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WiSe 12/13: Festkörper und Grenzflächen

Thomas Risse

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Diese Veranstaltung findet jeweils nur im Wintersemester statt.

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Studiengänge: Diplom Chemie (8. Semester) Master Chemie Leistungspunkte/Zeitaufwand: Vorlesung: 3.0 LP Übung: 2.0 LP Überprüfung des Lernfortschritts (während der Veranstaltung): Die Vorlesung wird von wöchentlichen Übungen mit Rechenaufgaben begleitet, die korrigiert und besprochen werden und der Vertiefung und praktischen Anwendung des Vorlesungsstoffes dienen sollen. Leistungskontrolle: Am Ende des Semesters wird eine Abschlußklausur geschrieben, deren Aufgaben denen entsprechen, die das Semester über in den Übungen behandelt wurden. Zielsetzungen: Das Ziel dieser Vorlesung besteht darin, den Studenten eine Vorstellung davon zu vermitteln, wie bedeutsam die Materie im kondensierten (festen, kristallinen) Zustand in unserer Welt im allgemeinen und in der chemischen Technologie im besonderen ist. Dazu müssen die Möglichkeiten und Methoden gelernt werden, die es gibt, um diesen kondensierten Zustand physikalisch-chemisch zu beschreiben. Bei dieser Aufgabe ist es besonders wichtig, die besonderen Verständnis- und Methoden-Konzepte der Theorie der kondensierten Materie in die bekannten Prinzipien der anderen chemisch-physikalischen Sub-Disziplinen einzubetten und die zahlreichen Querbeziehungen zu ihnen (Bindungstheorie, statistische Mechanik, spezielle Thermodynamik) aufzuzeigen. Themenverzeichnis: Gliederung der Vorlesung: I. Die Bindungskräfte im Festkörper 1. Die Bindungsarten 2. Die Bindungsenergie II. Kristalle und Kristallgitter 1. Kristallsysteme 2. Kristallgitter 3. Die Millerschen Indizes 4. Die Bestimmung der Kristallstruktur 5. Die Beugungsintensitäten 6. Das reziproke Gitter III. elektrische Leitfähigkeit und Bändermodell 1. Klassische Behandlung der elektrischen Leitfähigkeit 2. Quantenmechanische Betrachtung des Elektronengases 3. Das Bändermodell 4. Halbleiter 5. Supraleitung IV. Spezifische Wärme und Gitterschwingungen 1. Einsteinsche Theorie 2. Debyesche Theorie der spezifischen Wärme 3. Theorie der Gitterschwingungen nach Born und v.Karmán 4. Phononen V. Oberflächen 1. Allgemeines zur Bedeutung von Ober- und Grenzflächen 2. Thermodynamik und Energetik von Oberflächenprozessen 3. Strukturen und Strukturbestimmung 4. Oberflächenreaktionen und heterogene Katalyse Zusammenfassung der Lehrgegenstände: Bindungsarten im Festkörper: Van-der-Waals Bindung, ionische Bindung, kovalente Bindung, metallische Bindung; Kristalle und Kristallgitter: Symmetrieeigenschaften, reales und reziprokes Gitter, Grundlagen der Röntgenstrukturanalyse: Laue-Gleichungen; Bragg-Gleichung; Strukturfaktor; Laue-Verfahren; Debye-Scherrer-Verfahren; Drehkristall-Verfahren, Grundlagen der Oberflächenstrukturbestimmung; LEED. Grundlagen der elektrischen Leitfähigkeit: Elektronengas-Theorie; Bändermodell: Bandstrukturen ein-, zwei- und drei-dimensionaler Systeme (Metalle, Halbleiter, Isolatoren), Statistische Thermodynamik von Festkörpern: Einstein-Modell, Debye-Modell, Phononen close