Der vorliegende Text wurde für Studierende biowissenschaftlicher Fächer in den Anfangssemestern konzipiert, eignet sich aber auch für Schüler in Biologie- und Chemie-Leistungskursen. Er soll Leser ohne detaillierte Vorkenntnisse in die Physikalische Chemie einführen und auf die Lektüre umfangreicherer und schwierigerer Lehrbücher und wissenschaftlicher Veröffentlichungen auf diesem Gebiet vorbereiten. Die Darstellung konzentriert sich auf die Bereiche der Physikalischen Chemie, die für Biowissenschaftler von besonderem Interesse sind (Gase, Lösungen, chemisches Gleichgewicht, Thermodynamik,…mehr
Der vorliegende Text wurde für Studierende biowissenschaftlicher Fächer in den Anfangssemestern konzipiert, eignet sich aber auch für Schüler in Biologie- und Chemie-Leistungskursen. Er soll Leser ohne detaillierte Vorkenntnisse in die Physikalische Chemie einführen und auf die Lektüre umfangreicherer und schwierigerer Lehrbücher und wissenschaftlicher Veröffentlichungen auf diesem Gebiet vorbereiten. Die Darstellung konzentriert sich auf die Bereiche der Physikalischen Chemie, die für Biowissenschaftler von besonderem Interesse sind (Gase, Lösungen, chemisches Gleichgewicht, Thermodynamik, allgemeine Reaktionskinetik, Enzymkinetik, Elektrochemie und Membrantransport). Dabei wird besonderer Wert auf eine sorgfältige Herleitung und Erklärung wichtiger quantitativer Beziehungen gelegt. Zahlreiche numerische Beispiele verdeutlichen die Verwendung der physikalisch-chemischen Gleichungen. Der Anhang enthält u.a. eine kurze Erläuterung der mathematischen Zusammenhänge, die ein tieferesVerständnis der wichtigsten Teilbereiche fördern können.
1 Die Stoffmenge.- 1.1 Stoffmengenbezogene Größen und ihre Verknüpfungen.- 1.2 Die Bestimmung der Avogadro'sehen Konstanten.- 2 Gase.- 2.1 Die Gesetze eines idealen Gases.- 2.2 Gemische idealer Gase.- 2.3 Grundlagen der kinetischen Gastheorie.- 2.4 Reale Gase.- 2.5 Die manometrische Messung des Gasstoffwechsels.- 3 Lösungen.- 3.1 Das Phasendiagramm des Wassers.- 3.2 Das Raoult'sche und das Henry'sche Gesetz.- 3.3 Gefrierpunkterniedrigung und Siedepunkterhöhung einer Lösung.- 3.4 Die Osmose und der osmotische Druck.- 3.5 Aktivität und Ionenstärke.- 4 Das chemische Gleichgewicht.- 4.1 Gleichgewichte in homogener Phase.- 4.2 Löslichkeitsgieichgewichte von Salzen.- 5 Protonentransfer-Reaktionen.- 5.1 Protolyse von Säuren, Basen und Salzen.- 5.2 Anwendungen: Titrationen, Indikatoren und Puffer.- 5.3 Protonentransfer bei Aminosäuren und Proteinen.- 6 Der Erste Hauptsatz der Thermodynamik.- 6.1 Einige Definitionen und Grundbegriffe.- 6.2 Isotherme Expansion und Kompression eines idealen Gases Reversibilität und Irreversibilität.- 6.3 Die Enthalpie.- 6.4 Die Wärmekapazität.- 6.5 Kalorimetrie.- 6.6 Adiabatische Expansion und Kompression eines idealen Gases.- 7 Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik.- 7.1 Der Carnot'sehe Kreisprozeß.- 7.2 Die Entropie.- 7.3 Entropieänderungen bei reversiblen und irreversiblen Vorgängen.- 7.4 Entropie und Lebensvorgänge.- 8 Der Dritte Hauptsatz der Thermodynamik.- 8.1 Der Zusammenhang zwischen Temperatur und Entropie.- 8.2 Absolute Entropie und Reaktionsentropie.- 9 Die Thermodynamik des Gleichgewichtszustands.- 9.1 Die Gibbs-Energie.- 9.2 Die Thermodynamik des chemischen Gleichgewichts.- 9.3 Die Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten.- 9.4 Die Thermodynamik des osmotischen Gleichgewichts.- 9.5 Dieenergetische Kopplung bei biochemischen Reaktionen.- 10 Allgemeine Reaktionskinetik.- 10.1 Grundlegende Zusammenhänge.- 10.2 Die kinetischen Gleichungen.- 10.3 Die Aktivierungsenergie.- 11 Die Kinetik enzymkatalysierter Reaktionen.- 11.1 Die photometrische Messung in der Enzymkinetik.- 11.2 Der theoretische Ansatz in der Enzymkinetik.- 11.3 Lineare Transformationen der Michaelis-Menten-Gleichung.- 11.4 Die Bestimmung von KM und vmax.- 11.5 Enzym-Hemmungen.- 11.6 Die Bestimmung der Inhibitor-Konstanten.- 12 Potentialbildende chemische Vorgänge und Elektronentransfer.- 12.1 Elektrochemische Zellen.- 12.2 Das Standardpotential und die elektrochemische Spannungsreihe.- 12.3 Energetik des Elektronentransfers.- 12.4 Die Nernst'sche Gleichung.- 12.5 Die Silberchlorid- und die Kalomel-Elektrode.- 12.6 Die Glaselektrode und die Einstab-Meßkette.- 12.7 Potentiometrische Bestimmungsmethoden.- 12.8 Biologischer Elektronentransfer.- 13 Die Elektrolyse.- 13.1 Zersetzungs- und Überspannung.- 13.2 Elektrolytische Reaktionen an den Elektroden.- 13.3 Die Faraday-Gesetze.- 13.4 Die Elementarladung und die Faraday-Konstante.- 14 Die Leitfähigkeit von Elektrolyt-Lösungen.- 14.1 Theoretische Grundlagen.- 14.2 Die Messung der Ionenbeweglichkeit und der spezifischen Leitfähigkeit.- 14.3 Die Leitfähigkeit starker und schwacher Elektrolyte.- 14.4 Die konduktometrische Bestimmung des Löslichkeitsprodukts.- 15 Transportvorgänge durch Biomembranen.- 15.1 Passiver und aktiver Transport.- 15.2 Das Donnan-Gleichgewicht.- 15.3 Ionentransportvorgänge durch Nervenzellmembranen.- 15.4 Protonengradienten über Biomembranen und ATP-Bildung.- A 1 Mathematische Hinweise.- A 2 Physikalische Konstanten und Größen.- A 3 Physikalisch-chemisches Zahlenmaterial.- A 4 Biographische undwissenschaftshistorische Angaben.- Literatur.- Quellenangaben.
1 Die Stoffmenge.- 1.1 Stoffmengenbezogene Größen und ihre Verknüpfungen.- 1.2 Die Bestimmung der Avogadro'sehen Konstanten.- 2 Gase.- 2.1 Die Gesetze eines idealen Gases.- 2.2 Gemische idealer Gase.- 2.3 Grundlagen der kinetischen Gastheorie.- 2.4 Reale Gase.- 2.5 Die manometrische Messung des Gasstoffwechsels.- 3 Lösungen.- 3.1 Das Phasendiagramm des Wassers.- 3.2 Das Raoult'sche und das Henry'sche Gesetz.- 3.3 Gefrierpunkterniedrigung und Siedepunkterhöhung einer Lösung.- 3.4 Die Osmose und der osmotische Druck.- 3.5 Aktivität und Ionenstärke.- 4 Das chemische Gleichgewicht.- 4.1 Gleichgewichte in homogener Phase.- 4.2 Löslichkeitsgieichgewichte von Salzen.- 5 Protonentransfer-Reaktionen.- 5.1 Protolyse von Säuren, Basen und Salzen.- 5.2 Anwendungen: Titrationen, Indikatoren und Puffer.- 5.3 Protonentransfer bei Aminosäuren und Proteinen.- 6 Der Erste Hauptsatz der Thermodynamik.- 6.1 Einige Definitionen und Grundbegriffe.- 6.2 Isotherme Expansion und Kompression eines idealen Gases Reversibilität und Irreversibilität.- 6.3 Die Enthalpie.- 6.4 Die Wärmekapazität.- 6.5 Kalorimetrie.- 6.6 Adiabatische Expansion und Kompression eines idealen Gases.- 7 Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik.- 7.1 Der Carnot'sehe Kreisprozeß.- 7.2 Die Entropie.- 7.3 Entropieänderungen bei reversiblen und irreversiblen Vorgängen.- 7.4 Entropie und Lebensvorgänge.- 8 Der Dritte Hauptsatz der Thermodynamik.- 8.1 Der Zusammenhang zwischen Temperatur und Entropie.- 8.2 Absolute Entropie und Reaktionsentropie.- 9 Die Thermodynamik des Gleichgewichtszustands.- 9.1 Die Gibbs-Energie.- 9.2 Die Thermodynamik des chemischen Gleichgewichts.- 9.3 Die Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten.- 9.4 Die Thermodynamik des osmotischen Gleichgewichts.- 9.5 Dieenergetische Kopplung bei biochemischen Reaktionen.- 10 Allgemeine Reaktionskinetik.- 10.1 Grundlegende Zusammenhänge.- 10.2 Die kinetischen Gleichungen.- 10.3 Die Aktivierungsenergie.- 11 Die Kinetik enzymkatalysierter Reaktionen.- 11.1 Die photometrische Messung in der Enzymkinetik.- 11.2 Der theoretische Ansatz in der Enzymkinetik.- 11.3 Lineare Transformationen der Michaelis-Menten-Gleichung.- 11.4 Die Bestimmung von KM und vmax.- 11.5 Enzym-Hemmungen.- 11.6 Die Bestimmung der Inhibitor-Konstanten.- 12 Potentialbildende chemische Vorgänge und Elektronentransfer.- 12.1 Elektrochemische Zellen.- 12.2 Das Standardpotential und die elektrochemische Spannungsreihe.- 12.3 Energetik des Elektronentransfers.- 12.4 Die Nernst'sche Gleichung.- 12.5 Die Silberchlorid- und die Kalomel-Elektrode.- 12.6 Die Glaselektrode und die Einstab-Meßkette.- 12.7 Potentiometrische Bestimmungsmethoden.- 12.8 Biologischer Elektronentransfer.- 13 Die Elektrolyse.- 13.1 Zersetzungs- und Überspannung.- 13.2 Elektrolytische Reaktionen an den Elektroden.- 13.3 Die Faraday-Gesetze.- 13.4 Die Elementarladung und die Faraday-Konstante.- 14 Die Leitfähigkeit von Elektrolyt-Lösungen.- 14.1 Theoretische Grundlagen.- 14.2 Die Messung der Ionenbeweglichkeit und der spezifischen Leitfähigkeit.- 14.3 Die Leitfähigkeit starker und schwacher Elektrolyte.- 14.4 Die konduktometrische Bestimmung des Löslichkeitsprodukts.- 15 Transportvorgänge durch Biomembranen.- 15.1 Passiver und aktiver Transport.- 15.2 Das Donnan-Gleichgewicht.- 15.3 Ionentransportvorgänge durch Nervenzellmembranen.- 15.4 Protonengradienten über Biomembranen und ATP-Bildung.- A 1 Mathematische Hinweise.- A 2 Physikalische Konstanten und Größen.- A 3 Physikalisch-chemisches Zahlenmaterial.- A 4 Biographische undwissenschaftshistorische Angaben.- Literatur.- Quellenangaben.
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