Vorwort

      Dieses Arbeitsbuch enthält detaillierte Lösungen zu den ungeraden Diskussionsfragen, den Teilaufgaben (a) der leichten Aufgaben, den ungeraden schwereren Aufgaben sowie den ungeraden abschnitts-übergreifenden Aufgaben aus der 6. deutschen Auflage von Atkins – Physikalische Chemie.

       Verwendete Konventionen bei der Darstellung der Lösungen

      Wir haben Verweise auf Gleichungen, Abschnitte, Abbildungen und andere Merkmale des Haupttextes in die Lösungstexte einbezogen. Verweise auf nummerierte Gleichungen innerhalb dieses Arbeitsbuches sind mit einem vorangestellten Buchstaben „G“ gekennzeichnet, z. B. Gl. (G18.1), um sie von den Gleichungen aus dem Lehrbuch mit identischer Nummer eindeutig zu unterscheiden. Andere Merkmale, die sich auf Elemente des Lehrbuchs beziehen, sind – soweit zur Unterscheidung notwendig – mit dem Zusatz „im Lehrbuch“ bzw. „des Lehrbuchs“ versehen.

      Im Allgemeinen werden die Werte der physikalischen Konstanten (im Einband des Lehrbuchs) auf fünf signifikante Stellen genau verwendet, außer in einigen wenigen Fällen, in denen eine höhere Genauigkeit erforderlich ist. Im Einklang mit der Praxis im Haupttext werden Zwischenergebnisse einfach nach drei Stellen abgeschnitten (nicht gerundet), wobei eine solche Abschneidung durch eine Ellipse (Auslassungspunkte) angezeigt wird, wie in 0,123...; der Wert wird in den nachfolgenden Berechnungen mit seiner vollen Genauigkeit verwendet.

      Die Endergebnisse der Berechnungen, die im Allgemeinen fett hervorgehoben sind, werden mit der Genauigkeit angegeben, die durch die bereitgestellten Daten gewährleistet ist. Wir haben bei der Angabe der Einheiten für alle Größen streng darauf geachtet, dass die Einheiten des Endergebnisses sorgfältig nachverfolgt werden können. Die Hervorhebung der Endergebnisse ermöglicht eine schnelle Überprüfung selbst vorgenommener Berechnungen, ohne den Lösungstext im Ganzen danach durchsuchen zu müssen.

      Einige der (schwereren) Aufgaben erfordern entweder den Einsatz einer mathematischen Software oder sind mithilfe einer solchen viel einfacher zu lösen. In solchen Fällen haben wir Mathematica (Wolfram Research, Inc.) verwendet, aber die Leserinnen und Leser können selbstverständlich auch mit anderer Software arbeiten. Einige der Diskussionsfragen beziehen sich direkt auf bestimmte Abschnitte des Haupttextes. In diesem Fall haben wir einfach einen Verweis angegeben, anstatt das Material aus dem Text des Lehrbuchs zu wiederholen.

       Danksagung

      Bei der Erstellung dieses Arbeitsbuchs haben wir uns auf den entsprechenden Band gestützt, der für die 10. englische Auflage von Atkins’ Physical Chemistry von Charles Trapp, Marshall Cady und Carmen Giunta erstellt wurde. Insbesondere die Lösungen, bei denen quantenchemische Berechnungen oder „Molecular Modelling“-Software zum Einsatz kommen, sowie einige der Lösungen zu den Diskussionsfragen wurden ohne wesentliche Änderungen direkt aus dem Lösungsbuch für die 10. englische Auflage übernommen. Generell haben wir von der Möglichkeit profitiert, auf den früheren Band zu verweisen, und danken den Autorinnen und Autoren für deren Arbeit.

      Die englische Originalfassung dieses Arbeitsbuches wurde von den Autoren unter Verwendung des LTEX-Satzsystems in der von MiKTeX (miktex.org) zur Verfügung gestellten Implementierung erstellt; der Großteil der Abbildungen und Diagramme wurde mit PGFPlots erstellt. Wir danken der großen Gemeinschaft Freiwilliger, die diese hervorragenden Ressourcen entwickeln und pflegen.

      Schließlich danken wir dem Lektoratsteam bei Oxford University Press, Jonathan Crowe und Roseanna Levermore, für ihre unschätzbare Unterstützung bei der Fertigstellung dieses Projekts.

      FOKUS 1

      Die Eigenschaften der Gase

      Behandeln Sie alle Gase als ideal, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes verlangt ist. Thermochemische Daten sind für 298,15 K angegeben, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes erwähnt ist.

      Die mit dem Symbol ‡ gekennzeichneten Aufgaben wurden von Charles Trapp und Carmen Giunta beigesteuert.

1.1 Das ideale Gas

      Diskussionsfragen

      D1.1.1 Eine Zustandsgleichung verknüpft die verschiedenen Variablen miteinander, die den Zustand eines Systems definieren. Boyle, Charles und Avogadro konnten nach entsprechenden Experimenten Gleichungen für Gase bei niedrigen Drücken (ideale Gase) herleiten. Boyle bestimmte, wie sich das Volumen mit dem Druck verändert (V ∝ 1 /p), Charles untersuchte den Zusammenhang von Volumen und Temperatur (V ∝ T), und Avogadro gab an, wie sich das Volumen mit der Menge des Gases ändert (V ∝ n). Wenn wir diese Proportionalitäten zu einer einzigen Gleichung zusammenfassen, erhalten wir

      Wenn wir nun eine Proportionalitätskonstante R einführen, gelangen wir zur Zustandsgleichung des idealen Gases:

      Leichte Aufgaben

      L1.1.1a Mithilfe entsprechender Umrechnungsfaktoren können wir den Druck in unterschiedlichen Einheiten angeben. Es gilt: 1 atm = 101,325 kPa = 760 Torr; 1 bar entspricht exakt 10⁵ Pa.

      1 (i) Ein Druck von 108 kPa lässt sich wie folgt in Torr umrechnen:

      2 (ii) Ein Druck von 0,975 bar entspricht 0,975

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