Thermodynamik der Gemische
In diesem Lehrbuch werden die Grundlagen der Gemisch-Thermodynamik vorgestellt, wie sie der Verfahrensingenieur und andere Ingenieurdisziplinen heute verwenden. Neben der schrittweisen und konsequenten Herleitung der mathematischen Beziehungen zwischen thermodynamischen Größen, die das Grundgerüst der Thermodynamik bilden, werden als Materialgleichungen sowohl Zustandsgleichungen als auch GE-Modelle vorgestellt. Besonderer Wert wird dabei auf eine fundamentale Darstellung der Bezugszustände und ihre sinnvolle Wahl gelegt. Den Modellen werden Experiment und reales Stoffverhalten gegenübergestellt, insbesondere werden auch einfache molekulare Konzepte diskutiert, die eine qualitative Einordnung des Gemischverhaltens ermöglichen. Dabei werden Elektrolyte und Polymere mit berücksichtigt. Kapitel zu Messmethoden, Phasengrenzen und chemischen Reaktionen runden das Buch ab.
Das Buch wendet sich an Studenten der Verfahrenstechnik und der Physikalischen Chemie ebenso wie an andere Ingenieure, die ein solides thermodynamisches Rüstzeug für die Charakterisierung von Gemischen benötigen. Durch den konsequenten Aufbau eignet sich das Buch auch zum Selbststudium. Beispielhafte Aufgaben mit skizzierten Lösungen im Anhang unterstützen das Erarbeiten des Stoffs. Eine Formelsammlung als schnelle Referenz für Anwender vervollständigt die , Thermodynamik der Gemische'.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung. - 2 Das pVT-Verhalten reiner Stoffe. - 2. 1 Das System. - 2. 2 Grafische Darstellung des pVT-Verhaltens. - 2. 3 Das ideale Gas. - 2. 4 Die Virialgleichung. - 2. 5 Die Van-der-Waals-Gleichung. - 2. 6 Das Korrespondenzprinzip. - 2. 7 Zusammenfassung. - 2. 8 Aufgaben. - 3 Grundlegende Beziehungen der Gemisch-Thermodynamik. - 3. 1 Zustandsänderungen im offenen System. - 3. 2 U, A, H und G als Fundamentalgleichungen. - 3. 3 Differentielle Beziehungen zwischen den Zustandsgrößen. - 3. 4 Gleichgewichte zwischen koexistierenden Phasen. - 3. 5 Phasengleichgewichte von reinen Stoffen. - 3. 6 Alternative Formulierungen für das Gleichgewicht. - 3. 7 Stabilität. - 3. 8 Zusammenfassung. - 3. 9 Aufgaben. - 4 Zustandsgleichungen. - 4. 1 Die Fundamentalgleichung A(T, V, xi). - 4. 2 Modellgleichungen für Gemische. - 4. 3 Zum Lösen nicht-kubischer Zustandsgleichungen. - 4. 4 Diskussion. - 4. 5 Zusammenfassung. - 4. 6 Aufgaben. - 5 GE-Modelle. - 5. 1 Partielle molare Größen. - 5. 2 Die Schritte in Abb. 5. 1. - 5. 3 Phasengleichgewichte mit G(T, p, xi). - 5. 4 Modellgleichungen zur Beschreibung von GE. - 5. 5 Algorithmen zur Berechnung von Phasengleichgewichten. - 5. 6 Vergleich zwischen Zustandsgleichungen und GE-Modellen. - 5. 7 Zusammenfassung. - 5. 8 Aufgaben. - 6 Die Messung thermodynamischer Größen. - 6. 1 Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichte. - 6. 2 Konsistenztest. - 6. 3 Flüssig-Flüssig-Gleichgewichte. - 6. 4 Mischungsenthalpien. - 6. 5 pVT-Verhalten. - 6. 6 Zusammenfassung. - 6. 7 Aufgaben. - 7 Thermodynamisches Verhalten von Gemischen. - 7. 1 Darstellung der Phasengleichgewichte von Mehrkomponentensystemen. - 7. 2 Makroskopische Auswirkungen molekularer Wechselwirkungen. - 7. 3 Polymere. - 7. 4 Elektrolyte. - 7. 5 Zusammenfassung. - 7. 6 Aufgaben. - 8 Phasengrenzen. - 8. 1 Grenzflächenspannung. - 8. 2 Benetzung. - 8. 3 Thermodynamik der Phasengrenze. - 8. 4 Elektrostatische Eigenschaften einer Phasengrenze. - 8. 5 Wechselwirkung zwischen Phasen und Phasengrenzen. - 8. 6 Adsorption an Phasengrenzen. - 8. 7 Zusammenfassung. - 8. 8 Aufgaben. - 9 Chemische Reaktionen. - 9. 1 Das chemische Gleichgewicht. - 9. 2 Gibbs sche Phasenregel. - 9. 3 Chemisches Gleichgewicht realer Komponenten. - 9. 4 Chemisches Gleichgewicht idealer Gase. - 9. 5 p- und T-Abhängigkeit des Gleichgewichts. - 9. 6 Gesetz der konstanten Energiesummen. - 9. 7 Heterogene Reaktionen. - 9. 8 Simultane Reaktionen. - 9. 9 Kinetik chemischer Reaktionen. - 9. 10 Zusammenfassung. - 9. 11 Aufgaben. - A Konzentrationsmaße zur Beschreibung der Gemisch-Zusammensetzung. - B Differentiale: Grundlagen und Rechenregeln. - C Der Euler sche Satz über homogene Funktionen. - E Lösungen zu den Übungen. - F Zusammenstellung der wichtigsten Formeln. - F. 1 Grundlagen. - F. 2 Realanteile. - F. 3 Partiell molare Größen. - F. 4 Mischungsgrößen. - F. 5 Exzessgrößen. - F. 6 Zustandsgleichungen. - F. 7 Fugazität. - F. 8 Aktivität. - F. 9 Elektrolyte. - F. 10 Phasengleichgewichte. - F. 11 Chemische Reaktionen.
