Module Handbook

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Notes on the module handbook of the department Chemistry

1. Hinweis zum Feld "Anmeldung": In "Corona-Zeiten" ist - teils abweichend von den Angaben im Feld "Anmeldung"- oft eine Anmeldung im KIS erforderlich. Die aktuellen Regelungen finden Sie unter https://www.chemie.uni-kl.de/studium/digital/

2. Die Angaben zum Masterstudiengang Toxikologie und zu den lehramtsbezogenen Zertifikatsstudiengängen im Fach Chemie befinden sich noch im Aufbau.

Module CHE-BaEd-06-M-1

Modul 6: Physikalische Chemie - Grundlagen (M, 12.0 LP)

Module Identification

Module Number Module Name CP (Effort)
CHE-BaEd-06-M-1 Modul 6: Physikalische Chemie - Grundlagen 12.0 CP (360 h)

Basedata

CP, Effort 12.0 CP = 360 h
Position of the semester 2 Sem. from SuSe
Level [1] Bachelor (General)
Language [DE] German
Module Manager
Lecturers
Area of study [CHE-PC] Physical Chemistry
Reference course of study [CHE-31.32-SG] B.Ed. LaGR Chemistry
Livecycle-State [NORM] Active

Module Part #A (Obligatory, 6.0 LP)

Type/SWS Course Number Title Choice in
Module-Part
Presence-Time /
Self-Study
SL SL is
required for exa.
PL CP Sem.
3V+1U CHE-300-110-K-1
Physikalische Chemie I (LC)
P 56 h 124 h - - PL1 6.0 SuSe
  • About [CHE-300-110-K-1]: Title: "Physikalische Chemie I (LC)"; Presence-Time: 56 h; Self-Study: 124 h
1. Abweichende Selbststudienzeit (124 h) aufgrund unterschiedlicher curricularer Voraussetzungen: 6 LP für Teil A.

2. Die KIS-Nummer zur Übung lautet CHE-300-111-U-1.

Module Part #B (Obligatory, 6.0 LP)

Type/SWS Course Number Title Choice in
Module-Part
Presence-Time /
Self-Study
SL SL is
required for exa.
PL CP Sem.
3V+1U CHE-300-120-K-1
Physikalische Chemie II für Lebensmittelchemiker, Lehramt an Gymnasien
P 56 h 124 h - - PL2 6.0 WiSe
  • About [CHE-300-120-K-1]: Title: "Physikalische Chemie II für Lebensmittelchemiker, Lehramt an Gymnasien"; Presence-Time: 56 h; Self-Study: 124 h
Abweichende Selbststudienzeit (124 h) aufgrund unterschiedlicher curricularer Voraussetzungen: 6 LP für Teil B.

Examination achievement PL1

  • Form of examination: written exam (Klausur) (60-90 Min.)

Examination achievement PL2

  • Form of examination: written exam (Klausur) (60-90 Min.)

Evaluation of grades

All partial module examinations have to be passed. The module grade is the arithmetic mean of all partial examination grades.


Contents

a) Physikalische Chemie I:

1. Physikalische und mathematische Grundlagen

  • Physikalische Größen und Einheiten
  • Erhaltungsgrößen (Energie, Impuls, Drehimpuls)
  • Physikalische Grundgesetze
  • Umformen von Gleichungen unter Anwendung der Potenz- u. Logarithmen-Rechenregeln
  • Funktionen und ihre grafische Darstellung
  • Grundlagen der Differential- und Integralrechnung

2. Thermodynamik und Gleichgewichtslehre

  • Physikalisch-chemische Größen und Begriffe; Rechnen mit einheiten-behafteten Größen.
  • Ideales Gasgesetz; Berechnung von Kompressibilität und Adiabatenkoeffizient; Differential als linearisierter Zuwachs (grafische Bedeutung)
  • Volumenarbeit und innere Energie; Berechnung von Energiegrößen unter Anwendung der Integralrechnung (grafische Interpretation)
  • Reales Gasgesetz; Darstellung physikalisch-chemischer Größen über partielle Ableitungen
  • Erster Hauptsatz, U (innere Energie), H (Enthalpie); Zustandsfunktion, totales Differential und grafische Bedeutung
  • Wärmekapazität; Reaktionsenthalpie; Kalorimetrie und Thermochemie
  • Zweiter Hauptsatz, S (Entropie); Carnot-Prozess; Kreisprozesse im pV-Diagramm
  • Freie Enthalpie G; Schreibweise als Differential; Gibbs-Helmholtz-Gleichung
  • Clausius-Clapeyron (Integrierte Form und Auftragung), Einkomponenten-Phasendiagramme
  • Mischphasenthermodynamik (Aktivitätskoeffizienten, Raoult, Henry)
  • Kolligative Eigenschaften (Siedepunktserhöhung, Gefrierpunktserniedrigung, Osmose)
  • Siede- und Schmelzdiagramme; Stofftrennung; Destillation
  • Chemisches Gleichgewicht (Temperatur- und Druckabhängigkeit); Gleichgewichtskonstante; Zusammenhang: Massenwirkungsgesetz – Freie Reaktionsenthalpie; van’t Hoffsche Reaktionsisobare

3. Grundlagen und Anwendung der Elektrochemie

  • Faradaysche Gesetze; Begriffe: Widerstand, Spannung, Stromstärke, Ladung, Potential
  • Nernstsche Gleichung; Verknüpfung mit der Thermodynamik über die Freie Enthalpie;
  • Elektrodentypen
  • Leitfähigkeit; Überführungszahlen
  • Galvanisches Element; Batterietypen; Li-Ionen-Akkumulator; Brennstoffzelle

4. Einführung in die Reaktionskinetik

  • Formalkinetik (Reaktionsordnung, Zeitgesetz, Folge- und Parallelreaktion)
  • Einfache Differentialgleichungen (DGLs) zur Beschreibung chemischer Kinetik; Überprüfung der Lösungen von DGLs; Grundlagen zur numerischen Integration
  • Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitskonstanten: Arrhenius-Gleichung; Aktivierungs-Energie; dynamisches Gleichgewicht (Zusammenhang: Kinetik-Thermodynamik)
  • Beispiele komplexer Reaktionen: Kettenreaktionen, Michaelis-Menten-Mechanismus, Ozon-Schicht; DGL-Systeme und ihre einfache Lösung über das Quasistationaritäts-Prinzip
  • Messung von Reaktionsgeschwindigkeiten

b) Physikalische Chemie II

1. Einführung in die Quanntenmechanik und Grundlagen der Spektroskopie

  • Notwendigkeit der Quantenmechanik, Welle-Teilchen-Dualismus, Schwarzkörperstrahlung
  • Stationäre Zustände (Schrödinger-Gleichung); DGLs in der Quantenmechanik und Überprüfung von Lösungen
  • Beschreibung des Teilchens im Kasten (1D) mit Differentialgleichungen trigonometrischer Funktionen und Exponential-Funktionen
  • Teilchen auf einem Ring: Drehimpulsquantelung; Komplexe Zahlen und Funktionen
  • Teilchen auf einer Kugeloberfläche / starrer Rotator / Rotationsenergie-Quantelung; Vektoren
  • Harmonischer Oszillator und Molekülschwingungen; Hookesches Kraftgesetz und Potential
  • Wasserstoffatom und wasserstoffähnliche Ionen, Diskussion der Eigenfunktionen, optische Übergänge
  • Mehrelektronenatome; Einfache Modelle chemischer Bindung
  • Anwendungen in der Mikrowellen-, Infrarot- und UV/Vis-Spektroskopie; Kernmagnetische Resonanz

2. Intermolekulare Wechselwirkungen

  • Van der Waals Wechselwirkung, Wasserstoffbrücken-Bindung
  • Makromoleküle und Selbstorganisation
  • Kolloide
  • Nanoteilchen und teilchengrößen-abhängige Chemie

Competencies / intended learning achievements

a) allgemeine Kompetenzen

Die Studierenden

  • haben ein grundlegendes phänomenologisch-mathematisches Verständnis physikalisch-chemischer Zusammenhänge.
  • können diese grundlegenden Zusammenhänge mit aktuellen Themen, wie Klima, Energie, Wärme und Anwendungen in der Technik und Analytik verknüpfen und darstellen.
  • können mit den erworbenen Kenntnissen grundlegende physikalisch-chemische Experimente planen und analysieren.

b) spezifische Kompetenzen

Die Studierenden

  • können formelmäßige Zusammenhänge zwischen physikalisch-chemischen Größen herleiten, durch Anwendungen der Differential- und der Integralrechnung begründen und die entsprechenden Ergebnisse grafisch darstellen
  • sind in der Lage einfache Differentialgleichungen für die Reaktionskinetik aufzustellen und zu lösen verstehen physikalische-chemische Zusammenhänge zur Beschreibung der Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung und Materie.

Literature

  • P. W. Atkins, J. de Paula: Kurzlehrbuch Physikalische Chemie (Wiley-VCH, 4. Auflg. 2008, ISBN 978-3-527-31807-0)
  • G. Wedler, H.-J. Freund: Lehrbuch der Physikalischen Chemie (Wiley-VCH, 6. Auflg. 2012, ISBN 978-3-527-32909-0)
  • W. Bechmann, J. Schmidt: Einstieg in die Physikalische Chemie für Nebenfächler (Springer Vieweg, 4. akt. Auflg. 2010, ISBN 978-3-8348-0991-9)

Materials

Internetseite zur Lehrveranstaltung (enthält vorlesungsbegleitendes Folienmaterial in elektroni-scher Form zum Herunterladen für die Studierenden, Musterlösung für Übungen, Lehrbuchempfehlungen), regelmäßige Fachberatung durch Lehrpersonal (Sprechstunden, Mentorengespräche).

Registration

Online Anmeldung zu den Klausuren (QIS/TUK).

Für Vorlesung und Übung ist keine Anmeldung erforderlich.

Requirements for attendance (informal)

Dringende Empfehlung:
  • Abschluss der Module [CHE-BaEd-01-M-1] Modul 1: Allgemeine und anorganische Chemie 1 - Grundlagen und [CHE-BaEd-020-M-1] Modul 2: Allgemeine und anorganische Chemie 2 - Umgang mit Stoffen
  • Vorherige Teilnahme an dem Mathematik-Vorkurs für Chemiker, der zwingend benötigten Schulstoff im Schnelldurchlauf aufbereitet

Requirements for attendance (formal)

None

References to Module / Module Number [CHE-BaEd-06-M-1]

Course of Study Section Choice/Obligation
[CHE-31.32-SG] B.Ed. LaGR Chemistry Verpflichtend zu belegende Module [P] Compulsory
[CHE-66.32-SG] M.Ed. LaBBS Chemistry Verpflichtend zu belegende Module [P] Compulsory
[MAT-82.105-SG] B.Sc. Mathematics Subsidiary Subject (Minor) [WP] Compulsory Elective