Quantenchemie, Anorganische und Analytische Chemie

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Die Studierenden erlernen in diesem Modul die Grundlagen der qunatitativen Beschreibung der elektronischen Struktur von Molekülen und werden in die Lage versetzt, die modernen Rechenmethoden der Theoretischen Chemie zu verstehen, kritisch zu bewerten und anzuwenden.

Diese Veranstaltung führt in die quantitativen Rechenmethoden der Quanten-chemie ein. Das Modul folgt einem neu ausgearbeiteten Konzept, welches darauf abzielt, die moderne Quantenchemie als einen chemienahen Wissenschaftszweig darzustellen aber auch die notwendigen Schritte zu einer quantitativ korrekten Behandlung von Molekülen und molekularen Eigenschaften aufzeigt. Dazu werden neben der notwendigen Formelsprache auch chemische Begrifflichkeiten und deren approximative Verbindung zu grundlegenden quantenmechanischen Konzepten im Detail diskutiert. Besonderer Wert wird auf die Unterscheidung zwischen messbaren Größen (Observablen) und qualitativen Konzepten gelegt. Weiterhin soll der Weg von einem physikalischen Modell zu seiner mathematischen Behandlung bis hin zu seiner algorithmischen Umsetzung und seiner konkreten Anwendung deutlich gemacht werden.
Einführung in die quantitative Beschreibung der Elektronenstruktur
• Das Hartree-Fock-Modell
• Diskussion von Gesamtenergien und Elektronendichten
• Diskussion von Orbitalenergien und Orbitalen
Elektronenstruktur von Molekülen anhand des MO-Modells (modellhafte Quantenchemie von Verbindungsklassen)
• Aromatische Moleküle und das Hückel-Modell
• Anorganische Komplexe und die Ligandenfeldtheorie
Einführung in die Theorie von moelkularen Eigenschaften
• Molekulare Eigenschaften als Ableitungen der Gesamtenergie
• Herleitung der Ersten und Zweiten Ableitungen der Hartree-Fock-Energie
• Gekoppelt-Gestörte Hartree-Fock-Gleichungen
• Geometrieoptimierung und Potentialflächen
• Elektrische Eigenschaften: Polarisierbarkeiten
• Magnetische Eigenschaften: NMR-Verschiebungen
Dichtefunktionaltheorie
• Grundlagen der Dichtefunktionaltheorie: Hohenberg-Kohn-Theoreme
• Realisierung der Dichtefunktionaltheorie: Kohn-Sham-Gleichungen
• Praxis der Dichtefunktionaltheorie: Approximative Funktionale
• Anwendung der Dichtefunktionaltheorie in der Chemie

Literatur:
F. Jensen, Introduction to Computational Chemistry, John-Wiley & Sons, 1999
C. Cramer, Essentials of Computational Chemistry, Wiley, 2004

Quelle: Prof. Dr. Stefan Grimme

Anorganische und Analytische Chemie: Quantitative Analyse

Das Modul soll den Studierenden ein umfassendes Verständnis der chemischen Analytik in Theorie und Praxis vermitteln. Die Studierenden sollen die Möglichkeiten und Genauigkeiten der verschiedenen analytischen Verfahren erlernen und die Verfahren in der Praxis selbstständig beherrschen.
Nach einer Einführung in die Prinzipien der quantitativen Analytik und einer allgemeinen Fehlerbetrachtung werden einzelne Themengebiete der klassischen und modernen Bestimmungsmethoden behandelt. Dies geschieht über das Erlernen der klassischen Methoden wie Volumetrie und Atomabsorptions- und -fluoreszenzspektrometrie.


Die Vorlesung ist in vier Abschnitte unterteilt. In jeder Kategorie werden zunächst die Grundlagen der einzelnen Methoden besprochen. Daran schließen sich jeweils ausgewählte Beispiele an. Im ersten Abschnitt werden die gravimetrischen Methoden behandelt, anschließend folgen die volumetrischen Methoden (Titration). Diese unterteilen sich in die Bereiche Fällungstitrationen, Säure-Base-Titrationen, Kompleometrie und Redoxtitrationen. Die elektroanalytischen Methoden bilden mit der Konduktometrie, Potentiometrie und Coulometrie den dritten Abschnitt. Schließlich werden optische Analysenverfahren mit den Themengebieten Atomabsorptionsspektrometrie (AAS), Atomemissionsspektrometrie (AES, OES) und Atomfluoreszenzspektrometrie (AFS) vorgestellt.


• Probengewinnung (Zufallsprobe, Gemischprobe)
• Probenvorbereitung, Probenaufschlussverfahren, Trennverfahren
• Wahl der Bestimmungsmetode
• Interpretationen der Ergebnisse, statistische Grundlagen, Fehlerbetrachtungen, Q-Test, Students-T-Test
• Gravimetrie:Löslichkeit, Ionenprodukt, Löslichkeitsprodukt, fremdioniger/gleichioniger Zusatz, Fällung, Fällungsstrategien, stöchiometrische Berechnungen
• Volumetrie, Maßanalytische Grundbegriffe
• Fällungstitration: Grundlagen, Indikation des Endpunktes, Titrationsverlauf
• Säue-Base-Titration: Titrationsverläufe, Indikatoren, Konditionalkonstante
• Redoxtitrationen: Redoxprozesse, galvanisches Element, NHE, Nernstsche Gleichung, Aktivität, Luthersche REgel, Manganometrie, Iodimetrie, Iodometrie, Bromatometrie, Cerometrie, Dichromatometrie, Ferrometrie, Titanometrie
• Elektroanalytische Methoden: Ladungstransport, Polarisation, Überspannung
• Konduktometrie
• Potentiometrie: Metallelektroden 1., 2. und 3. Art, Bezugselektroden, Redoxelektroden, Membranelektroden, insbesondere Glaselektrode, Ionenleitung
• Coulometrie: Dead-Stop-Verfahren
• Optische Analyseverfahren, Lambert-Beer-Gesetz, Boltzmann-Gesetz
• Atomabsorptionsspektrometrie
• Atomemissionsspektrometrie
• Atomfluoreszenzspektrometrie: Flammenphotometer, Graphitrohr, Hydridtechnik, ICP

Literatur:
U. Kunze/G. Schwedt, Grundlagen der quantitativen Analyse
Jander-Jahr, Maßanalyse
Harris, Lehrbuch der quantitativen Analyse
Skoog/Leary, Instrumentelle Analytik
Quelle: Prof. Dr. Johannes Beck ; Prof. Dr. Robert Glaum ; Dr. Jörg Daniels ;