Thermodynamik der Gemische

Andreas Pfennigist Inhaber des Lehrstuhls für Thermische Verfahrenstechnik der RWTH Aachen. Seine Arbeitsgebiete umfassen einerseits thermische Trennverfahren, insbesondere die Flüssig-Flüssig-Extraktion, die Dispersionstrennung und die Rektifikation. Andererseits beschäftigt er sich mit den für die Auslegung der thermischen Trennverfahren benötigten Grundlagen in den Bereichen Thermodynamik und Stofftransport, insbesondere an und über Phasengrenzen. Ziel der Forschung seiner Gruppe ist es, die Brücke zwischen den Größenskalen von Moleküleigenschaften bis hin zum technischen Verfahren zu schlagen.

• 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.