8 Die Mischungsentropie
10.9 Das chemische Potential ? und der Multiplikator ?
11 Die Thermodynamik
11.1 Zustandsfunktionen und Energieerhaltungssatz
11.2 Wärme und Volumenarbeit
11.3 Enthalpie und spezifische Wärme bei konstantem Druck
11.4 Statistische Berechnung der Molwärme
11.5 Entropie und 2. Hauptsatz
11.6 Die freie Enthalpie
11.7 Unerreichbarkeit des absoluten Nullpunktes
11.8 Entropie und 3. Hauptsatz
11.9 Das thermodynamische Formelgebäude
12 Reale Gase
12.1 Das reale Verhalten der Gase
12.2 Das Theorem der übereinstimmenden Zustände
12.3 Das van der Waalsgas
12.4 Statistische Behandlung realer Gase
12.5 Statistische Interpretation des van der Waalsgases
12.6 Die Molwärmedifferenz und der Joule-Thomsonkoeffizient
12.7 Die freie Enthalpie
13 Die Kristallstruktur
13.1 Die Kristallsymmetrie
13.2 Kristallgitter und Elementarzelle
13.3 Braggsche Reflexion und Einkristallverfahren
13.4 Das Debye-Scherrerverfahren und die NaCl-Struktur
13.5 Der Strukturfaktor
13.6 Fouriersynthese der Elektronendichte
14 Festkörper
14.1 Ionenkristalle und Gitterenergie
14.2 Die Molwärme
14.3 Die Molwärme der Metalle und das Elektronengasmodell
14.4 Bändermodell und Metalle
14.5 Valenzkristalle und Halbleiter
14.6 Molekülkristalle
14.7 Der reale Festkörper
14.8 Diffusion und Leitfähigkeit
15 Flüssigkeiten
15.1 Flüssigkeitsstruktur und Röntgenbeugung
15.2 Paarverteilungsfunktion und thermodynamische Eigenschaften
15.3 van der Waalswechselwirkungen
15.4 Dampfdruck und Verdampfungsenthalpie
15.5 Verdampfungsentropie und Gasmodell
15.6 Die Molwärme
15.7 Computersimulation
15.8 Die Viskosität und das Hagen-Poiseuillesche Gesetz
15.9 Die Oberflächenspannung
16 Systeme aus mehreren chemischen Komponenten und Phasen
16.1 Phasen, Komponenten und Freiheiten
16.2 Das chemische Potential von Komponenten in Mischphasen
16.3 Zustandsdiagramme einkomponentiger Systeme
16.4 Zustandsdiagramme zweikomponentiger flüssiger Systeme
16.5 Thermodynamik idealer und realer flüssiger Mischungen
16.6 Unvollständig mischbare Flüssigkeiten
16.7 Schmelzdiagramme
16.8 Zustandsdiagramme dreikomponentiger Systeme
16.9 Freie Enthalpie und Stabilität von Mischkristallen
16.10 Phasenumwandlungen zweiter Ordnung
17 Kolligative Eigenschaften von Lösungen
17.1 Dampfdruckerniedrigung
17.2 Siedepunkterhöhung
17.3 Gefrierpunkterniedrigung
17.4 Der osmotische Druck
17.5 Löslichkeit von Gasen und festen Stoffen
17.6 Lösungswärmen
17.7 Nernstsches Verteilungsgesetz
18 Elektrolyt- und Makromoleküllösungen
18.1 Elektrolytlösungen und ihre Leitfähigkeit
18.2 Die Hydratation der Ionen
18.3 Die Ionenwolke und der Aktivitätskoeffizient
18.4 Theorie der elektrolytischen Leitfähigkeit
18.5 Makromolekulare Lösungen
18.6 Diffusion und Brownsche Molekularbewegung
18.7 Sedimentation
18.8 Viskosität
III: Thermodynamische und kinetische Behandlung chemischer Reaktionen
19 Thermochemie
19.1 Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie
19.2 Direkte und indirekte Bestimmung der Reaktionswärme
19.3 Standardbildungsenthalpie
19.4 Temperaturabhängigkeit der Reaktionsenthalpie
19.5 Statistische Berechnung der Reaktionsenthalpie
19.6 Thermochemische Bindungsenergien
19.7 Gitter- und Hydratationsenthalpie
20 Das chemische Gleichgewicht
20.1 Die freie Reaktionsenthalpie
20.2 Temperatur- und Druckabhängigkeit der freien Reaktionsenthalpie
20.3 Die Gleichgewichtskonstante
20.4 Statistische Berechnung der Gleichgewichtskonstante
20.5 Allgemeine Formulierung des chemischen Gleichgewichts
20.6 Säure-Basengleichgewicht
20.7 Das Löslichkeitsprodukt
21 Das elektrochemische Gleichgewicht
21.1 Die elektrochemische Zelle
21.2 Die EMK und das Elektrodenpotential
21.3 Konzentrationszellen, Diffusionspotential und Salzbrücken
21.4 Spezielle Elektroden und ihre Anwendung
21.5 Bestimmung thermodynamischer Größen aus EMK-Daten
21.6 Membrangleichgewicht und elektrochemisches Potential
21.7 Das Donnangleichgewicht
22 Kinetik homogener Reaktionen
22.1 Phänomenologische Begriffe der chemischen Kinetik
22.2 Vollständige Reaktionen erster und höherer Ordnung
22.3 Unvollständige Reaktionen und chemische Relaxation
22.4 Folgereaktionen und Näherung des stationären Zustandes
22.5 Homogene Katalyse und Enzymreaktionen
22.6 Die Geschwindigkeitskonstante
22.7 Theorie des Übergangszustandes
22.8 Die Stoßtheorie
22.9 Theorie monomolekularer Zerfallsreaktionen
22.10 Theorie diffusionskontrollierter Reaktionen
22.11 Quantenstatistische Geschwindigkeitstheorie
23 Phasengrenzflächen und Kinetik heterogener Reaktionen
23.1 Die elektrische Doppelschicht
23.2 Elektrodenkinetik
23.3 Festkörperkontakte
23.4 Adsorption von Gasmolekülen an Festkörperoberflächen
23.5 Heterogene Katalyse
23.6 Die Oxidation von Metallen
23.7 Lösungsreaktionen
23.8 Adsorption an Flüssigkeitsoberflächen
24 Photochemie
24.1 Strahlungsgleichgewicht und Lebensdauer angeregter Zustände
24.2 Fluoreszenz und Phosphoreszenz
24.3 Induzierte Emission und Laser
24.4 Photochemische Reaktionen und Blitzlichtphotolyse
24.5 Photoeffekte an Halbleiterkontakten
25 Irreversible Thermodynamik
25.1 Kinetik und Thermodynamik
25.2 Die Entropieproduktion irreversibler Prozesse
25.3 Elektrokinetische Effekte
25.4 Atomistische Behandlung der Elektroosmose und des Strömungspotentials
25.5 Onsagerrelationen und Prinzip der minimalen Entropieproduktion
25.6 Nichtlineare Prozesse
4: Anhang
I. Vektoren und Vektoroperationen
III. Ersatz von Summen durch Integrale
IV. Energiedichte des elektrostatischen bzw. elektromagnetischen Feldes
V. Transformation des Laplaceoperators in Kugelkoordinaten
VI. Zugeordnete Legendresche Polynome
VII. Hermitesche Polynome
VIII. Taylorreihenentwicklung
IX. Determinanten und Gleichungssysteme
X. Zugeordnete Laguerresche Polynome
XI. Orthogonalität von Eigenfunktionen
XII. Variationstheorem
XIII. Fourierreihe und Fourierintegral
XIV. Tunneleffekt
XV. Stirlingsche Näherungsformel
XVI. Lagrangesche Multiplikatoren
XVIII. Kontinuitätsgleichung
XIX. Londonsche Dispersionsenergie
XX. Die Gaußsche Verteilung
XXI. Poissonsche Gleichung und Debye-Hückeltheorie
Verzeichnis der Symbole
Tabellen
Basisgrößen, Einheiten, Vielfache und Definitionen des internationalen Einheitensystems (SI)
Abgeleitete SI-Einheiten und SI-fremde Einheiten
Konzentrationseinheiten und Umrechnungsfaktoren
Energieumrechnungsfaktoren und einige wichtige physikalische Konstanten in SI-Einheiten
Atomgewichte
Isotopentabelle
Elektrodenstandardpotentiale
Thermodynamische Eigenschaften eigener Substanzen
Thermodynamische Eigenschaften von Ionen in wäßriger Lösung
Charaktertafeln
Namen- und Sachwortverzeichnis.