12186 - Prozesse an Grenzflächen Modulübersicht

Modulnummer: 12186
Modultitel:Prozesse an Grenzflächen
  Interface Phenomena
Einrichtung: Fakultät 2 - Umwelt und Naturwissenschaften
Verantwortlich:
  • Prof. Dr. rer. nat. habil. Acker, Jörg
Lehr- und Prüfungssprache:Deutsch
Dauer:1 Semester
Angebotsturnus: jedes Wintersemester
Leistungspunkte: 8
Lernziele:Nach der Teilnahme am Modul ist der Studierende in der Lage, moderne Konzepte, Methoden und Theorien der physikalischen Grenzflächenchemie zu analysieren und anzuwenden. Die Studierenden erhalten ein fundiertes Verständnis über die Grundlagen zur Thermodynamik von Phasengrenzen und Grenzflächenprozessen, Methoden zur Bestimmung von Grenzflächenspannung, Filme, Grenzflächen mit amphiphilen Molekülen (Tenside und Micellen) und Kolloide. Die Studierenden erfassen darüber hinaus Grundlagen und Anwendungen physikalischer Methoden zur Charakterisierung von Festkörperoberflächen mit mikroskopischen uns spektroskopischen Methoden. Weiterhin erhalten sie ein fundiertes Verständnis der elektrochemischen Methoden zur Charakterisierung von Oberflächen leitender Materialien, von Beschichtungen auf leitenden Materialien sowie über elektrische Methoden zur Charakterisierung von technischen Membranen und Modellen biologischer Membranen. Die Studierenden sollen durch das Modul befähigt werden, dass erworbene Wissen selbständig und fachübergreifend auf Probleme der Grenzflächenchemie übertragen und anwenden zu können.
Sie erlernen die Methodik, wissenschaftliche Fragestellungen zu gliedern und mit den Methoden der physikalischen Chemie qualitativ und quantitativ zu betrachten und dabei kritische Vorbetrachtungen, Überlegungen und quantitative Abschätzungen aufzustellen und wissenschaftliche Plausibilitäten abzufragen. Die Studierenden erlernen weiterhin Problemlösungsstrategien, die Beschreibung und kommunikative Auseinandersetzung zu physikalisch-chemischen Sachverhalten der Grenzflächenchemie und erwerben soziale Kompetenzen, wie Kommunikation, Kreativität, wissenschaftlichen Diskurs und Teamfähigkeit.
Inhalte:1. Abschnitt - Thermodynamik von Phasengrenzen und Grenzflächenprozessen:
Thermodynamische Beschreibung von Grenzflächen Phasengrenzen zwischen zwei reinen Phasen, zwischen zwei Phasen mit mehreren Komponenten und unter Beteiligung von drei Phasen: Grenzflächenspannung, Druckdifferenz zweier Phasen an gekrümmten Oberflächen (Young/Laplace-Gleichung), Dampfdruck einer Flüssigkeit (Kelvin-Gleichung), Keimbildung und Wachstum von Phasen, Benetzungsphänomene (Kontaktwinkel, Young-Gleichung, Benetzungsübergänge); Messmethoden, Beispiele aus der Grenzflächenchemie, u.a. Tenside, Mizellen und Kolloide
 
2. Abschnitt - Spektroskopische und mikroskopische Methoden zur Charakterisierung von Festkörperoberflächen:
  • Elektronenspektroskopie (UPS, XPS, Auger-Elektronenspektroskopie)
  • Ionenspektroskopische Methoden (SIMS, Laser-MS)
  • Oberflächenphotonenspektroskopische Methoden (lineare/nichtlineare Methoden)
  • Elektronenstimulierte Mikroanalysemethoden (Rasterelektronenmikroskopie)
  • Rastersondenmikroskopie (Rasterkraftmikroskopie, Rastertunnelmikroskopie)
  • Dünne Filme / optische Beschichtungen (Herstellung (PLD), Charakterisierung, Anwendung)
 
3. Abschnitt - Elektrochemie an Grenzflächen:
  • Elektrochemisches Gleichgewicht, Nernstsche Gleichung, Diffusionspotential und Salzbrücke, Selektive Permeabilität der Membranen, Born‘sche Gleichung, Ionophore, Potentiometrie, Ionenselektive Elektroden: Aufbau, Selektivität, Charakterisierung, Anwendungen
  • Oberflächenelektrostatik, Elektrische Doppelschicht, Modell von Gouy-Chapman, Debye Länge, Oberflächenpotential, zeta-Potential, Experimentelle Technologien.
  • Polarisation in elektrochemischen Reaktionen, Diffusionspolarisation und Reaktionspolarisation, Potentiostatische Chronoamperometrie, Chronocoulometrie, Voltammetrie: Prinzip, Anwendungen, Datenanalyse.
  • Impedanz und Impedanzspektroskopie: Theorie und experimentelle Anwendungen. Interpretation von Impedanzspektren.
  • Elektrostatik biomimetischer Membranen und Oberflächen, Oberflächenpotential und Dipolpotential, Experimentelle Methoden zur Analyse von Potentialprofilen über biomimetische Membrane
Empfohlene Voraussetzungen:Physikalische Chemie, Chemische Kinetik und Transportprozesse, Quantentheorie und Spektroskopie
Zwingende Voraussetzungen:keine
Lehrformen und Arbeitsumfang:
  • Vorlesung / 7 SWS
  • Selbststudium / 135 Stunden
Unterrichtsmaterialien und Literaturhinweise:
  • P.W. Atkins, J. de Paula „Physikalische Chemie“, 4. Aufl., Wiley-VCH, 2006.
  • G. Wedler „Lehrbuch der Physikalischen Chemie“, 5. Aufl., Wiley-VCH, 2004.
  • G. Brezesinski, H.-J. Mögel, Grenzflächen und Kolloide, Spektrum 1993.
  • H. Naumer, W. Heller „Untersuchungsmethoden in der Chemie: Eine Einführung in die moderne Analytik“, Wiley-VCH, 2010.
  • D.A. Skoog, F.J. Holler, R.S. Crouch „Instrumentelle Analytik, Grundlagen-Geräte-Anwendungen“, Springer Spektrum, 2013.
  • A.J. Bard, L. F. Faulkner “Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications”, Wiley, 2001.
  • V. S. Sokolov, V. M. Mirsky. Electrostatic potentials of bilayer lipid membranes: basic research and analytical applications. In: Chemical Sensors and Biosensors: Thin Layer Electrochemical Sensors and Biosensors: Technology and Performance, Springer, 2004, 255-291.
Modulprüfung:Modulabschlussprüfung (MAP)
Prüfungsleistung/en für Modulprüfung:Klausur (benotet), Dauer 180 min
Bewertung der Modulprüfung:Prüfungsleistung - benotet
Teilnehmerbeschränkung:keine
Zuordnung zu Studiengängen:
  • Bachelor (universitär) / Materialchemie / PO 2018
Bemerkungen:keine
Veranstaltungen zum Modul:
  • Vorlesung Prozesse an Grenzflächen
  • Prüfung Prozesse an Grenzflächen
Veranstaltungen im aktuellen Semester: