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Definitionen Flashcards

1
Q

Gibbs-Helmholtz-Gleichung

A

erlaubt unter Isobaren und isothermen Bedingungen eine Abschätzung, ob ein Prozess spontan abläuft (nur durch thermodynamische Parameter des betreffenden Systems, in dem die Reaktion abläuft)

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2
Q

Gibbsche Fundamentalgleichung

A

Für geschlossene Systeme, in denen kein Stoffaustausch mit der Umgebung stattfindet, ist die Änderung der freien Energie eine Funktion von Druck und Temperatur

dG = -SdT + Vdp

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3
Q

Gibbsche Fundamentalgleichung für offene Systeme

A

stoffliche Zusammensetzung ändert sich, chemische Arbeit wird geleistet, Änderung des chemischen Potentials

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4
Q

chemisches Potential μi

A

gibt an, wie sich die freie Enthalpie ändert, wenn sich im Verlauf der Reaktion die Stoffmengen ändern

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5
Q

Reaktionslaufzahl ξ

A

Maß für den Ablauf einer Reaktion ξ=dni/vi

Stoffmenge/Stöchiometrischer Faktor

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6
Q

Geschwindigkeitskonstante k

A

gibt an, welche Menge an Substrat pro Zeiteinheit umgewandelt wird

z.B. k = 0,02 1/s = 2% des Substrats werden pro Zeiteinheit umgewandelt

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7
Q

Aktivierungsenergie EA

A

Maß für die kinetische Energie, die Edikte mindestens besitzen müssen, damit der Übergangszustand und damit Produkte gebildet werden können

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8
Q

Beschleunigung von Reaktionen

A

durch Temperaturerhöhung

durch Enzyme (Temperaturerhöhung in biologischen Systemen nur bedingt möglich)

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9
Q

erstes Ficksche Gesetz

A

besagt, dass sich ein in einem Gas/einer Flüssigkeit vorhandener, diffundierender Stoff aus Bereichen höherer Konzentration in solche mit geringerer ausbreitet. Diese Ausbreitung ist proportional zum räumlichen Gradienten der Stoffkonzentration.
Die Proportionalitätskonstante ist der Diffusionskoeffizient.

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10
Q

Gleichgewichtspotential

A

liegt vor, wenn die Membran für genau eine Ionensorte durchlässig ist

Summe der Ionenströme über die Membran ist bei diesem elektrischen Potential 0
Das elektrische Potential steht im Gleichgewicht mit dem chemischen Potential und bleibt daher unverändert

Bsp.: Nernst-Potential (keine äußere Energiezufuhr, damit System im Zustand bleibt)

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11
Q

Netto-Nullstrompotential

A

für Membran, die gleichzeitig für mehrere Ionensorten durchlässig ist

Ungleichgewicht von Elektr./chem. Potential einzelner Ionensorten nur durch Energiezufuhr von außen kompensierbar

Bsp.: Ruhepotential von Zellen

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12
Q

Standardbedingungen

A 
T = 298,15K = 25°C
p = 1 bar = 101300 Pa
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13
Q

wichtigste Annahmen der Thermodynamik

A

1) Zeitmittel und Scharmittel sind gleich (Ergodenhypothese)
2) Alle mikroskopischen Realisierungsmöglichkeiten eines makroskopischen Systems sind gleich wahrscheinlich (Postulat von der gleichen a priori Wahrscheinlichkeit)
3) Ort und Geschwindigkeit zweier Teilchen sind nicht korrigierbar (Molekulares Chaos)

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14
Q
  1. Hauptsatz der Thermodynamik
A

stehen A und B und B und C miteinander im thermodynamischen Gleichgewicht, dann auch A und C

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15
Q

Temperatur T

A

Maß für die mittlere Geschwindigkeit und somit die mittlere kinetische Energie der Moleküle

intensive Größe

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16
Q

Wärmemenge Q

A

Summe der kinetischen Energie der Moleküle

extensive Größe

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17
Q

Konduktion (Wärmeleitung)

A

Übertragung von Wärme innerhalb eines Stoffes oder innerhalb zweier Stoffe ohne, dass Materie weitergegeben wird (kein Stofftransport)
Wärmeleitung erfolgt durch Weitergabe der Bewegungsenergie der Moleküle

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18
Q

Radiation (Wärmestrahlung)

A

Wärmemenge wird in Form von elektromagnetischen Wellen als Infrarotstrahlen transportiert
nicht an Materie gebunden

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19
Q

Konvektion

A

Wärmetransport mit Hilfe eines bewegten Mediums, d.h. durch Umwälzung von Flüssigkeit- oder Gasteilchen

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20
Q

Evaporation

A

Wärmeabgabe durch Verdunstung von Wasser über Haut und Schleimhäute
latente Wärme: die bei einem Phasenübergang aufgenommene Wärmemenge, die keiner Temperaturerhöhung entspricht

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21
Q
  1. Hauptsatz der Thermodynamik
A

für beliebige Zustandsänderungen gilt:
die Summe der einem System zugeführten Wärmemenge und der zugeführten Arbeit ist gleich der Zunahme der inneren Energie

d.h. es gibt kein Perpetuum mobile erster Art (keine Maschine, die ohne Energiezufuhr Arbeit leisten kann)

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22
Q

Warum verlaufen Adiabaten steiler als Isothermen?

A

Bei Adiabaten erhöht sich während der Kompression die Temperatur, da kein Wärmeaustausch mit der Umgebung stattfindet und somit der Druck mit der Temperatur steigt.

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23
Q
  1. Hauptsatz der Thermodynamik
A

nicht alle Prozesse, die nach dem Energieerhaltungssatz erlaubt sind, laufen auch ab
Es gibt kein Perpetuum mobile zweiter Art, d.h. es existiert keine Maschine, die Wärme ohne Verluste vollständig in Arbeit umwandelt
Wärme geht nie freiwillig von einem Körper niedriger auf einen Körper höherer Temperatur über

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24
Q

Wirkungsgrad η

A

beschreibt das Verhältnis von abgegebener Arbeit W und zugeführter Wärme Q

immer < 1

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25
Operator des Übergangdipolmoments μ
Der Betrag ist ein Maß für die Ladungsumverteilung während des Übergangs. Nur wenn μ von 0 verschieden ist, kann ein Übergang stattfinden.
26
Auswahlregeln der UV Spektroskopie
Keine Spinumkehr: Verbot des Übergangs von Singulett in Triplettzustände und umgekehrt. Überlappungsverbot: Verboten sind Übergänge, die nicht oder nicht genügend überlappen. (z.B. n -> π* Übergang in Carbonylverbindungen) Paritätsregel: Es sind nur Übergänge zwischen Molekülorbitalen erlaubt, die unterschiedliche Symmetrieeigenschaften des Symmetriezentrums, d.h. unterschiedliche Parität aufweisen
27
Was passiert mit den angeregten Zuständen? (Jablonski-Termschema)
1) Strahlende Deaktivierung: Aufgenommene Energie wird als Photon abgestrahlt 2) Strahlungslose Deaktivierung: Energie wird in Rotation- Schwingungs- und Translationsenergie der umgebenden Moleküle umgewandelt
28
Frank-Condon-Prinzip
UV Spektren können auch noch eine Schwingungsfeinstruktur aufweisen Die Elektronenübergänge finden so schnell statt, dass die Kerne nicht unmittelbar darauf reagieren können
29
Anwendungen der UV/Vis Spektroskopie
Konzentrationsbestimmung von Proteinen Bestimmung von Blutalkohol (ADH Methode) Identifizierung von Intermediaten bei Photoreaktionen Bestimmung des pKa von Übergängen Kinetische Messungen Aktivitätstests
30
Erscheinungsformen der Energie
Ein isoliertes Molekül in der Gasphase enthält: 1) Translationsenergie (kin) 2) Rotationsenergie (pot.) 3) Schwingungsenergie (pot) 4) Elektronische Anrgeungsenergie (pot.)
31
Grundlage der Infrarot-Spektroskopie
Absorption von Strahlung durch Wechselwirkung der Moleküle mit dem elektromagnetischen Feldvektor (der IR-Strahlung) Voraussetzung: Das Übergangsdipolmoment für den Übergang zwischen den Zuständen ψ1 und ψ2 muss ungleich 0 sein
32
Allgemeine Auswahlregel IR
Absorption erfolgt nur dann, wenn sich das vorhandene Dipolmoment während der Schwingung ändert oder währen der Schwingung entsteht
33
Harmonische Schwingungen
Harmonische Schwingung liegt vor, wenn die rücktreibende Kraft proportional zur Auslenkung ist Energienieveaus sind äquidistant Es gibt unendlich viele Es gibt keine Dissoziation
34
Anharmonizität
Die Zahl der Energieniveaus ist endlich Die Abstände der Energieniveaus sind nicht äquidistant (Anharmonizität) Es gibt eine obere Grenze, die Dissoziationsenergie
35
Anwendungen der IR-Spektroskopie
Strukturauflösung organischer Moleküle Analyse der Sekundärstruktur von Proteinen Kriminalistik: Identifizierung von Materialien Bestimmung qualitätsrelevanter Probenparameter
36
Grundprinzip der Kernresonanz (NMR) Spektroskopie
Der Kern eines Atoms wird in ein Magnetfeld gebracht und einem Radiofrequenzpuls ausgesetzt. Bei einer bestimmten Frequenz tritt der Kern mit diesem RF-Puls in Resonanz. Nach diesem Prinzip wird ein Spektrum aufgezeichnet, welches (detaillierte) strukturelle Informationen über das Molekül enthält
37
Was braucht man für NMR-Spektroskopie
Wasserstoffkerne (Protonen) Ein statisches Magnetfeld Einen Radiofrequenzpuls Ein NMR Spektrometer
38
Welche Kerne haben einen Spin?
Alle Kerne mit einer ungeraden Anzahl von Protonen und/oder einer ungeraden Anzahl von Neutronen haben einen Spin Nur Kerne mit Spin sind NMR-aktiv Aufgrund ihrer Ladung und ihres Spins verhalten sich Protonen wir Magneten
39
Was passiert nach dem RF-Puls?
1) Gleichbesetzung der Energieniveaus, dadurch keine Magnetisierung mehr in z-Richtung 2) Die Spinne präzidieren in Phase, dadurch Magnetisierung in XY-Richtung
40
Anwendungen von NMR
Strukturauflösung organischer Verbindungen | MRT
41
Bimetallstreifen
Zwei Metallstreifen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten werden zusammengelötet, beim Erhitzen biegt sich der Bimetallstreifen nach unten oder oben
42
pK (kritischer Punkt)
Punkt, an dem sich die Phasen flüssig/gasförmig nicht mehr in ihren Eigenschaften unterscheiden, kennzeichnet Ende der Dampfdruckkurve
43
Schlussfolgerungen aus der Maxwellschen Geschwindigkeitsverteilung
1) Der Anteil der Moleküle mit großer Geschwindigkeit ist gering 2) Der Anteil der Moleküle mit geringer Geschwindigkeit ist gering 3) Je schwerer die Moleküle, desto langsamer sind sie 4) je höher die Temperatur, desto schneller bewegen sich die Moleküle 5) Die Addition der Geschwindigkeitsanteile ergibt immer 1, die Kurven haben die gleiche Fläche, die gleiche Teilchenmenge
44
Innere Energie U
die gesamte für thermodynamische Umwandlungsprozesse zur Verfügung stehende Energie eines physikalischen Systems, das sich in Ruhe und im thermodynamischen Gleichgewicht befindet extensive Zustandsgröße
45
Windchill-Faktor
erfühlte, niedrigere Temperatur der Umgebung bei Wind (durch Abtragung der Isolationsschicht durch Konvektion)
46
Eigenschaften von Wasser
hohe Wärmekapazität hohe latente Wärme hohe Wärmeleitzahl
47
intensive Zustandsgrößen
Druck, Temperatur
48
extensive Zustandsgrößen
Volumen, innere Energie, Enthalte
49
Enthalpie H
Maß für den Energieumsatz eines Prozesses, für die aufgenommene bzw. abgegebene Wärmemenge, also für die Reaktionswärme H = U + pV
50
Adiabatische Prozesse
Prozesse, in denen ein System von einem Zustand in einen anderen überführt wird, ohne Wärme mit seiner Umgebung auszutauschen
51
Gleichgewichtskonstante K
K > 1: im Gleichgewicht mehr Produkte K < 1: im Gleichgewicht mehr Edukte Im Gleichgewicht: Q=K und dG=0
52
Gleichgewichtskonstante und Reaktionsquotient
Q=K: Reaktion im Gleichgewicht, dG=0 Q>K: in Richtung der Edukte dG>0 Q
53
Thermodynamisches Gleichgewicht in biologischen Systemen
wenn dG=0 hätte eine Zelle keine Triebkraft mehr und könnte keine Arbeit verrichten -> Zelltod In lebenden Systemen existieren Fließgleichgewichte, d.h. durch Stoffaustausch verhindern lebende Organismen, dass sich eine thermodynamisches Gleichgewicht einstellt
54
Freie Energie nach vant Hoff
Reaktionsisobare zeigt den Zusammenhang zwischen der Lage des Gleichgewichts einer chemischen Reaktion und der Temperatur positive Steigung: exotherm negative Steigung: endotherm
55
Enzyme
verringern Aktivierungsenergie, erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit haben dabei keinen Einfluss auf das Gleichgewicht nehmen an der Reaktion teil, gehen aber unverändert daraus hervor
56
Kontinuitätsgleichung
Änderung der Teilchenzahl mit der Zeit muss gleich der Änderung des Flusses an einem bestimmten Ort sein
57
Donnen-Potential
die Konzentration der nicht-permeablen Anionen bestimmt die Konzentrationsverteilung der permeablen Kationen und Anionen Je größer der Konzentrationsunterschied, desto größer muss die elektrische Feldstärke (E) sein, die das chemische Potential kompensiert elektrische Feldstärke ist proportional zu, Konzentrationsunterschied Faraday Konstante: elektrische Ladung eines Mols einfach geladener Ionen
58
Ruhepotential
Membranpotential von erregbaren Zellen im Ruhezustand Membran in ruhe nur für K+ durchlässig, chemisches Potential = - elektrisches Potential
59
Na-K-Pumpe
Leckströme an Zellmembran würde das Ruhepotential schnell abbauen, NaK Pumpe: Aufrechterhaltung des für das Ruhepotential nötigen Konzentrationsgradienten
60
Extinktion
Die Schwächung von Strahlung beim Durchgang durch Materie infolge Streuung und Absorption
61
Lambert-Beersches Gesetz
beschreibt die Abschwächung der Intensität einer Strahlung beim Durchgang durch ein Medium mit einer absorbierender Substanz
62
UV/Vis-Spektroskopie
eine Lichtquelle strahlt elektromagnetische Strahlung aus, die über einen Strahlengang mit Spiegeln und weiteren Bauelementen durch die Probe geleitet wird und dann auf einen Detektor trifft durch Anregung von Elektronen in der Probe ist die Intensität der Strahlung gegenüber dem originalen Primärstrahl in entsprechenden Bereichen geschwächt diese Differenz in der Strahlungsintensität wird gegen die jeweilige Wellenlänge, bei der gemessen wurde aufgetragen und als Spektrum ausgegeben
63
Übergangsdipolmoment M
Maß für die Fähigkeit eines Atoms, Moleküls oder Festkörpers elektromagnetische Strahlung zu absorbieren, oder bei fluoreszierenden Stoffen auch zu emittieren
64
Schwingungen
Normalschwingungen: Schwingungen, die unabhängig voneinander angeregt werden (H20) symmetrische und antisymmetrische Valenzschwingungen (HCl, CO2 zweifach entartete Deformationsschwingungen (CO2)
65
IR-Aufnahmetechniken
1, IR Gitterspektrometer 2. FTIR-Spektrometer
66
Funktionsweise IR-Spektroskopie
bei der Bestrahlung eines Stoffes mit em-Wellen werden bestimmte Frequenzbereiche absorbiert Absorption führt zu einer Schwingungsanregung der Bindungen, sie sind in Form von Ausschlägen im gemessenen Spektrum sichtbar die dazu notwendige Energien bzw. Frequenzen sind charakteristisch für die jeweiligen Bindungen und können so auch Materialien identifizieren
67
Kernspin
Gesamtdrehimpuls eines Atomkerns um seinen Schwerpunkt ungerade Anzahl Protonen und ungerade Anzahl Neutronen: ganzzahlige Spind ungerade Anzahl Protonen oder ungerade Anzahl Neutronen: halbzahlige Spind
68
Spins im Magnetfeld
im Magnetfeld richten sich die Spins aus Spins entlang des Magnetfelds ausgerichtet: niedrigere Energie Spins gegen das Magnetfeld ausgerichtet: höhere Energie Ungleichverteilung der Energieniveaus führt zu Magnetisieren in z-Richtung ohne Feld haben alle Spinzustände die gleiche Energie mit zunehmender Stärke des Feldes nimmt auch dE zu (zwischen Hochenergiezustand und Niedrigenergiezustand)
69
Protonen im Magnetfeld
Spin beginnt in Richtung des Feldes zu kreiseln (präzidieren) Larmorfrequenz: die Frequenz, mit der ein bestimmter Kern präzisiert (abhängig von effektivem Magnetfeld und giromagnetischem Verhältnis
70
Grundzustand des Kernspins im Magnetfeld
1) die auf und ab Spins sind im energetischen Gleichgewicht, die Überschuss-Spind erzeugen konstante Magnetisieren in z-Richtung 2) Spins präzisieren außer Phase, ihre Wirkung in der xy-Ebene ist Null

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