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Physikalische Chemie > Definitionen > Flashcards

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
Q

Operator des Übergangdipolmoments μ

A

Der Betrag ist ein Maß für die Ladungsumverteilung während des Übergangs. Nur wenn μ von 0 verschieden ist, kann ein Übergang stattfinden.

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26
Q

Auswahlregeln der UV Spektroskopie

A

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

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27
Q

Was passiert mit den angeregten Zuständen? (Jablonski-Termschema)

A

1) Strahlende Deaktivierung: Aufgenommene Energie wird als Photon abgestrahlt
2) Strahlungslose Deaktivierung: Energie wird in Rotation- Schwingungs- und Translationsenergie der umgebenden Moleküle umgewandelt

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28
Q

Frank-Condon-Prinzip

A

UV Spektren können auch noch eine Schwingungsfeinstruktur aufweisen

Die Elektronenübergänge finden so schnell statt, dass die Kerne nicht unmittelbar darauf reagieren können

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29
Q

Anwendungen der UV/Vis Spektroskopie

A

Konzentrationsbestimmung von Proteinen

Bestimmung von Blutalkohol (ADH Methode)

Identifizierung von Intermediaten bei Photoreaktionen

Bestimmung des pKa von Übergängen

Kinetische Messungen

Aktivitätstests

30
Q

Erscheinungsformen der Energie

A

Ein isoliertes Molekül in der Gasphase enthält:

1) Translationsenergie (kin)
2) Rotationsenergie (pot.)
3) Schwingungsenergie (pot)
4) Elektronische Anrgeungsenergie (pot.)

31
Q

Grundlage der Infrarot-Spektroskopie

A

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
Q

Allgemeine Auswahlregel IR

A

Absorption erfolgt nur dann, wenn sich das vorhandene Dipolmoment während der Schwingung ändert oder währen der Schwingung entsteht

33
Q

Harmonische Schwingungen

A

Harmonische Schwingung liegt vor, wenn die rücktreibende Kraft proportional zur Auslenkung ist

Energienieveaus sind äquidistant
Es gibt unendlich viele
Es gibt keine Dissoziation

34
Q

Anharmonizität

A

Die Zahl der Energieniveaus ist endlich
Die Abstände der Energieniveaus sind nicht äquidistant (Anharmonizität)
Es gibt eine obere Grenze, die Dissoziationsenergie

35
Q

Anwendungen der IR-Spektroskopie

A

Strukturauflösung organischer Moleküle
Analyse der Sekundärstruktur von Proteinen
Kriminalistik: Identifizierung von Materialien
Bestimmung qualitätsrelevanter Probenparameter

36
Q

Grundprinzip der Kernresonanz (NMR) Spektroskopie

A

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
Q

Was braucht man für NMR-Spektroskopie

A

Wasserstoffkerne (Protonen)
Ein statisches Magnetfeld
Einen Radiofrequenzpuls
Ein NMR Spektrometer

38
Q

Welche Kerne haben einen Spin?

A

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
Q

Was passiert nach dem RF-Puls?

A

1) Gleichbesetzung der Energieniveaus, dadurch keine Magnetisierung mehr in z-Richtung
2) Die Spinne präzidieren in Phase, dadurch Magnetisierung in XY-Richtung

40
Q

Anwendungen von NMR

A

Strukturauflösung organischer Verbindungen

MRT

41
Q

Bimetallstreifen

A

Zwei Metallstreifen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten werden zusammengelötet, beim Erhitzen biegt sich der Bimetallstreifen nach unten oder oben

42
Q

pK (kritischer Punkt)

A

Punkt, an dem sich die Phasen flüssig/gasförmig nicht mehr in ihren Eigenschaften unterscheiden, kennzeichnet Ende der Dampfdruckkurve

43
Q

Schlussfolgerungen aus der Maxwellschen Geschwindigkeitsverteilung

A

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
Q

Innere Energie U

A

die gesamte für thermodynamische Umwandlungsprozesse zur Verfügung stehende Energie eines physikalischen Systems, das sich in Ruhe und im thermodynamischen Gleichgewicht befindet

extensive Zustandsgröße

45
Q

Windchill-Faktor

A

erfühlte, niedrigere Temperatur der Umgebung bei Wind (durch Abtragung der Isolationsschicht durch Konvektion)

46
Q

Eigenschaften von Wasser

A

hohe Wärmekapazität
hohe latente Wärme
hohe Wärmeleitzahl

47
Q

intensive Zustandsgrößen

A

Druck, Temperatur

48
Q

extensive Zustandsgrößen

A

Volumen, innere Energie, Enthalte

49
Q

Enthalpie H

A

Maß für den Energieumsatz eines Prozesses, für die aufgenommene bzw. abgegebene Wärmemenge, also für die Reaktionswärme

H = U + pV

50
Q

Adiabatische Prozesse

A

Prozesse, in denen ein System von einem Zustand in einen anderen überführt wird, ohne Wärme mit seiner Umgebung auszutauschen

51
Q

Gleichgewichtskonstante K

A

K > 1: im Gleichgewicht mehr Produkte
K < 1: im Gleichgewicht mehr Edukte

Im Gleichgewicht: Q=K und dG=0

52
Q

Gleichgewichtskonstante und Reaktionsquotient

A

Q=K: Reaktion im Gleichgewicht, dG=0

Q>K: in Richtung der Edukte dG>0

Q

53
Q

Thermodynamisches Gleichgewicht in biologischen Systemen

A

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
Q

Freie Energie nach vant Hoff

A

Reaktionsisobare zeigt den Zusammenhang zwischen der Lage des Gleichgewichts einer chemischen Reaktion und der Temperatur

positive Steigung: exotherm
negative Steigung: endotherm

55
Q

Enzyme

A

verringern Aktivierungsenergie, erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit
haben dabei keinen Einfluss auf das Gleichgewicht
nehmen an der Reaktion teil, gehen aber unverändert daraus hervor

56
Q

Kontinuitätsgleichung

A

Änderung der Teilchenzahl mit der Zeit muss gleich der Änderung des Flusses an einem bestimmten Ort sein

57
Q

Donnen-Potential

A

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
Q

Ruhepotential

A

Membranpotential von erregbaren Zellen im Ruhezustand

Membran in ruhe nur für K+ durchlässig, chemisches Potential = - elektrisches Potential

59
Q

Na-K-Pumpe

A

Leckströme an Zellmembran würde das Ruhepotential schnell abbauen, NaK Pumpe: Aufrechterhaltung des für das Ruhepotential nötigen Konzentrationsgradienten

60
Q

Extinktion

A

Die Schwächung von Strahlung beim Durchgang durch Materie infolge Streuung und Absorption

61
Q

Lambert-Beersches Gesetz

A

beschreibt die Abschwächung der Intensität einer Strahlung beim Durchgang durch ein Medium mit einer absorbierender Substanz

62
Q

UV/Vis-Spektroskopie

A

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
Q

Übergangsdipolmoment M

A

Maß für die Fähigkeit eines Atoms, Moleküls oder Festkörpers elektromagnetische Strahlung zu absorbieren, oder bei fluoreszierenden Stoffen auch zu emittieren

64
Q

Schwingungen

A

Normalschwingungen: Schwingungen, die unabhängig voneinander angeregt werden (H20)

symmetrische und antisymmetrische Valenzschwingungen (HCl, CO2

zweifach entartete Deformationsschwingungen (CO2)

65
Q

IR-Aufnahmetechniken

A

1, IR Gitterspektrometer

  1. FTIR-Spektrometer
66
Q

Funktionsweise IR-Spektroskopie

A

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
Q

Kernspin

A

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
Q

Spins im Magnetfeld

A

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
Q

Protonen im Magnetfeld

A

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
Q

Grundzustand des Kernspins im Magnetfeld

A

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

Physikalische Chemie (2 decks)

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