Physikalische Chemie - Interaktive Studienpläne der TU Ilmenau

Das Modul Physikalische Chemie mit der Prüfungsnummer 240267 schließt mit folgenden Leistungen ab:

• schriftliche Prüfungsleistung über 120 Minuten mit einer Wichtung von 70% (Prüfungsnummer: 2400699)
• Studienleistung mit einer Wichtung von 30% (Prüfungsnummer: 2400700)

Details zum Abschluss Teilleistung 1:

Die Prüfungsleistung wird schriftlich in Form einer 90 minütigen Klausur erbracht. In dieser soll nachgewiesen werden, dass in begrenzter Zeit und ohne Hilfsmittel die Prinzipien der physikalischen Chemie wiedergegeben und angewandt werden können.

Details zum Abschluss Teilleistung 2:

Das Praktikum wird während des Semesters abgelegt und abgeschlossen.  Die Bewertung des Praktikums erfolgt anhand der vorgelegten Protokolle. Das Praktikum besteht aus Versuchen mit schriftlichen Versuchsauswertungen und Protokollen.

Prof. Dr. Geitner, Dr. Günther, Prof. Dr. Schober, Dr. Gebinoga

Abschluß der Module "Grundlagen der Chemie", "Anorganische Chemie", "Experimentalphysik", "Grundlagen der Physikalischen Chemie"

Die Studierenden verstehen nach der Vorlesung in den Grundzügenin spezielle physikochemische Themenfelder mit besonderer Relevanz für die biotechnische Chemie. Sie sind mit Aspekten gleichgewichtsferner Systeme, heterogener Systeme und der Anwendung der physikalischen Chemie in ausgewählten Technologiefeldern vertraut. Die Studierenden sind in der Lage physikochemische Probleme in Experimenten und technologischen Fragestellungen zu erkennen und selbstständig Lösungswege zu erarbeiten. Nach dem Praktikum sind die Studierenden fähig, ihr Wissen in  physikochemischen Versuche für Fortgeschrittene anzuwenden. Die Studenten sind fähig, physikochemische Experimente aufzubauen und durchzuführen, ihre Fähigkeiten schließen das Arbeiten mit einfachen mikrofluidischen Experimentanordnungen ein. Sie haben ihre Fertigkeiten in der Durchführung physikochemischer Messungen vertieft, können eine Einschätzung von systematischen und zufälligen Fehlern formulieren und die Bewertung und Interpretation von Messergebnissen vornehmen. 

Das Modul umfasst 2 Vorlesungen, eine zur "Physikalischen Chemie" und eine zur "Biophysik". Zur "Physikalischen Chemie" gibt es eine Übung und ein Praktikum.

Inhalte der Vorlesung, der Übung und des Praktikums "Physikalischen Chemie":

Die Inhalte der "Physikalischen Chemie" schließen an die Vorlesung "Grundlagen der Physiaklischen Chemie" an.

Im ersten Abschnitt lernen die Studierenden die quantenmechanische Beschreibung des freien Teilchens, dem Teilchen im Kasten und im Potentialtopf, dem Tunneleffekt, dem starren Rotator mit raumfester und raumfreier Achse sowie dem harmonischen und anharmischen Oszillator kennen. Darauf aufbauend erfolgt dann die quantenmechanische Beschreibung von Atomorbitalen und die Kombination mehrerer Atomorbitale zu Molekülorbitalen mit Hilfe des "Linear Combination of Atomic Orbitals"-(LCAO)-Ansatzes.

Im zweiten Abschnitt lernen die Studierenden die Licht-Materie-Wechselwirkung und deren physikochemische Beschreibung kennen. Dies umfasst den Hertzschen Dipol, den Schwarzen Strahler und das Plancksche Strahlungsgesetz, den Welle-Teilchen-Dualismus des Lichtes sowie Fermis Goldene Regel und das Übergangsdipolmatrixelement. Darauf folgt dann die Anwendung der physikochemischen Grundlagen zur Herstellung eines Lasers sowie die Anwedung elektromagnetischer Strahlung für spektroskopische Zwecke. Dabei werden die Rotations-, die Schwingungs-, UV/Vis-, Fluoreszenz- und Kernmagnetresonanzspektroskopie grundlegend behandelt.

In der Übung werden die Inhalte durch Beispielaufgaben gefestigt und vertieft.

Im Praktikum werden physikochemische Versuche für Fortgeschrittene durchgeführt. Diese ergänzen den Lehrinhalt der Vorlesung "Physikalische Chemie". Die Studenten erwerben Kompetenzen im Aufbau und der Durchführung physikochemischer Experimente einschließlich des Arbeitens mit einfachen mikrofluidischen Experimentanordnungen.  Sie vertiefen ihre Fertigkeiten in der Durchführung physikochemischer Messungen, in der Einschätzung von systematischen und zufälligen Fehlern und in der Bewertung und Interpretation von Messergebnissen. Die Lehrinhalte betreffen u.a.  die molekulare Spektroskopie, Photochemie, gleichgewichtsferne Prozesse und disperse Systeme.

Am Ende sind die Studierenden in der Lage für die Chemie relevante quantenmechanische Systeme quali- und quantitativ zubeschreiben. Weiterhin sind sie mit den Grundlagen der Licht-Materie-Wechselwirkung vertraut und können physikochemische Fragestellungen in diesem Zusammenhang analysieren und beantworten.

Inhalte der Vorlesung "Biophysik":

- Physik biologischer Systeme und Physikalische Methoden in der Biologie)

- Grundlagen der thermodynamischen Beschreibung von Systemen (Thermodynamische Potentiale und Gleichgewichte)

- Biologische Membranen und Membranbiophysik (Transportprozesse; Diffusion; Redoxprozesse; Ionengleichgewichte; Nernst-Planck-Gleichung; Elektrisch erregbare Membranen)

- Photobiophysik und Biophotonik (Fluoreszenz als Messmethode in den Life-Sciences; verschiedene Verfahren der Fluoreszenzmessung)

- Theoretische Biophysik (Kybernetik, Systemtheorie und Modellbildung)

Tafel, Beamer, Übungsserien, Webseite

G. Wedler und H.-J. Freund: Lehr- und Arbeitsbuch der Physikalischen Chemie, 2022, 7. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, ISBN: 978-3-527-34611-0
P. W. Atkins et al.: Physikalische Chemie, 2022, 6. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, ISBN: 978-3-527-34552-6

Adam, Läuger, Stark "Physikalische Chemie und Biophysik", 5. Auflage, Springer Verlag
R. Cotterill "Biophysics - An Introduction" J. Wiley & Sons, 2002