Thermodynamik: Methode Zur Beschreibung Stofflicher Systeme Lehrbuch Für Naturwissenschaftler

ISBN-13: 9783528033125 / Niemiecki / Miękka / 1973 / 326 str.

Dieter Schuller;Dieter Schuller

Opis

Die Naturwissenschaften haben vor manch anderer Wissenschaft den Vorzug, bei der Darstellung der zu beschreibenden Erscheinungen im allgemeinen nicht auf "Lehr- meinungen" angewiesen zu sein. Naturwissenschaften sind ja Systeme von Theorien, die aus allgemeinen Satzen und den zur Beschreibung notwendigen Symbolen und Zeichen bestehen. Die Verknupfung der allgemeinen Satze miteinander und ihre An- wendung auf spezielle Fragen erfolgt mit Hilfe von Algorithmen, die der Mathematik entstammen. Eine Anweisung zum Erlernen der Methoden einer so konstituierten Wissenschaft kann sich nun darauf beschranken, die allgemeinen Satze deduktiv zu entwickeln, sowie ihre Zusammenhange und Anwendbarkeit an Beispielen exemplarisch zu behandeln. Dieser Weg wird zwar nicht zur Kenntnis einer Fulle stoffkundlicher Details, wohl aber zum Verstandnis der jeweils angewandten wissenschaftlichen Methode fiihren. Es soll nicht geleugnet werden, da der Naturwissenschaftler auch eine erhebliche Menge sogenannten positiven Wissens benotigt. Der Versuch jedoch, das theoretische Handwerkszeug, die wissenschaftliche Methode, dem Studierenden anhand umfangreicher stoffkundlicher Exerzitien nahezubringen, wird meist nur den Verlust intrinsischer Motivation, des "Spaes am Lernen" zur Folge haben. Ohne auf die moglichen Ursachen des vermuteten psychischen Mecha- nismus hier einzugehen, sei die Uberzeugung betont, da die deduktive Methode gerade fur die Vermittlung eines so geschlossenen und konsistenten Gebietes wie der klassischen Thermodynamik besonders geeignet ist. Auf dieser Pramisse aufbauend wird versucht, die klassische Thermodynamik dem Anfanger wissenschaftlich exakt darzustellen. Die Eigenschaften der Zustandsfunktionen und die daraus resultieren- den Moglichkeiten ihrer Anwendung stehen im Mittelpunkt der Betrachtung.

Spis treści

1. Definitionen und Vereinbarungen.- 1.1. Allgemeine Betrachtungen.- 1.2. Thermodynamische Systeme, Phasen, intensive und extensive Eigenschaften.- 1.3. Zu Standsgrößen und ihre Darstellung durch Zustandsgieichungen.- 1.4. Totales Differential, partielle Differentialquotienten.- 2. Die thermische Zustandsgleichung.- 2.1. Die thermische Zustandsgieichung der Gase.- Andere Formen der thermischen Zustandsgieichung der Gase.- 2.2. Das Mol als Masseneinheit der Thermodynamik, Gay-Lussac-Humboltsches Gesetz, Hypothese von Avogadro.- 2.3. Die Temperatur als Zustandsgröße.- Temperatur- und Druckabhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten idealer Gase.- Der numerische Wert und die Dimension der allgemeinen Gaskonstanten.- 2.4. Abschließende Betrachtungen zur Behandlung der thermischen Zustandsgieichung.- 3. Die kalorische Zustandsgieichung.- 3.1. Energiesatz der Mechanik, innere und äußere Zustandsvariable, Begriff der Arbeit, dissipierte Arbeit, konservative und nicht-konservative Kräfte.- 3.2. Reversible Arbeitsumsätze und dissipierte Arbeit, Erweiterung des Energiesatzes der Mechanik zum ersten Hauptsatz der Thermodynamik.- 3.3. Erster Hauptsatz der Thermodynamik, Innere Energie als Zustandsfunktion.- 3.4. Zustandsgrößen des ersten Hauptsatzes, Innere Energie und Enthalpie in beliebigen Systemen.- 3.5. Temperaturabhängigkeit der Zustandsgrößen des ersten Hauptsatzes, Molwärmen, Kalorimetrie.- 3.6. Die Normierung der Energieinhalte chemischer Systeme, Standardbildungsenergie- und enthalpie, thermische Energie und Enthalpie.- Standardbildungsenergie bzw. -enthalpie und thermische Energien und Enthalpien.- 3.7. Der Heßsche Satz als Spezialfall des ersten Hauptsatzes, Ermittlung von Standardreaktionsenergien und -enthalpien aus kalorischen Messungen.- 3.8. Zusammenhang zwischen Cp und Cv, Molwärme realer und idealer Gase, zweites Gay-Lussacsches Gesetz, das ideale Gas als Grenzzustand (p ? 0).- 3.9. Arbeitsumsätze in thermodynamischen Systemen, isotherme und adiabatische Arbeitsleistung bei der Expansion von Gassystemen.- 3.10. Abschließende Betrachtung zur Behandlung des ersten Hauptsatzes.- 4. Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik.- 4.1. Allgemeine Betrachtungen, reversible und irreversible Prozesse.- 4.2. Die zentrale Zustandsgröße des zweiten Hauptsatzes: Entropie. Eine von stofflichen Systemen unabhängige Temperaturdefinition.- 4.3. Die allgemeinen Eigenschaften der Zustandsfunktion Entropie.- 4.4. Zur Definition des Begriffs „System“ im zweiten Hauptsatz der Thermodynamik.- 4.5. Die Darstellung der Entropie als Zustandsfunktion in beliebigen — auch heterogenen — Systemen.- 4.6. Die Gibbsschen Fundamentalgleichungen, Freie Energie und Freie Enthalpie als Zustandsfunktionen.- 4.7. Die Zustandsfunktionen Freie Energie, Freie Enthalpie und thermodynamisches Potential; ihre Bedeutung zur Beschreibung von Gleichgewichtszuständen.- 4.8. Definition des thermodynamischen Gleichgewichts, Freie Enthalpie als die Gleichgewichtslage beschreibende Zustandsgröße.- 4.9. Weitere Eigenschaften der Freien Energie und der Freien Enthalpie, maximale thermodynamische Arbeit.- 4.10. Beziehungen zwischen den Reaktionsgrößen des ersten und des zweiten Hauptsatzes, Gibbs-Helmholtzsche Gleichungen, Affinität.- 4.11. Die Bedeutung der partiellen Differentialquotienten in der formalen Darstellung der Fundamentalgleichungen, Maxwellsche Beziehungen.- 4.12. Experimentelle Überprüfung der Gibbs-Helmholtzsehen Gleichung.- 4.13. Die Entropie als Funktion der Temperatur und einer zweiten Zustandsvariablen (Volumen oder Druck), Möglichkeiten der Ermittlung von Entropiewerten reiner Stoffe aus experimentellen Daten.- 4.14. Partielle molare Größen, Reaktionseffekte bei Mischungsvorgängen, differentielle molare Größen, partielle molare Zustandsfunktionen (Exzeßfunktionen).- 4.15. Weitere Eigenschaften der Entropie, die Entropie in idealen Mischungen.- 4.16. Definition der Reaktionslaufzahl; zur Formulierung chemischer Reaktionsgleichungen im Rahmen thermodynamischer Betrachtungen.- 4.17. Das chemische oder thermodynamische Potential, Zusammenhänge mit der maximalen thermodynamischen Arbeit und mit der „Affinität“.- 4.18. Das thermodynamische Potential als Zustandsfunktion, Zusammenhang mit anderen thermodynamischen Zustandsgrößen, Gibbs-Duhemsche Gleichungen.- 4.19. Das thermodynamische Potential des idealen Gases, Festlegung eines Standardzustandes, „Standard-Potentiale“, Freie Standard-Bildungsenthalpie.- 4.20. Das thermodynamische Potential realer Gase, Einführung der Fugazität, Definition der Aktivität.- 4.21. Das thermodynamische Potential in beliebigen — auch kondensierten — realen Mischungen, Berechnung der differentiellen Mischungseffekte anderer thermodynamischer Funktionen.- 4.22. Der Aktivitätskoeffizient, seine Temperatur- und Druckabhängigkeit, Zusammenhang zwischen Aktivitätskoeffizient und den Zusatzfunktionen, osmotischer Koeffizient.- 4.23. Abschließende Betrachtung zur Behandlung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik.- 5. Das thermodynamische Gleichgewicht.- 5.1. Betrachtungen zum thermodynamischen Gleichgewicht und zur Stabilität des Gleichgewichtszustandes am Beispiel eines Systems mit sogenannter Mischungslücke.- 5.2. Beispiele zur Anwendung von Gleichgewichts- und Stabilitätsbetrachtungen auf physikalische Gleichgewichte.- 5.2.1. Das Gibbssche Phasengesetz.- 5.2.2. Das Gleichgewicht zwischen einer Lösung und dem reinen Lösungsmittel, Raoultsches Gesetz der Dampfdruckerniedrigung.- 5.3. Chemische Gleichgewichte, Massenwirkungsgesetz.- 5.3.1. Temperatur- und Druckabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten.- 5.4. Abschließende Bemerkung zu dem Abschnitt über thermische Gleichgewichte.- 6. Das Nernstsche Wärmetheorem.- 6.1. Allgemeine Betrachtungen.- 6.2. Die physikalische Bedeutung der Integrationskonstanten J, ihr Zusammenhang mit thermodynamischen Zustandsgrößen.- 6.3. Die Formulierungen des Wärmesatzes durch Nernst und Planck.- 6.4. Thermodynamische Zustandsgrößen reiner kondensierter Stoffe und Reaktionseffekte bei Reaktionen zwischen reinen kondensierten Phasen am absoluten Nullpunkt.- 6.5. Die thermodynamischen Zustandsgrößen der Gase beim absoluten Nullpunkt.- 6.6. Chemische Konstante des Festkörpers, chemische Konstante des Gases, Dampfdruckkonstante. Zusammenhang der chemischen Konstanten mit den Nullpunktsentropien.- 6.7. Die Berechnung von Entropiewerten für reine Stoffe bei beliebigen Werten der Zustandsvariablen; konventionelle Standardentropien.- 6.8. Entropiewerte für beliebige Systeme: Abweichungen vom Nernstschen Theorem, „Nicht-Nernstsche Körper“.- 6.9. Abschließende Betrachtungen.- 7. Literatur.- 8. Sachwortverzeichnis.