Grundpraktikum Physikalische Chemie

Dieses Buch bietet eine praktische Einführung in die Experimentiertechnik der physikalischen Chemie. In 19 eigenständigen Kapiteln, die den Themenbereichen Gleichgewichtsthermodynamik, Kinetik, Thermochemie, optische Spektroskopie, Elektronik sowie Transport- und Grenzflächenphänomenen gewidmet sind, werden die theoretischen
Basiskenntnisse vermittelt. Dabei wird ein generelles Verständnis des Vorlesungsstoffs in Thermodynamik und Kinetik vorausgesetzt. Repräsentative Versuche zur Messung physikalisch-chemischer Grössen werden eingehend besprochen und mit Resultaten aus dem Praktikumslabor illustriert. Die Auswertung der Messdaten wird detailliert geschildert, wobei ein spezieller Anhang in die Grundlagen der Statistik einführt. Ausführliche Angaben in jedem Kapitel verweisen auf weiterführende Literatur sowie auf Tabellenwerke. Das Praktikumsbuch richtet sich an Dozierende und Studierende naturwissenschaftlicher Disziplinen mit physikalischer Chemie im Grund- oder Fachstudium.
Inhaltsverzeichnis:
I CHEMISCHE GLEICHGEWICHTE 1
1 Dampfdruck 3
1.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2 Siedediagramm 17
2.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3 Henry-Gesetz 35
3.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4 Schmelzdiagramm 53
4.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5 Kryoskopie 75
5.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6 Verteilung 95
6.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
6.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
II KINETIK 109
7 Kinetik 111
7.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
7.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
8 Blitzlicht-Photolyse 133
8.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
8.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
III THERMOCHEMIE 153
9 Verbrennungswärme 155
9.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
9.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
10 Kalorimetrie 173
10.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
10.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
IV SPEKTROSKOPIE 189
11 Spektrophotometrie 191
11.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
11.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
12 Lumineszenz 215
12.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
12.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
V ELEKTROCHEMIE UND ELEKTRONIK 239
13 Elektromotorische Kraft 241
13.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
13.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
14 Säure/Base-Gleichgewichte 263
14.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
14.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
15 Konduktometrie 283
15.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
15.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
16 Elektronik 303
16.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
16.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
16.3 Anhang: Beschreibung der Messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
VI TRANSPORT- UND GRENZFLÄCHENPHÄNOMENE 329
17 Viskosimetrie 331
17.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
17.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
18 Oberflächenspannung 357
18.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
18.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
19 Schallgeschwindigkeit 379
19.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
19.2 Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
ANHANG 403
A Auswertung von Messdaten 405
A.1 Verzeichnis statistischer Begriffe und Symbole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
A.2 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
A.3 Beobachtungsfehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
A.4 Stochastische Variablen. Verteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
A.5 Parameter-Schätzwerte (Statistiken) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
A.6 Statistische Parameter der Grundgesamtheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
A.7 Stichprobe und Schätzwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
A.8 Resultatangabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
A.9 Fehlerfortpflanzung und Unsicherheitsabschätzung . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
A.10 Ausgleichsrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
B Graphische Darstellung von Messdaten 443
B.1 Graphische Darstellung von Messdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
C Praktikumsprotokolle 449
C.1 Praktikumsprotokolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
D Verschiedene Tabellen 455
D.1 SI-Einheiten und Dezimalpräfixe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456
D.2 Energie- und Druckeinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
D.3 Griechisches Alphabet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
D.4 Konzentrationsmasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458
D.5 Physikalische Konstanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
D.6 Periodisches System der Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
D.7 Eigenschaften von Lösungsmitteln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462