CH4104 Basic Principles of Physical Chemistry
This module description contains descriptions of the content, learning outcomes, teaching and learning methods, and types of examination, as well as references to the current course offerings and dates for the module examination, each in the respective sections.
Choose a module version:CH4104 is a semester module in German at Bachelor’s level offered in summer semester.
The module is part of the following catalogs.
- Mandatory Modules B.Sc. Chemical Engineering
- Mandatory Modules Part 1 (Fundamentals and Orientation Examination) B.Sc. Chemistry
- Fundamentals and Orientation Examination (Mandatory Modules Part 1) B.Sc. Food Chemistry
- Mandatory Modules B.Sc. Chemical Engineering
Unless a different student workload has been specified when exporting to a non-degree program, the scope is as shown in the following table.
| Total expense | On-campus course | Scope (ECTS) |
|---|---|---|
| 150 h | 60 h | 5 CP |
Content responsible for the module CH4104 in version 2025s is Gasteiger, Hubert.
Contents, learning outcomes and prerequisites
Das Modul umfasst die Kapitel 1-6 des Lehrbuchs "Physikalische Chemie" (P.W. Atkins und J. de Paula, 5. Auflage, Wiley-VCH). Dies beinhaltet:
1) Zustandsgleichungen für ideale und reale Gase (intermolekulare Wechselwirkungen, van der Waals Gleichung und Virialentwicklung) und Prinzip der korrespondierenden Zustände;
2) Kinetische Gastheorie, spezifische Wärme, Translations-, Rotations- und Schwingungsfreiheitsgrade, Boltzmann- und Maxwellverteilung (inkl. statistische Grundüberlegungen);
3) Erster Hauptsatz: Innere Energie und Enthalpie als Zustandsfunktionen (vollständiges Differential und Wegunabhängigkeit), isotherme und adiabatische Prozesse, Joule-Thomson Effekt (Inversionstemperatur), Satz von Hess, Kirchoff'scher Satz, Haber-Born Zyklus;
4) Zweiter Hauptsatz: reversible und irreversible Prozesse, Carnot Zyklus, Entropie (thermodynamisch und statistisch), Dritter Haupsatz, Phasenübergang und Trouton'sche Regel, Wirkungsgrad, Wärmepumpe, Freie Energie/Freie Enthalpie (maximale Arbeit), Gibbs'sche Fundamentalgleichungen, Maxwell'sche Gleichungen;
5) Gleichgewicht: partielle molare Größen, chemisches Potential, Henry'sches und Raoult'sches Gesetz, Massenwirkungsgesetz, thermodynamische und andere Gleichgewichtskonstanten, Druckabhängigkeit, Le Chatelier, van't Hoff Gleichung, Gibbs-Helmholtz Gleichung, Fugazität und Aktivität.
6) Grundelemente der Elektrochemie: Elektrochemisches Potential, Nernstgleichung, Redoxreaktionen und Gleichgewicht an Elektroden (Halbzellen), galvanischen- und elektrolytischen Zellen.
1) Zustandsgleichungen für ideale und reale Gase (intermolekulare Wechselwirkungen, van der Waals Gleichung und Virialentwicklung) und Prinzip der korrespondierenden Zustände;
2) Kinetische Gastheorie, spezifische Wärme, Translations-, Rotations- und Schwingungsfreiheitsgrade, Boltzmann- und Maxwellverteilung (inkl. statistische Grundüberlegungen);
3) Erster Hauptsatz: Innere Energie und Enthalpie als Zustandsfunktionen (vollständiges Differential und Wegunabhängigkeit), isotherme und adiabatische Prozesse, Joule-Thomson Effekt (Inversionstemperatur), Satz von Hess, Kirchoff'scher Satz, Haber-Born Zyklus;
4) Zweiter Hauptsatz: reversible und irreversible Prozesse, Carnot Zyklus, Entropie (thermodynamisch und statistisch), Dritter Haupsatz, Phasenübergang und Trouton'sche Regel, Wirkungsgrad, Wärmepumpe, Freie Energie/Freie Enthalpie (maximale Arbeit), Gibbs'sche Fundamentalgleichungen, Maxwell'sche Gleichungen;
5) Gleichgewicht: partielle molare Größen, chemisches Potential, Henry'sches und Raoult'sches Gesetz, Massenwirkungsgesetz, thermodynamische und andere Gleichgewichtskonstanten, Druckabhängigkeit, Le Chatelier, van't Hoff Gleichung, Gibbs-Helmholtz Gleichung, Fugazität und Aktivität.
6) Grundelemente der Elektrochemie: Elektrochemisches Potential, Nernstgleichung, Redoxreaktionen und Gleichgewicht an Elektroden (Halbzellen), galvanischen- und elektrolytischen Zellen.
Nach der Teilnahme am Modul "Grundlagen der physikalischen Chemie" sind die Studierenden in der Lage:
1) den statistischen Charakter der Thermodynamik wiederzuerkennen und sich an den Gibbs'schen Formalismus zu erinnern;
2) die Bedeutung der Zustandsfunktionen und deren Funktion in der Thermochemie und beim Gleichgewicht zu verstehen und zu erklären;
3) die erarbeiteten Gleichungen auf konkrete Probleme der Thermodynamik anzuwenden und zu lösen;
4) Standardphänomene aus der Thermodynamik formal zu analysieren und sie mikroskopisch zu deuten.
1) den statistischen Charakter der Thermodynamik wiederzuerkennen und sich an den Gibbs'schen Formalismus zu erinnern;
2) die Bedeutung der Zustandsfunktionen und deren Funktion in der Thermochemie und beim Gleichgewicht zu verstehen und zu erklären;
3) die erarbeiteten Gleichungen auf konkrete Probleme der Thermodynamik anzuwenden und zu lösen;
4) Standardphänomene aus der Thermodynamik formal zu analysieren und sie mikroskopisch zu deuten.
- für Studierende der Chemie/Lebensmittelchemie: "Mathematische Methoden der Chemie 1" und "Experimentalphysik 1".
- für Studierende anderer Studiengänge: Sehr gute Grundlagen in Mathematik und Physik von Vorteil!
- für Studierende anderer Studiengänge: Sehr gute Grundlagen in Mathematik und Physik von Vorteil!
Courses, learning and teaching methods and literature references
Courses for the summer semester 2025
| Course name | Event form | Course dates | Hours per week |
|---|---|---|---|
| Basic Principles of Physical Chemistry (CH4104) | lecture | 3 h | |
| Basic Principles of Physical Chemistry, Exercise (CH4104) | exercise | 1 h |
Das Modul besteht aus einer Vorlesung (3 SWS) und einer begleitenden Übung (1 SWS). Die Inhalte der Vorlesung werden im Vortrag und durch Präsentationen vermittelt, wobei der Zusammenhang zwischen formalem Werkzeug, mikroskopischer Vorstellung und phänomenologischer Erscheinungsvielfalt herausgearbeitet wird. Zum Vorlesungsstoff werden wöchentlich Übungsblätter mit exemplarischen Problemen zum selbständigen Lösen herausgegeben. In der Zentralübung wird die Lösungsfindung der Aufgaben im engen Bezug zur Vorlesung diskutiert und im Detail vorgerechnet und ausführlich kommentiert. Darüber hinaus wird im Rahmen eines freiwilligen Tutoriums das Aufgabenrechnen in kleineren Gruppen intensiv geübt. Ausführliche Musterlösungen können im Netz abgerufen werden und enthalten:
1) eine Skizze des Lösungswegs;
2) eine komplette Lösung mit allen Rechenschritten und Hinweisen zu typischen Fehlern;
3) weiterführendes Infomaterial, das zum Eigenstudium anregen soll.
1) eine Skizze des Lösungswegs;
2) eine komplette Lösung mit allen Rechenschritten und Hinweisen zu typischen Fehlern;
3) weiterführendes Infomaterial, das zum Eigenstudium anregen soll.
Die in der Vorlesung verwendeten Medien setzen sich aus Präsentationen und Tafelanschriften zusammen, um den Studierenden Kenntnisse in der Chemischen Thermodynamik zu vermitteln. Die wöchentlichen Übungsblätter dienen zur Anwendung der erarbeiteten Konzepte und zur Vertiefung der erlernten Kenntnisse. Die Studierenden sollen zum Studium der Literatur und der inhaltlichen Auseinandersetzung mit aktuellen Forschungsthemen angeregt werden.
Lehrbücher begleitend zur Vorlesung sind:
P.W. Atkins und Julio de Paula, "Physikalische Chemie", 5. Auflage, Wiley-VCH (2013);
P.W. Atkins, C.A. Trapp, M.P. Cady, P. Marshall, C. Giunta, "Arbeitsbuch Pysikalische Chemie", Wiley-VCH (2007);
G. Wedler, "Lehrbuch der Physikalischen Chemie", 5. Auflage, Willey-VCH (2004).
P.W. Atkins und Julio de Paula, "Physikalische Chemie", 5. Auflage, Wiley-VCH (2013);
P.W. Atkins, C.A. Trapp, M.P. Cady, P. Marshall, C. Giunta, "Arbeitsbuch Pysikalische Chemie", Wiley-VCH (2007);
G. Wedler, "Lehrbuch der Physikalischen Chemie", 5. Auflage, Willey-VCH (2004).
Module exam
Die Modulprüfung besteht aus einer 90-minütigen Klausur, in welcher die Studierenden thermodynamische Prozesse rechnerisch, sowie in Worten darlegen sollen. Die Antworten erfordern teils eigene Berechnungen, Darstellung und/oder Interpretation von Diagrammen und Formulierungen, teils Ankreuzen von vorgegebenen Mehrfachantworten. Zu den erlaubten Hilfsmitteln während der Klausur zählen ein nicht-programmierbarer Taschenrechner, ein Wörterbuch sowie eine einheitliche Formelsammlung, welche den Studierenden von den Prüfenden gestellt wird. Die Formelsammlung ist, zusammen mit dem Vorlesungsskript, Übungsaufgaben und einer Übungsklausur, dem semesteraktuellen Moodle-Kurs zu entnehmen. Zugriff auf diesen wird durch die Anmeldung zur Vorlesungsveranstaltung des entsprechenden Semesters erlangt.
A repeat option is provided at the end of the semester.
Changing the Module Description
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