Vorlesungsankündigung

Einführung in die Physikalische Chemie(Wintersemester 2013/14)

für Studierende des Bachelorstudienganges Chemie

Prof. Dr. Knut AsmisWilhelm-Ostwald-Institut für Physikalische und Theoretische Chemie

Universität Leipzig und

Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin

Modul: 13-11-0411-N Ort: Hörsaal 4, Wilhelm-Ostwald-Institut, Linnéstrasse 2Beginn: Montag, 14.10.2013Zeit: Vorlesung: Montag 13:30 – 15:00 Uhr und

Mittwoch 10:15 – 11:45 UhrSeminar: nach Vereinbarung Klausur: voraussichtlich Mittwoch, 5.2.2014, 10:15 – 11:45 Uhr (Änderung)Nachklausur: nach Vereinbarung

Kontakt Büro 417 im TA Gebäude, Linnestr. 3

Tel: +49-(0)341-235-???knut.asmis@uni-leipzig.de

Sprechzeiten: nach Vereinbarung (e-mail)

Vorabinformation

Vorlesungsunterlagen

- Es gibt kein Skript

- Der Vorlesungsinhalt ist maßgeschneidert und folgt keinem einzelnen

Lehrbuch!

- Schreiben Sie mit, vorzugsweise per Hand und farbig!

- Powerpoint-Datei jeder Vorlesung normalerweise am folgenden Tag unter

http://www.fhi-berlin.mpg.de/~asmis/teaching.htm

- PP-Datei enthält hauptsächlich Bilder und Zusatzmaterial (kein

Skriptersatz!)

Lehrbücher

- Physikalische Chemie, Atkins & de Paula, Wiley VCH, 5. Auflage (2013)

- Lehrbuch der Physikalischen Chemie, Wedler & Freund, Wiley-VCH, 6. Aufl.

(2012)

- Kurzlehrbuch Physikal. Chemie, Atkins & de Paula, Wiley VCH, 4. Aufl. (2008)

- Elements of Physical Chemistry, Atkins & de Paula, Oxford, 6. Aufl. (2013)

- Chemie, Mortimer & Müller, Thieme, 10. Aufl. (2010)

Vorabinformation

Seminar

- Termin nach Absprache

- 45 Minuten zur Besprechung der Vorlesung und der Übungen

- Teilnahme ist beste Voraussetzung für eine erfolgreiche Klausur

Klausur (Prüfungsvorleistung)

- voraussichtlich Mittwoch, 5.2.2014, 10:15 – 11:45 Uhr (Änderung)

- 50% gilt als bestanden

-Voraussetzung für mündliche Prüfung nach dem 2. Semester und somit für

die Teilnahme am Praktikum in Physikalischer Chemie im 3. Semester

- keine Kofferklausur! (keine eigenen Unterlagen)

Ländervergleich 2012

4https://www.iqb.hu-berlin.de/laendervergleich/lv2012/

Chemie Nobelpreis 2013

5

Arieh WarshelUniversity of Southern

CaliforniaTheoretische Chemiker

 Michael LevittStanford University

Biophysiker

 Martin Karplus Université de

Strasbourg, & Harvard University

theoretischer Chemiker

"for the development of multiscale models for complex chemical systems"

“für Physikalische

Chemie!"

Hybrid Molekulardynamik-Simulationen

6

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2013/popular-chemistryprize2013.pdf

Man arbeitet auf verschiedenen Größenskalen mit unterschiedlichen Methoden. Das komplette Molekül außenherum kann man mit wenig rechenaufwändiger klassischer Physik beschreiben, und im aktiven Zentrum, wo sich die eigentliche Reaktion abspielt, passt man die dynamische Quantensimulation ein.

Das Problem: - Kraftfeldmethoden (klassisch) berechnen Gleichgewichtsstrukturen (keine Dynamik)- Dynamische Modelle brauchen die Quantenmechanik (zu aufwendig für göße Systeme)

Die Lösung:-klassische Modelle fürs Grobe und quantenmechanische Modelle fürs Detail- Quantenmechanik + (klassische) Molekülmechanik = QM/MM-Methoden

ein Enzym

Ein Enzym in Aktion

7

Ein Enzym in Aktion

http://www.spektrum.de/alias/nobelpreise/chemie-nobelpreis-2013-form-und-funktion-im-computer-simuliert/1209911

Derart präzise Darstellungen von Reaktionsmechanismen sind erst dank den Arbeiten von Karplus, Warshel und Levitt möglich. Hier sieht man die

Acetylcholinesterase in Aktion, das Zielmolekül des Nervengiftes Sarin.

Gleichgewichtsstruktur eines Enzyms

Acetylcholinesterase (Enzym, wichtig für Signalübertragung durch Nervenzellen) baut den Neurotransmitter Acetylcholin (zu Essigsäure und Cholin) ab. Hemmung des Enzyms führt zur Reizüberflutung.

Klassische Mechanik + Quantenmechanik?

8

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2013/popular-chemistryprize2013.pdf

9

-Molekulardynamik-Simulationen von biologischen Prozesse

- z.B. erster Schritt des Sehprozesses

-Absorption von Licht führt zur Geometrieänderung in Retinal

- Auslösung des Sehprozesses

Kapitel 1: Einführung

Literatur

Wedler: Einführung (S. XXIII-XXIX)

großer Atkins: Grundlagen (S. 1-15)

kleiner Atkins: Kapitel 0 und Anhang 1+3

1 Grundlagen

1.1 Was ist Physikalischen Chemie

1.2 Einheiten

1.3 Zeit- und Längenskalen

1.4 Aggregatzustände

1.5 Masse und Stoffmenge

1.6 Geschwindigkeit, Impuls und Beschleunigung

1.7 Kraft, Arbeit, Energie

1.8 Volumen, Druck und Temperatur

Kurzgeschichte der Physikalischen Chemie

11

- 1752 Lomonosov erfindet den Begriff “Physikalische Chemie”

- 1859 Bunsen und Kirchhoff entwickeln die Spektralanalyse

- 1867 Gibbs "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances"

- 1871 Gustav Wiedemann erster deutscher Lehrstuhl für Physikalische Chemie

(Leipzig)

Mikhail Lomonosov1711-1765

russ. Wissenschaftler„Physikalische Chemie“

Josiah Willard Gibbs 1839-1903

amerik. Physiker Freie Energie

chemisches PotentialPhasenregel

Robert Boyle 1626-1691

engl. Naturforscher Gesetz von Boyle-Mariotte

Elementbegriff

Robert W. Bunsen1811-1899

SpektralanalyseBunsen-Gesellschaft (1894)

Begründer der Physikalischen Chemie

12

Wilhelm Ostwald1839-1903

Nobelpreis 1909Katalyse

VerdünnungsgesetzDissoziation

Svante Arrhenius1859-1927

Nobelpreis 1903 elektrolytische Dissoziation

Reaktionskinetik

Jacobus van ’t Hoff1852–1911

Nobelpreis 1901chemischen Dynamik

osmotischer Druck

Walther Nernst1864–1941

Nobelpreis 1920Thermo- und

Elektrochemie3. Hauptsatz der TD

- 1887 Neubesetzung des Lehrstuhls mit Wilhelm Ostwald

- 1887 Zeitschrift für physikalische Chemie, Stöchiometrie und Verwandtschaftslehre

- seit 1890 eigenständiges Lehrfach an Hochschulen

Kapitel 1: Stichworte

Physikalische Chemie,

Arrhenius, van‘t Hoff, Ostwald, Nernst

SI-Einheiten, abgeleitete Einheiten, SI-Präfixe

Aggregatzustände

Masse, Stoffmenge, Teilchenzahl, Avogadro Konstante, Molmasse