Physikalische Chemie (Lehrbuch) [Gebundene Ausgabe]

Den meisten Chemikern ist die physikalische Chemie die unliebste Teildisziplin ihres Studiums. Endlose Rechnungen und Formelungetüme lassen wenig Freude aufkommen und auch die meisten Lehrbücher wollen nicht darauf verzichten. Ganz anders Peter Wiliam Atkins "Physikalische Chemie": In seiner leichtverständlichen Sprache rückt der Autor Zusammenhänge rund um das Teilgebiet in den Mittelpunkt. Von Thermodynamik über Kinetik, Elektrochemie und Atombau bis hin zu Bindungsmodellen und Spektroskopie - Atkins zeigt stets den Zusammenhang zu anderen Teilgebieten der Chemie auf. Gleichzeitig bemüht er sich und das gelingt ihm fast durchgehend, seinen Leser nicht zu überfordern: An vielen Stellen erläutert er quasi nebenbei Grundlagen der klassischen Physik, die für das Verständnis dringend notwendig sind, von vielen Studenten aber nicht beherrscht werden. Und kommt selbst Atkins nicht um die unbeliebte Mathematik herum, gelingt es ihm auch dann dank seiner klaren Sprache verständlich zu bleiben. Hilfreich sind auch die klar abgesetzten Definitionen und zahlreiche ausgearbeitete Übungen mit Lösungen. Für alle, die noch mehr Rechnen wollen, finden sich am Ende jedes Kapitels zusätzliche Aufgaben, die in leichtere und schwere unterteilt sind. Ärgerlich ist da nur, daß der VCH-Verlag zusätzlich Geld für die Lösungen verlangt. Denn die müssen zu einem reichlich überzogenen Preis in einem eigenen Buch erstanden werden. Trotz dieses Wehrmuttropfens bleibt Atkins "Physikalische Chemie" ein Standartwerk, das seines Gleichen sucht. (Dies ist eine Amazon.de an der Uni-Studentenrezension.)

Das vorliegende Buch ist die ins Deutsche übersetzte Version der kürzlich erschienenen 8. Auflage von Atkins Physical Chemistry. Wie man es von Atkins Büchern gewohnt ist, wird der laufende Text ständig durch Abschnitte Beispiel, Übung, Begründung, Illustration und Anwendung unterbrochen. Diese Art der Darstellung hat eine Reihe didaktischer Vorzüge und ist oftmals sehr sinnvoll, die teilweise exzessive Verwendung dieses Verfahrens birgt jedoch die Gefahr, dass der Leser bei der Durcharbeitung einer Thematik vom selbständigen konsequentem Durchdenken einer Fragestellung abgehalten wird.

Der durchweg positive Eindruck, den das Buch vermittelt, wird sehr in Mitleidenschaft gezogen durch eine große Anzahl von sachlichen Fehlern, durch oft nebulöse Formulierungen und Argumentationen, insbesondere dann, wenn schwierige Sachverhalte zu besprechen sind, und auch durch Ausführungen, die die sichere Beherrschung grundlegender mathematischer Zusammenhänge in Zweifel ziehen. Beispiele sind: (i) Es wird falsch dargestellt, was passiert, wenn ein System Flüssigkeit/Dampf bei konstantem Volumen über die kritische Temperatur hinaus erhitzt wird. (ii) Die chemische Zusammensetzung der Zinkblende (ZnS) ist nicht Zn4S5, wie man aus der Darstellung und Beschreibung der Elementarzelle zu schließen gezwungen ist. (iii) Es werden die Konturflächen der reellen 2p- und 3d-Orbitale gezeigt und behauptet, dies seien allgemein die Konturflächen von Orbitalen des p- und d-Typs. Das ist falsch! (iv) Die Texterläuterung zu dem Graphen der radialen Verteilungsfunktion eines 1s-Orbitals widerspricht den Ausführungen im laufenden Text. Außerdem sind die Beschriftungen sowohl der Abszisse als auch der Ordinate falsch.

Die quantenmechanische Behandlung der atomaren Mehrelektronensysteme ist sehr schwach. Beispielsweise wird der Begriff der Elektronenkonfiguration nicht klar definiert, meist aber in der üblichen Weise verwendet. Abweichend davon ist aber auch von Grundzustandskonfiguration (z. B. [He]2s22px2py ) die Rede, und die Hundsche Regel wird inkorrekt so formuliert: Der Grundzustand eines Atoms ist die Konfiguration mit der größtmöglichen Anzahl ungepaarter Spins. - Es wird nicht gezeigt, wie man mit Hilfe der Hundschen Regel den Grundterm einer beliebigen Konfiguration in einfacher Weise aus dem Orbitalschema bestimmt, und zwar auch dann, wenn zwei oder mehr Elektronen in entarteten Zuständen unterzubringen sind (z. B. bei den Konfigurationen p3 und d2). Für diesen Fall wird auf die weiterführende Literatur verwiesen!! Die energetisch tiefstliegenden Terme aller Atome sind in sehr vielen Lehrbüchern aufgelistet und ein Lehrbuch der physikalischen Chemie gibt darüber keine Auskunft!

In allen bisherigen Auflagen war eine Graphik der Frequenzabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante zu finden, die allerdings mit grundlegenden Fehlern behaftet war. Man hoffte auf eine durchgreifende Richtigstellung in der neuesten Auflage. Nun ist die Graphik ganz verschwunden! Stattdessen werden jetzt nur noch mathematische Ableitungen und oberflächliche, gar falsche verbale Aussagen gebracht.

Man erwartet von einem Lehrbuch (4. Auflage!), dass fundamentale physikalische Begriffe wie Arbeit, so auch Volumenarbeit, verständlich und präzise definiert werden. Da Kraft und Verschiebung Vektoren sind, durch deren Skalarprodukt die Arbeit definiert wird, muss höchste Sorgfalt angewendet werden, wenn man eine vektorielle Formulierung vermeiden will. Die hier verwendete Definition und Vorgehensweise, wobei der Betrag der Gegenkraft(!) und die Komponente der Verschiebung, dz, verwendet werden (dz kann positiv und negativ sein!), ist nebulös und führt zu einer nicht durchschaubaren Herkunft des Vorzeichens im (richtigen) Ausdruck für das Differential der Arbeit, dw = -pextdV. - Im Zusammenhang mit dem Ersten Hauptsatz werden die fundamentalen Begriffe Zustandsfunktion, vollständiges und nicht vollständiges Differential eingeführt und diskutiert. Es ist irreführend, ja es konterkariert jeden soliden mathematischen Unterricht, wenn (Integrations-)Wege auf der Hyperfläche der Funktionswerte gezeichnet werden. Bei dem Beispiel, worauf sich diese Anmerkung bezieht, U = U(T,V), ist der Weg eine Kurve in der T-V-Ebene, und nicht, wie gezeichnet, auf der Fläche der inneren Energie U. Der Leser wartet vergebens auf eine Darlegung der Verhältnisse bei Größen, die keine Zustandsfunktionen sind, z. B. Arbeit und Wärme.

Völlig falsche physikalische Vorstellungen wecken die Autoren bei dem Versuch, das Raoultsche Gesetz kinetisch zu erklären. Die vorgebrachte Argumentation widerspricht dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Folgt man den Autoren, so müsste beispielsweise der Dampfdruck von Wasser, das eine Schicht von Tensidmolekülen trägt, vernachlässigbar klein sein.

Guten Gewissens kann man das vorliegende Lehrbuch Studierenden nicht empfehlen, da es eine zu große Anzahl von sachlichen Fehlern aufweist. Von einer souveränen Beherrschung der Materie kann keine Rede sein. Man muss konstatieren, dass keines der zur Zeit auf dem Markt befindlichen deutschsprachigen Lehrbücher der Physikalischen Chemie uneingeschränkt zu empfehlen ist. Der Atkins ist unter diesen Umständen noch eine vertretbare Wahl.

Der Atkins ist besonders geeignet, wenn man neben Formeln auch noch ausführliche Erklärungen für die Vorgänge in der physikalischen Chemie sucht. Das Buch ist sehr anschaulich geschrieben und hat mir sehr für die Vorbereitung auf das PC-Vordiplom geholfen.In solchen Prüfungen wird ja meistens neben den Formeln auch eine qualitative Beschreibung der Zusammenhänge verlangt. Der Atkins bietet dabei eine gute Grundlage in dieser Richtung. Die Präsentation des Inhalts wird durch eine Vielzahl von Graphiken und Diagrammen unterstützt, die es einem teilweise möglich machen, die Zusammenhänge auf den ersten Blick intuitiv zu begreifen. Die inhaltliche Gliederung ist gut gewählt. Sehr gut ist auch die recht ausführliche Behandlung von spektroskopischen Themen.
Sicherlich gibt es auch den einen oder anderen Mangel, wie
Druckfehler oder kleinere inhaltliche Fehler, die aber in der dritten, korrigierten Auflage hoffentlich behoben wurden.
Nicht so hilfreich ist auch, daß Herleitungen teilweise auf dunkelblauen Untergrund gedruckt sind, so daß man sich bei schlechtem Licht besonders anstrengen muß, um diese zu erkennen.
Dafür entschädigen einen aber die vielen Beispielaufgaben mit Lösungen und die Aufgabensammlungen am Ende eines jeden Kapitels (wofür man allerdings ein Lösungsbuch kaufen muß).
Alles in allem kann man das Buch nur empfehlen kann!