Thermodynamik in Der Mineralogie: Eine Einführung

ISBN-13: 9783540187172 / Niemiecki / Miękka / 1988 / 311 str.

Ladislav Cemic

Opis

Die Bedeutung der Thermodynamik als Mittel zur Interpretation von Beobachtungen an natOrlichen Vorkommen und an synthetischen Proben aus dem Laboratorium kann nicht hoch genug eingeschatzt werden. Experimentelle Ergebnisse mit ihrem Modell charakter kennen nur mit Hilfe dieses Wissenschaftszweiges wirklich sinnvoll genutzt werden. Dieser Sachverhalt spiegelt sich auch in den Fachpublikationen wider. Ohne solide Kenntnisse thermodynamischer Zusammenhange kennen sie kaum oder Ober haupt nicht verstanden werden. Die Studienkommission der Deutschen Mineralogi schen Gesellschaft hat dieser Tatsache Rechnung getragen und empfahl das Fach Physikalisch-Chemische Mineralogie in das Curriculum fOr den Studiengang der Mine ralogen aufzunehmen. Dadurch wurde der Bedarf nach einem geeigneten Lehrbuch geweckt. Sieht man sich auf dem BOchermarkt um, so muB man feststellen, daB es zwar englischsprachige, jedoch so gut wie keine deutschsprachigen LehrbOcher gibt, in denen die Thermodynamik speziell fOr eine Anwendung auf den Gebieten der Geo wissenschaften aufbereitet wird. Ziel des Buches ist es, diese LOcke soweit wie meglich zu schlieBen. Es ist in erster Linie als Wegweiser fOr Studierende der Mineralogie gedacht. DarOberhinaus dOrfte es aber auch interessant sein fOr Geologen, Geophysi ker und Materialwissenschaftler. Das Buch ist so konzipiert, daB es ohne Vorkenntnisse in Physikalischer Chemie lesbar ist. Damit soli insbesondere auf jene Interessenten ROcksicht genommen werden, die in ihrem Studiengang keine Vorlesungen in Physika lischer Chemie belegen muBten und erst durch ihre wissenschaftliche Arbeiten den Bedarf nach thermodynamischen Grundkenntnissen verspOrten. Die Auswahl des Stoffes ist durch die spezielle geowissenschaftliche Problematik bestimmt."

Spis treści

Verzeichnis der häufig benutzten Symbole.- 1. Einleitung.- 2. Thermodynamische Systeme.- 2.1. Phasen.- 2.2. Komponenten.- 3. Zustandsfunktionen.- 3.1. Druck.- 3.2. Temperatur.- 3.3. Chemische Zusammensetzung.- 3.3.1. Graphische Darstellungen der Zusammensetzungen.- 4. Thermische Zustandsgleichung.- 4.1. Volumen reiner Phasen.- 4.1.1. Ausdehnungs-, Kompressibilitäts- und Spannungskoeffizient.- 4.1.1.1. Rechenbeispiele zur thermischen Ausdehnung und Kompressibilität.- 4.1.2. Volumen idealer und realer Gase als Zustandsfunktion.- 4.1.3. Volumen kondensierter Stoffe.- 4.1.4. Bestimmungen der Molvolumina von Mineralen aus röntgenographischen Daten und Dichteangaben.- 4.2. Volumina der Mischphasen.- 4.2.1. Partielles Molvolumen.- 4.2.2. Mittleres Molvolumen.- 4.2.3. Volumina binärer Mischungen.- 4.2.4. Reaktionsvolumen.- 4.2.5. Mineralogische Beispiele für Volumina in Mischphasen.- 5. Kalorische Zustandsgleichungen.- 5.1. Erster Hauptsatz der Thermodynamik.- 5.1.1. Volumenarbeit.- 5.1.2. Enthalpie.- 5.1.3. Innere Energie und Enthalpie reiner Phasen.- 5.1.3.1. Molwärmen Cv und Cp.- 5.1.3.1.1. Temperaturabhängigkeit der Molwärmen.- 5.1.3.1.2. Temperaturabhängigkeit der Enthalpie reiner Phasen.- 5.1.3.2. Umwandlungsenthalpie reiner Stoffe.- 5.1.4. Enthalpie zusammengesetzter Systeme und Phasen (Mischphasen).- 5.1.4.1. Beispiel für Mischungswärmen bzw. mittlere molare sowie partielle molare Enthalpien in einem binären System.- 5.1.4.2. Reaktionsenthalpie.- 5.1.4.2.1. Temperaturabhängigkeit der Reaktionsenthalpie.- 5.1.4.3. Hei3scher Satz.- 6. Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik (Entropiesatz).- 6.1. Definition der Entropie.- 6.2. Entropie reiner Phasen.- 6.2.1. Temperaturabhängigkeit der Entropie.- 6.2.2. Entropieänderungen bei Phasenumwandlungen.- 6.2.3. Entropieänderungen bei irreversiblen Phasentransformationen.- 6.3. Entropie zusammengesetzter Systeme.- 6.3.1. Mischungsentropie idealer Gasmischungen.- 6.3.2. Mischungsentropie idealer Mischkristalle.- 6.3.3. Reaktionsentropie und ihre Abhängigkeit von der Temperatur.- 7. Gibbs’sche Freie Energie und Freie Enthalpie.- 7.1. Chemisches Potential reiner Phasen.- 7.1.1. Chemisches Potential reiner idealer Gase.- 7.1.2. Chemisches Potential reiner realer Gase.- 7.1.3. Chemisches Potential reiner fester Phasen.- 7.2. Chemisches Potential von Komponenten in Mischphasen.- 7.2.1. Chemisches Potential eines idealen Gases in idealen Gasmischungen.- 7.2.2. Chemisches Potential realer Gase in idealen und realen Gasmischungen.- 7.2.3. Chemisches Potential der Komponenten in idealen kondensierten Mischphasen.- 7.2.4. Chemisches Potential der Komponenten in realen kondensierten Mischungen.- 7.2.4.1. Die Abhängigkeit des Aktivitätskoeffizienten von der Zusammensetzung der Mischphase.- 7.2.4.2. Das Standardpotential (Normierung).- 7.2.4.3. Temperatur- und Druckabhängigkeit des Aktivitätskoeffizienten.- 7.2.5. Mittlere molare Freie Mischungsenthalpie.- 7.2.5.1. Aktivitätskoeffizienten symmetrischer und asymmetrischer Mischungen.- 7.2.5.2. Aktivitätskoeffizienten in ternären Mischungen.- 7.3. Freie Reaktionsenthalpie.- 7.3.1. Standardreaktion und Freie Standardreaktionsenthalpie.- 8. Thermisches Gleichgewicht.- 8.1. Stabilität und Phasengleichgewichte in Einstoffsystemen.- 8.1.1. Druck- und Temperaturabhängigkeit von Phasengleichgewichten in Einstoffsystemen.- 8.2. Gleichgewichtsbedingungen in reaktionsfähigen Systemen.- 8.2.1. Thermodynamisches Gleichgewicht in Reaktionen mit Beteiligung reiner fester Phasen.- 8.2.2. Fest-Festreaktionen mit Beteiligung von Mischphasen.- 8.2.3. Reaktionsgleichgewichte mit Beteiligung von Gasen.- 8.2.3.1. Reaktionen unter Beteiligung idealer Gase in idealen Gasmischungen.- 8.2.3.2. Reaktionen mit realen Gasen in idealen und realen Gasmischungen.- 8.3. Druck- und Temperaturabhängigkeit der thermodynamischen Gleichgewichtskonstante.- 8.4. Gleichgewichts- und Stabilitätsbedingungen bei Mischphasen.- 8.4.1. Beziehungen zwischen der mittleren molaren Freien Enthalpie bzw. mittleren molaren Freien Mischungsenthalpie und dem Phasendiagramm in binären Systemen.- 8.5. Gibbs’sche Phasenregel.- 8.6. Verteilungskoeffizient.- 8.6.1. Temperatur- und Druckabhängigkeit des Verteilungskoeffizienten.- 9. Thermodynamik wäßriger Lösungen und silikatischer Schmelzen.- 9.1. Wäßrige Lösungen.- 9.2. Schmelzen.- 9.2.1. Schmelzen reiner Phasen.- 9.2.2. Schmelzen mehrkomponentiger Systeme.- 10. Geothermometrie und Geobarometrie.- 10.1. Beispiele für Geothermo- und Geobarometer.- 10.1.1. Phasengleichgewichte in Einstoffsystemen.- 10.1.1.1. Intrakristalline Gleichgewichte.- 10.1.2. Phasengleichgewichte in einem Zweistoffsystem.- 10.1.3. Reaktionsgleichgewichte mit festen Phasen als Reaktionsteilnehmer.- 10.1.4. Reaktionsgleichgewichte mit Beteiligung gasförmiger Komponenten.- 11. Gewinnung thermodynamischer Daten aus den Gleichgewichtsuntersuchungen an Ein- und Mehrstoffsystemen.- 11.1. Fehlerfortpflanzung.- 12. Literatur.- 13. Sachverzeichnis.