Physikalische Chemie

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Bei der Physikalischen Chemie (kurz: PC) handelt es sich um den Grenzbereich zwischen Physik und Chemie, insbesondere um die Anwendung von Methoden der Physik auf Objekte der Chemie. Eine klare Abgrenzung zur Chemischen Physik ist nicht immer möglich.

Während in der Präparativen Chemie Fragestellungen der Methodik der chemischen Synthese bekannter und neuer Substanzen im Vordergrund stehen, versucht die Physikalische Chemie mit Hilfe theoretischer und experimenteller Methoden der Physik Ordnung in experimentelles Erfahrungsmaterial zu bringen, indem sie qualitative und quantitative Zusammenhänge ermittelt.

Die Physikalische Chemie liefert die theoretischen Grundlagen für die Technische Chemie und die Verfahrenstechnik.

Inhaltsverzeichnis 1 Teilgebiete 1.1 Quantenmechanik 1.2 Thermodynamik 1.3 Kinetik 1.4 Elektrochemie 1.5 Oberflächenchemie 1.6 Spektroskopie 2 Anwendungsgebiete 3 Geschichte 4 Berufsbild 5 Bedeutende Physikochemiker 6 Forschungsinstitute 6.1 Institute im deutschsprachigen Raum 6.1.1 Max-Planck-Institute 6.2 Institute außerhalb des deutschsprachigen Raums 7 Literatur 7.1 Allgemeine Lehrbücher 7.2 Spezielle Lehrbücher 7.3 Physikalisch-chemische Fachzeitschriften 8 Organisationen 9 Links 10 Quellen 11 Siehe auch

[Bearbeiten] Teilgebiete

[Bearbeiten] Quantenmechanik

Die Quantenmechanik liefert die Grundlagen zum Verständnis des Aufbaus der Materie und der chemischen Bindung. Die darauf aufbauende, an Bedeutung gewinnende theoretische Chemie, Quantenchemie oder Molekularphysik versucht, Eigenschaften von Stoffen, chemischer Reaktionen und Reaktionsmechanismen anhand von physikalischen Modellen, wie z. B. der Quantentheorie oder Quantenelektrodynamik und numerischen Berechnungen zu ergründen. Eng verwandt dazu sind die Gebiete Cheminformatik, Computerchemie, Molecular Modelling.

[Bearbeiten] Thermodynamik

• Die klassische Thermodynamik (phänomenologische Thermodynamik) ist die Lehre der Energie, ihrer Erscheinungsform und Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Mit ihrer Hilfe kann man zum Beispiel erklären, warum bestimmte chemische Reaktionen spontan ablaufen und andere nicht. Die klassische Thermodynamik ist eine rein makroskopische Theorie, die davon ausgeht, dass sich die physikalischen Eigenschaften eines Systems hinreichend gut mit makroskopischen Zustandsgrößen beschreiben lassen.
• Die statistische Thermodynamik betrachtet Systeme vieler Teilchen (i.A. Atome, Moleküle, Elementarteilchen) und gewinnt aus den mikroskopischen Eigenschaften und Wechselwirkungen dieser Teilchen Aussagen über das makroskopische Verhalten des Systems unter Benutzung statistischer Methoden. Sie verknüpft die Quantenmechanik mit der klassischen Thermodynamik.

[Bearbeiten] Kinetik

Die Kinetik beschäftigt sich mit dem zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen (Reaktionskinetik) oder von Transportvorgängen (z.B. Diffusion, Stoffabscheidung an Oberflächen, Katalyse).

[Bearbeiten] Elektrochemie

Die Elektrochemie befasst sich mit dem Zusammenhang zwischen elektrischen und chemischen Vorgängen.

[Bearbeiten] Oberflächenchemie

Die Grenzflächenchemie ist ein wissenschaftliches Grenzgebiet aus Festkörperphysik und Chemie, bei dem die chemischen und strukturellen Vorgänge untersucht werden, die sich an Grenzflächen, meist fest-flüssig oder fest-gasförmig, abspielen. Diese haben große Bedeutung in der Katalyse.

[Bearbeiten] Spektroskopie

Spektroskopie ist ein Sammelbegriff für eine Klasse experimenteller Verfahren, die untersuchen, wie eine Probe Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung (Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot, sichtbares Licht, UV, Röntgen) aufnehmen oder abgeben kann. Ziel der Spektroskopie ist es, aus dem erzielten Spektrum Rückschlüsse auf die Probe zu ziehen, zum Beispiel auf deren innere Struktur (Zwischenmolekulare Kraft), stoffliche Zusammensetzung oder Dynamik.

[Bearbeiten] Anwendungsgebiete

Einige Anwendungsgebiete der physikalischen Chemie:

• Atmosphärenchemie, z. B. Ozonloch;
• Biophysikalische Chemie;
• Chemische Analytik;
• Chemische Sensorik, z. B. Abgasanalyse mit der Lambda-Sonde;
• Elektrochemie (Elektrolyse, Batterien, Akkus, Brennstoffzellen, Galvanotechnik);
• Energietechnik;
• Festkörperchemie;
• Fotochemie;
• Kolloidchemie;
• Kernchemie;
• Magnetochemie;
• Makromolekulare Chemie;
• Materialwissenschaften;
• Nanotechnologie / Nanowissenschaft;
• Phasenlehre: LCD-Flachbildschirme;
• Photochemie;
• Physikalische Organische Chemie;
• Prozessanalytik: Beobachten und Regeln von Produktionsanlagen;
• Sensorik;
• Sicherheitstechnik;
• Solarchemie;
• Spektroskopie, z. B. zum Entwickeln neuer analytischer Verfahren;
• Untersuchung von Verbrennungsprozessen;
• Technische Chemie;
• Verfahrenstechnik.

[Bearbeiten] Geschichte

^[1] Die Physikalische Chemie wurde um 1890 vor allem von Svante Arrhenius, Jacobus Henricus van 't Hoff, Wilhelm Ostwald und Walther Nernst begründet. Im angelsächsischen Raum gilt Josiah Willard Gibbs als Begründer der Physikalischen Chemie mit seinem 1867 veröffentlichten Artikel "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" , in dem er die grundlegenden Konzepte Freie Energie, chemisches Potential und Phasenregel entwickelte.

Wilhelm Ostwald war auch erster Herausgeber der 1887 gemeinsam mit van 't Hoff gegründeten Zeitschrift für physikalische Chemie und hatte in Leipzig den ersten deutschen Lehrstuhl für Physikalische Chemie inne. Das erste eigenständige Institut für Physikalische Chemie wurde 1895 von Walther Nernst, der sich bei Ostwald habilitiert hatte, in Göttingen gegründet. Weitere spezifisch der Physikalischen Chemie gewidmete Institute folgten dann in rascher Folge in Leipzig (1897), Dresden (1900), Karlsruhe (1903), Breslau, Berlin (1905) und andernorts.

Wilhelm Ostwald gründete 1894 die Deutsche Elektrochemische Gesellschaft, die 1902 in Deutsche Bunsen-Gesellschaft für Angewandte Physikalische Chemie umbenannt wurde.

In England wurde 1903 die Faraday Society (heute: Faraday Division der Royal Society of Chemistry) gegründet.

Weitere Details finden sich unter Geschichte der Chemie.

[Bearbeiten] Berufsbild

^[2] Naturwissenschaftler, insbesondere Chemiker oder Physiker, die vorwiegend im Bereich der Physikalischen Chemie tätig sind, werden auch als Physikochemiker bezeichnet (Näheres auch unter Physikalische Chemie#Links). Ein Physikochemiker untersucht meist nur wenige Stoffe oder Reaktionen, diese dafür umso gründlicher. Die Physikalische Chemie ist eines der Hauptfächer der Chemie und gehört zum Pflichtprogramm im Chemiestudium.

[Bearbeiten] Bedeutende Physikochemiker

Reinhart Ahlrichs Svante Arrhenius Amedeo Avogadro Sidney A. Bernhard Richard Bernstein Max Bodenstein Karl Friedrich Bonhoeffer Edmund John Bowen (1898–1981) Ludwig Boltzmann Peter Debye Pierre Duhem Manfred Eigen Mostafa A. El-Sayed Richard R. Ernst Arnold Eucken Michael Faraday

Theodor Förster Rosalind Franklin Joseph von Fraunhofer Joseph Louis Gay-Lussac William Francis Giauque Josiah Willard Gibbs Jacobus Henricus van 't Hoff Fritz Haber Hans G. A. Hellmann Hermann L. F. von Helmholtz Dudley R. Herschbach Gerhard Herzberg Jaroslav Heyrovský Cyril Norman Hinshelwood Roald Hoffmann Erich Hückel Wilhelm Jost

Jerome Karle Friedrich Wilhelm Kohlrausch Hans Heinrich Landolt Irving Langmuir Yuan T. Lee Gilbert Newton Lewis Frederick Lindemann Fritz London Johann Josef Loschmidt Rudolph A. Marcus Mario J. Molina Robert S. Mulliken Walther Nernst Lars Onsager Wilhelm Ostwald Linus Pauling John C. Polanyi

Michael Polanyi Ilya Prigogine Stuart A. Rice John Ross (* 1926) Joachim Sauer Nikolai Nikolajewitsch Semjonow John C. Slater Otto Stern Gustav Tammann Max Volmer Peter Waage Johannes Diderik van der Waals E. Bright Wilson Richard N. Zare Ahmed H. Zewail

• Weitere Physikochemiker: Kategorie:Physikochemiker
• darunter Nobelpreisträger: Liste der Nobelpreisträger für Physik und Liste der Nobelpreisträger für Chemie

[Bearbeiten] Forschungsinstitute

[Bearbeiten] Institute im deutschsprachigen Raum

• Karlsruhe Institute of Technology (KIT)
• Links zu Instituten für Physikalische und Theoretische Chemie in Deutschland (veraltet)

[Bearbeiten] Max-Planck-Institute

• Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin
• Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie (Karl-Friedrich-Bonhoeffer-Institut), Göttingen
• Max-Planck-Institut für Chemie (Otto-Hahn-Institut), Mainz
• Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe, Dresden
• Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart
• Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Potsdam

[Bearbeiten] Institute außerhalb des deutschsprachigen Raums

• Links zu Instituten für Physikalische und Theoretische Chemie weltweit
• Fritz Haber Center for Molecular Dynamics Research, Jerusalem (Israel)

[Bearbeiten] Literatur

[Bearbeiten] Allgemeine Lehrbücher

• R. Brdicka, Grundlagen der physikalischen Chemie, Wiley-VCH, 1990, ISBN 3527296840
• G. Wedler, Lehrbuch der Physikalischen Chemie, Wiley-VCH, 2004, ISBN 3527310665
• R. A. Alberty, R. J. Silbey, Physical Chemistry, John Wiley and Sons, 1997, ISBN 0471104280
• P.W. Atkins, Physical Chemistry, Oxford University Press, 2002, ISBN 0198792859
• G. M. Barrow, Physical Chemistry, McGraw-Hill Education, 1996, ISBN 0070051119
• R.G. Mortimer, Physical Chemistry, Academic Press, 2000, ISBN 0125083459
• R. Stephen Berry, Stuart A. Rice, John Ross, Physical Chemistry, 2nd ed., Oxford University Press, 2000, ISBN 0195105893
• D. A. McQuarrie, J. D. Simon, J. Choi, Physical Chemistry, A Molecular Approach, University Science Books, 1997, ISBN 0935702997
• W. J. Moore, D. O. Hummel, G. Trafara, K. Holland-Moritz, Physikalische Chemie, Walter de Gruyter, 1999, ISBN 3110109794

[Bearbeiten] Spezielle Lehrbücher

• Theoretische Chemie#Literatur
• Thermodynamik#Literatur
• Statistische Mechanik#Literatur
• Kinetik (Chemie)#Literatur
• Elektrochemie#Literatur
• Oberflächenchemie#Literatur
• Spektroskopie#Literatur

[Bearbeiten] Physikalisch-chemische Fachzeitschriften

• Bunsen-Magazin der Deutschen Bunsen-Gesellschaft für Physikalische Chemie
• Chemical Physics / Chemical Physics Letters (engl.) ISSN 0009-2614
• ChemPhysChem (engl.) - A European Journal of Chemical Physics and Physical Chemistry ISSN 1439-4235
• Journal of Chemical Physics (JCP) (engl.) ISSN 0021-9606
• Journal of Physical Chemistry A (JPC A) (engl.) - Molecules, Spectroscopy, Kinetics, Environment & General Theory (A) ISSN 1089-5639 (A)
• Journal of Physical Chemistry B (JPC B) (engl.) - Condensed Matter, Materials, Surfaces, Interfaces & Biophysical Chemistry (B) ISSN 1520-6106 (B)
• Journal of Physical Chemistry C (JPC C) (engl.) - Nanomaterials and Interfaces ISSN 1932-7447
• Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) (engl.) ISSN 1463-9076
• Zeitschrift für Physikalische Chemie (ZPC) ISSN 0942-9352
• weitere Zeitschriften

[Bearbeiten] Organisationen

• American Chemical Society
  • Division of Physical Chemistry
• American Physical Society
  • APS Division of Chemical Physics
• Arbeitsgemeinschaft Theoretische Chemie - AGTC
• Deutsche Bunsen-Gesellschaft für Physikalische Chemie
• Deutsche Flüssigkristall-Gesellschaft (DFKG)
• Deutsche Physikalische Gesellschaft
• Division of Analytical Chemistry of the European Association for Chemical and Molecular Sciences EuCheMS
• Gesellschaft Deutscher Chemiker
• Physical and Biophysical Chemistry Division der IUPAC
• Royal Society of Chemistry
  • Faraday Division
• Société Francaise de Chimie
  • Division de Chimie Physique

[Bearbeiten] Links

• Walther Nernst: Die Ziele der physikalischen Chemie (Festrede 2. Juni 1896. Digitalisat/Faksimile)
• Links bei chemlin.de
• Aktuelle Wochenschau zum Jahr der Chemie 2003 - ein Einblick in aktuelle physikochemische Forschung
• Physical Chemists - Berufsfeldbeschreibung der American Chemical Society
• MIT OpenCourseWare - Chemie-Vorlesungen (auch PC) des Massachusetts Institute of Technology
• Physical Chemistry on the Web

[Bearbeiten] Quellen

1. ↑ G. Wedler: Lehrbuch der Physikalischen Chemie, Wiley-VCH, 2004, ISBN 3527310665, S. 977ff.
2. ↑ Das Berufsbild des Physikochemikers, Deutsche Bunsen-Gesellschaft für Physikalische Chemie, 2004

[Bearbeiten] Siehe auch

• Portal:Chemie
• Portal:Physik
• Portal:Werkstoffe
• Kategorie:Physikalische Chemie