Die Veranstaltung richtet sich an Studenten von Bachelor of Science Chemie.
Lehrinhalte:
• Geschichte der Chemie
• Erscheinungsformen der Materie (Stofftrennung, Element- und Verbindungsbegriff)
• Einführung in die Atomlehre (Stöchiometrische Gesetze, Dalton´sche Atomhypothese, Molekülbegriff, Avogadro-Gesetz, Ideales Gasgesetz, Daltonsches Partialdruckgesetz)
• Atomaufbau (Elementarteilchen, Atomkern, Atomhülle, chemische Elemente, Isotope, Atommassen, Massendefekt und Kernbindungsenergie, Radioaktivität)
• Aggregatzustände der Materie, Zustanddiagramme, Stoffmenge, Konzentrationen von Lösungen, Osmotischer Druck, Raoultsches Gesetz, Methoden der Molekülmassenbestimmung
• Die Elektronenstruktur der Atome: Elektromagnetische Strahlung, Atomspektren, Bohr-Atommodell, Wellenmechanik, Atomorbitale und Quantenzahlen, Pauli-Prinzip, Elektronenkonfiguration, Hund-Regel
• Das Periodensystem der Elemente, Moseley Gesetz, Ionisierungsenergie, Elektronenaffinität
• Die chemische Reaktion (empirische Formeln, chemische Reaktionsgleichungen, Stöchiometrie, Energieumsatz bei Reaktionen, Kalorimetrie, Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie, Satz von Hess, Standardbildungsenthalpie, Bindungsenergie)
Das chemische Gleichgewicht (Massenwirkungsgesetz, Gleichgewichtskonstanten, Prinzip des kleinsten Zwangs, Entropie, Freie Reaktionsenthalpie, Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten)
• Reaktionskinetik (Reaktionsgeschwindigkeit, Geschwindigkeitsgesetze, Theorie des Übergangszustands, Arrhenius-Gleichung, Metastabile Systeme, Katalyse)
• Die chemische Bindung (Ionenbindung, Ionenradien, Strukturen von Ionenkristallen, Gitterenergie, Born-Haber-Kreisprozess, Atombindung, Lewis-Formeln, Oktettregel, Formalladungen, Bindungsordnung, Mesomerie, Atomradien, vam-der-Waals-Bindung, Molekülkristalle, Elektronegativität, polare Bindung, Dipolmoment, Wasserstoffbrückenbindung, Molekülstruktur, VSEPR-Modell, Valenzbindungstheorie und MO-Theorie, Oktett-Aufweitung und Bindungen höherer Ordnung)
• Metalle (Eigenschaften, Strukturen, Metallatomradien)
• Lösungen, Lösungsenthalpie, Löslichkeit, Elektrolyte, Löslichkeitsprodukt, Fällungsreaktionen
• Säuren und Basen, Amphoterie, Ionenprodukt des Wassers, pH-Wert, Stärke von Säuren und Basen, Dissoziationsgrad, Indikatoren, Pufferlösungen, Salze schwacher Säuen und Basen
• Redoxreaktionen (Oxidationszahl, Redoxgleichungen, Galvanische Elemente, Elektromotorische Kraft, Nernstsche Gleichung, Konzentrationsketten, Standardpotenziale, Elektrochemische Spannungsreihe, Elektrolyse, Faraday-Gesetze, elektrochemische Stromquellen)
• Wasserstoff und seine Verbindungen
• Die Gruppe der Edelgase, Halogene und Chalkogene, die Stickstoffgruppe, Kohlenstoffgruppe und Borgruppe
Lehrbücher der Allgemeinen und Anorganischen Chemie:
a) Binneweis/Jäckel/Willner/Rayner-Canham, Allgemeine und Anorganische Chemie, (Spektrum-Verlag)
b) Riedel, Anorganische Chemie (de Gruyter-Verlag)
c) Mortimer/Mueller, Chemie (Thieme-Verlag)
d) Hollemann/Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie (de Gruyter-Verlag)
Quelle: Prof. Dr. Werner Mader
Anorganische Molekül- und Festkörperchemie für Fortgeschrittene
Pflichtmodul im Master-Studiengang Chemie, Pflichtveranstaltung im Diplom Studiengang Chemie.
Die Studierenden sollen am Ende des Moduls den strukturellen Aufbau verschiedener Klassen fester Stoffe verstehen. Sie sollen Strukturargumente anwenden und die große Zahl von Festkörperstrukturen systematisieren und ordnen könne. Die Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften der Substanzen und ihrem Aufbau sowie zwischen Zusammensetzung und Verknüpfung von Baugruppen sollen verstanden sein.
Im Bereich der Anorganischen Molekülchemie sollen die Studierenden am Beispiel wichtiger Reaktionatypen und Substanzklassen den Zusammenhang zwischen Struktur, Bindung, Reaktivität und der Anwendung von molekularen Verbindungen von Übergangasmetallen und Hauptgruppenelementen in der Praxis und in der Katalyse erlernen.
Lehrinhalte der Veranstaltung:
1. Anorganische Molekülchemie
• Reaktionskinetik und Mechanismen in der Koordinationschemie, Substitutionsreaktionen-Elektronentransferreaktionen-Ligandenreaktionen in der Koordinationssphäre von Metallen
• Übergangsmetallorganyle-Darstellung, Struktur, Eigenschaften, Reaktionen und Anwendungen in der Katalyse
• Übergangsmetall-Carben-Komplexe-Darstellung, Struktur und Bindungsverhältnisse, Reaktionen und Anwendungen in der Katalyse
• Übergangsmetall-Olefin-Komplexe-Darstellung, Struktur und Bindungsverhältnisse, Reaktionen und Anwendungen in der Katalyse
• Metallaktivierung und Funktionalisierung industrierelevanter Substrate wie Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff
• Einführung in Elementareaktionen der anorganischen Homogenkatalyse- Oxidative Addition und Reduktive Eliminierung-Einschiebungs- und Eliminierungsreaktionen
• Fortgeschrittene Aspekte der Chemie von Hauptgruppenelement-organylen-Organyle der Borgruppe, Elementorganyle der Kohlenstoff-gruppe, Elementorganyle der Stickstoffgruppe
2. Anorganische Festkörperchemie
• Strukturen und Eigenschaften von Anorganischen Festkörpern
• Strukturargumente, Packungstypen in festen Stoffen, Phasenum-wandlungen, Systematische Ableitung von Strukturen aus den dichtesten Kugelpackungen durch Besetzung von Oktaeder- und Tetraederlücken, Molekülgitter, Ketten-, Schicht- und Raumnetzstrukturen, diamantartige Strukturen
• Legierungen, intermetallische Phasen und intermetallische Verbindungen, Zintl-Phasen und Zintl-Salze. Polykationische und polyanionische Cluster der Hauptgruppenelemente, Wade´sche Regeln
• Niedervalente Übergangsmetallverbindungen: Magnetische Phänomene, Metall-Metall-Bindungen, Metall-Metall-Mehrfachbindungen, Metallcluster, Clusterkondensation, metallreiche Verbindungen, Clusterverknüpfung
• Festkörper als Materialien: Hartstoffe, Edelsteine, Elektronenleiter, Ionenleiter, Ferromagnetika, Ferroelektrika, Giant Magnetoresistance, Halbleiter, Supraleiter, Gläser, Zeolithe
• Die chemische Bindung in Festkörpern mit überwiegend kovalenten Wechselwirkungen: Einführung in die Bandstrukturtheorie, Zustands-dichte, Kristallorbitale
Literatur zur Anorganische Molekül- und Festkörperchemie:
Aktuelle Lehrbücher der Anorganischen Chemie für Fortgeschrittene, wie:
U. Müller, Anorganische Strukturchemie, Teubner
E. Riedel (Hrg.), Moderne Anorganische Chemie, W. de Gruyter
C. Elschenbroich, Organometallchemie, Teubner
J. Huheey, Anorganische Chemie, W. de Gruyter
L. H. Gade, Koordinationschemie, Wiley-VCH
F. A. Cotton, G. Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry, Wiley
Vertiefendes Fortgeschrittenenpraktikum in anorganischer Chemie
Das Praktikum wendet sich an interessierte Studierende nach dem Vordiplom, die bereits mindestens ein Fortgeschrittenen-Praktium erfolgreich absolviert haben. Nach einer kurzen Einarbeitungszeit können eigenständig aktuelle Fragestellungen der anorganischen Molekülchemie (Grundlagen und/oder anwendungsorientierte Forschung) experimentell/theoretisch bearbeitet und wichtige Syntheseverfahren, Labortechniken sowie solche der instrumentellen Analytik erlernt bzw. trainiert werden. Desweiteren besteht die Möglichkeit, im Laufe des Jahres an einer Exkursion teilzunehmen.
Inhalt und Ziele:
Das Vertiefungspraktikum in Anorganischer Chemie ist eine Wahlpflichtveranstaltung des Diplomstudiengangs Chemie und findet 4 Wochen lang, ganztägig, nach Verein- barung statt.
Nach Beendigung der praktischen und theoretischen Arbeiten soll innerhalb von 8 Wochen ein Forschungsbericht vorgelegt werden. Das Praktikum zielt auf das Erlernen moderner Techniken und Analysenmethoden zur Synthese und Charak- terisierung von reaktiven Verbindungen der Anorganischen Molekülchemie ab, und soll die Studierenden vorbereiten, dass sie selbstständig wissenschaftliche Arbeiten durchführen können.
Anforderungen:
Der Leitungsnachweis der Pflichtveranstaltung "Fortgeschrittenen Praktikum in Anorganischer Chemie" ist Voraussetzung für die Durchführung des Praktikums.
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