Lernziele

Teil 1: Die Studierenden werden in die Chemie eingeführt und mit den elementaren Grundlagen und Konzepten der allgemeinen, anorganischen und physikalischen Chemie vertraut gemacht. Sie lernen die Grundzüge des Aufbaus der Materie, die Theorie der chemischen Bindung und den Aufbau der Elektronenhülle der Atome gemäß der Atomorbitaltheorie. Die Studierenden sollen ein grundlegendes Verständnis für die Einteilung der Elemente haben, in der Lage sein, den elektronischen Aufbau der Atome auf Grund der Stellung im Periodensystem vorherzusagen und eine Einschätzung der Reaktivität der Elemente zu geben. Die Studierenden erwerben die Fähigkeit, die grundlegenden Konzepte der Allgemeinen und Anorganischen Chemie zu verstehen und auf typische Probleme in der Labor- und industriellen Praxis (auf einfacherem Niveau) anzuwenden. Die Studierenden sollen chemische Reaktionen und die Reaktivität von anorganischen Verbindungen vor dem Hintergrund von Säuren- und Basenkonzepten, weiterhin vor den Reaktionstypen Fällung, Komplexierung und gekoppelter Gleichgewichte sowie Redoxreaktionen einschätzen und vorhersagen können. Sie kennen die wichtigsten Grundkonzepte der chemischen Thermodynamik und Kinetik chemischer Reaktionen.

Teil 2: Aufbauend auf den in Teil 1 vermittelten Inhalten sollen die Studierenden vertieft in die anorganische Stoffchemie, vor allem die Elemente der Hauptgruppen, eingeführt werden. Anhand des Periodensystems sollen die Eigenschaften der Hauptgruppenelemente kennengelernt werden, um ihre wesentlichen chemischen Eigenschaften, Strukturen und Reaktionen zu verstehen und herleiten zu können.

Wichtige industrielle Verfahren zur Herstellung der Elemente und deren Verbindungen sowie deren Eigenschaften und Anwendungsfelder sollen vermittelt werden, vor allem auch deren Bedeutung für Alltag und Industrie. In Exkursen sollen aus der Allgemeinen Chemie bekannte Konzepte auf konkrete Fragestellungen und Strukturen der Hauptgruppenelementchemie angewendet werden. Weiterhin sollen auch neue Strukturkonzepte gelernt und angewendet werden. Die Studierenden sind nach diesem Modul in der Lage, auf der Grundlage der Stellung der Elemente im Periodensystem, der erlernten umfangreichen Stoffkenntnisse sowie der vorgestellten Konzepte grundlegende chemische Fragestellungen zu bearbeiten und zu beurteilen.

Inhalt

Teil 1: Zustandsformen der Materie; der atomare Aufbau der Materie; Atommodelle, Atom- und Molekülorbitaltheorie (einführend); chemische Reaktionen; chemische Gleichungen; das chemisches Gleichgewicht und Massenwirkungsgesetz; einführende thermodynamische Behandlung chemischer Reaktionen; Einfache Interpretation der Kinetik chemischer Reaktionen; Konzepte der chemischen Bindung; die Ermittlung der Struktur von Molekülen mit Hilfe der VSEPR- Regeln, das Aufstellen korrekter Valenzstrichformeln von Molekülen. In den begleitenden Übungen innerhalb der Vorlesung werden die erarbeiteten Grundlagen durch beispielhafte Aufgaben vertieft.

Teil 2: Chemie der Hauptgruppenelemente („Stoffchemie“): Entstehung und Häufigkeiten der Elemente; Eigenschaften und Vorkommen der Elemente; Herstellung der Elemente; wichtige Verbindungen/Verbindungsklassen der Elemente; Anwendungen von Hauptgruppenelementverbindungen; ausgewählte industriell relevante Prozesse und Produkte; Vertiefung der Grundlagen zur chemischen Bindung; Strukturen von Metallen und ionischen Verbindungen. In den begleitenden Übungen innerhalb der Vorlesung werden die erarbeiteten Grundlagen durch beispielhafte Aufgaben vertieft.

Lernziele

Der Studierende soll in der Lage sein selbstständig und sicher einfache Arbeiten im Labor durchzuführen. Dazu gehören:

• Abwiegen von Substanzen, Volumenbestimmung, richtige Benutzung der wichtigsten Glaslaborgeräte
• Herstellen von Lösungen
• sicherer Umgang mit Säuren und Laugen
• Praktisches Beherrschen von einfachen Reaktionstypen (Lösungs- und Fällungs-, Komplex-, Säure-Base- und Redoxreaktionen) in Lösungen und Schmelzen anhand einfacher Beispiele; Fähigkeit die experimentellen Ergebnisse vor dem theoretischen Hintergrund qualitativ und quantitativ zu interpretieren;
• Eigenschaften der wichtigsten Laborchemikalien
• Qualitative Analyse von Salzen und Salzgemischen durch Anwendung des Trennungsganges für Kationen und Anionen;
• Fähigkeit einfache anorganische Präparate herzustellen und die Versuche zu protokollieren

Inhalt Allgemeine Chemie Praktikum

Chemische Grundlagen (Teil 1):

• Gerätekunde der wichtigsten Apparate und Glasgeräte im Chem.Labor;
• Lösungsreaktionen, Komplex- und Fällungsreaktionen; Säure Base- Reaktionen; Redoxreaktionen;
• Erstellen von Protokollen aller Versuche unter Beachtung derSicherheitsvorschriften;
• Herstellen einer verd. Natronlaugenlösung und Einstellen der Konzentration;  einfache Titration;

Ausgewählte qualitative Analyse (Teil 2):

Nachweise ausgewählter Kationen und Anionen der wichtigsten Gruppen anorganischer Salze gemäß dem Trennungsgang; Ausgabe unbekannter Substanzen und Salzgemische; Bestimmen dieser Substanzen und Ionen durch qualitative Analyse; (Einzelheiten zu den Analysen und Vorlagen für Protokolle durch PDF-File im Intranet der Hochschule)

Inhalt Stöchiometrie

Fundamentale Gesetze der Stöchiometrie, insbesondere Massenerhaltung und Erhaltung der Elementbilanz.

Konzentrationsangaben von Mischungen und Lösungen, Berechnungen und gegenseitiges Überführen der Größen; Mischungsrechnungen mit und ohne Dichteänderung

Bilanzieren chemischer Reaktionen (einfache und komplexe), Einführung der Begriffe Umsatzgrad und Ausbeute mit praktischen Beispielen

Bilanzieren von Reaktionen mit nicht-stöchiometrischem Einsatz der Reaktanden

Bilanzieren von chemischen Reaktionen mit Gleichgewichtsbedingung (Löslichkeitsprodukt, Gleichgewichtsreaktionen)

Im Rahmen des seminaristischen Unterrichts werden Übungsaufgaben gerechnet und besprochen. Parallel dazu findet ein für die Studenten freiwilliges Tutorium statt.

Lernziele

• Fähigkeit, physikalisch-chemisch-technische Problemstellungen zu analysieren und in einen Lösungsalgorithmus zu übertragen
• Fähigkeit einen vorgegebenen Berechnungsalgorithmus in einer Tabellenkalkulation und in einer Programmiersprache zu realisieren

• Fähigkeit, Messdaten, welche in der chemisch-technischen Praxis adäquaten physikalischen Modellen zu beschreiben 

• Beherrschung des Umgangs mit einem kommerziellen Tabellenkalkulationsprogramm (Excel)

• Förderung der Fähigkeit zu abstrahieren und Probleme in einem Lösungsalgorithmus umzusetzen.

Inhalt Seminarischer Unterricht

Arbeitsweise einer Tabellenkalkulation:

Relative und absolute Bezüge; Diagramme; Anwendung wichtiger Tabellenfunktionen aus Mathematik und Statistik; Erstellen benutzerdefinierter Funktionen; Messdatenerfassung über eine Prozedur direkt in das Tabellenblatt; Regressionstechniken mit linearen und nichtlinearen Modellen; Programmiertechniken in Verbindung mit der Tabellenkalkulation; Anwendung numerischer Verfahren zur Auswertung von Messdaten und zur Berechnung bzw. Simulation physikalisch-chemischer und technischer Vorgänge, insbesondere das Lösen linearer und nichtlinearer Gleichungssysteme; Matrizenoperationen; numerische Integration und Lösen von Differentialgleichungen

Inhalt Übung

Die Inhalte des Unterrichtsstoffes werden an physikalisch-chemisch- technischen Beispielen erarbeitet.

Lernziel

Verständnis für Methoden der Mathematik und Anwendung dieser zur Lösung typischer Fragestellungen der Chemie und Physik.

Inhalt

Komplexe Zahlen: Anwendung auf Schwingungen in der Physik; Folgen, Reihen und Grenzwerte; Funktionen mehrerer Veränderlicher; partielle Ableitungen; Fehlerrechnung für Funktionen mit einer oder mehreren Veränderlichen; Maximum und Minimum bei Funktionen mit einer oder mehreren Veränderlichen; Linearisierung von Funktionen; Taylor-Reihen; Integralrechnung: Hauptsatz, Bogenlänge; uneigentliche Integrale; Doppelintegrale; Matrizen; Determinanten; Eigenwerte und Eigenvektoren; Gewöhnliche Differentialgleichungen erster Ordnung; Trennung der Variablen; Variationen der Konstanten; Gewöhnliche Differentialgleichungen zweiter Ordnung mit konstanten Koeffizienten.

Im Rahmen der Übungen werden Übungsaufgaben zum Vorlesungsstoff gerechnet.

Lernziel

• Verständnis für physikalische Vorgänge
• Fähigkeit diese Vorgänge mathematisch zu beschreiben, Anwen- dungen abzuleiten und aus der Beobachtung spezieller Vorgänge allgemeine Zusammenhänge zu erkennen
• Sinn für Größenordnungen
• Schnittstellen zur Chemie zu beschreibenPraktische Erfahrung im Umgang mit Versuchsanordnungen zur Messung physikalischer Größen
• Erkennen und Bewältigen messtechnischer Probleme
• Anschauliche Vertiefung des Vorlesungsstoffs

Inhalt Vorlesung

• Vorspann: Definition und Messung von physikalischen Größen; SI-System; Fehlerrechnung

• Mechanik: Kinematik eines Massepunktes; Dynamik eines Massepunktes (Newtonsche Axiome, Kraft und Impuls, Arbeit und Energie, Impulserhaltung und Stoßgesetze); Drehbewegungen

• Schwingungslehre: freie ungedämpfte Schwingung; gedämpfte Schwingungen; erzwungene Schwingungen und Resonanz; Überlagerung von Schwingungen

• Wellenlehre: Eigenschaften; Ausbreitung von Wellen; Energiedichte und Energietransport; Überlagerung von Wellen; Dopplereffek

• Optik: Strahlenoptik: Reflexion, Brechung, Abbildungsgesetze v. Linse und Hohlspiegel; Wellenoptik: Beugung an Spalt und Gitter

• Grenzen der klassischen Physik: Photoeffekt; Wärmestrahlung; Bohrsches Atommodell; Welle Teilchen-Dualismus

• Elektrizitätslehre: Leitfähigkeit fester Stoffe; Bändermodell; Halbleiter; pn-Übergang (Diode)

Unterrichtsbegleitend werden Übungsaufgaben aus individuell zusammengestellter Aufgabensammlung gerechnet (mit ca. 90 Aufgaben).

Inhalt Praktikum

Es werden Versuche angeboten zur:

• Optik: Brechung; Abbildung mit Linsen; Bestimmung von Brennweite und Brechzahl; Aufbau einer Projektionseinrichtung; Beugung; Übungen am Spektrometer; Aufnahme und Eichung einer Dispersionskurve; kontinuierliche und Linienspektren

• Mechanik: Drehbewegung; harmonische und gedämpfte Schwingung; Amplitudenresonanz
• Wärmelehre: Wärmeübergang; Kühlung durch Konvektion und Strahlung; Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit; Thermometrie
• Elektrizitätslehre: Spannungsteiler; Kennlinie einer Halbleiterdiode; einfache Schaltungen mit passiven Bauelementen; Geräte der elektrischen Messtechnik

Jede(r) Studierende muss 5 vorgegebene Versuche vorbereiten, durchführen und auswerten. Mündlicher Leistungsnachweis (Kolloquium) à ca. 20 Minuten / Student.

Lernziel

Erlernen der Theoretischen Grundlagen zur Quantitativen Analytischen Chemie. Anwendung der erworbenen Kenntnisse auf die Praxis der Quantitativen Analytischen Chemie.
Die Studierenden werden mit den klassische maßchemische Methoden der analytischen Chemie vertraut gemacht: Gravimetrie, Säure-Basen- Titrationen, Redox-Titrationen, Fällungstitrationen, Komplexometrie, Ionenaustauscher.
Die Studenten erlernen grundlegende analytische Arbeitsweisen und Fertigkeiten für exaktes analytisches Arbeiten im Labor, Quantifizierung nach DIN-Methoden, Fehlererkennung und Fehlerberechnung, Anfertigung ingenieurgemäßer Protokolle.

Inhalt Vorlesung

Lösungen, Leitfähigkeit von Elektrolytlösungen, quantitative Behandlung von chemischen Gleichgewichten wie Säure-Base Gleichgewichten, Fällungsreaktionen und Löslichkeitsprodukt, Komplexbildung, Indikatoren.
Volumetrische Analysenverfahren und gravimetrische Methoden, sowie spezielle Methoden in der Volumetrie. Bestimmungsverfahren nach DIN- Vorschriften,Quantitative Behandlung experimenteller Fehler

Inhalt Praktikum

Wäge- und Pipettierversuche, Quantitative Bestimmung von ausgegebenen Analysenlösungen nach vorgegebenen Methoden und Erstellung von Analysenprotokollen zu den jeweils durchgeführten Versuchen.

Grundlagen der Organischen Chemie

Lernziel

Kenntnis der theoretischen Grundlagen der org. Chemie, der wichtigsten Reaktionsmechanismen, der Stereochemie und der molekularen Topologie. Kenntnis der wichtigsten Stoffgruppen: Nomenklatur, physikalische Eigenschaften, Reaktionsverhalten.

Der Studierende wird nach erfolgreichem Abschluss des Moduls in der Lage sein, einfache chemische Originalliteratur zu lesen und vertiefenden Fächern wie „Biochemie“ und „Organische Synthesechemie“ zu folgen.
Desweiteren erlangt der Studierende die Fähigkeit, grundlegende mechanistische und sicherheitsrelevante Aspekte bei der Durchführung chemischer Experimente im Rahmen des OC-Praktikums zu verstehen und zu bewerten.

Inhalt

Beschreibung der Elektronenstruktur von organischen Molekülen mit Hilfe der Valenzbond- und der MO-Methode.

Behandlung der Topologie von Molekülen: Konstitution, Konformation,relative und absolute Konfiguration.

Formulierung der wichtigsten Reaktionsmechanismen: Nucleophile Substitutionen, Eliminierungen, elektrophile Substitutionen am Aromaten, Umlagerungen, elektrophile, radikalische und nucleophile Addition an CC- Doppelbindungen,  nucleophile Addition an die CO-Doppelbindung.
Chemie und Nomenklatur der wichtigsten Stoffgruppen.

Grundoperationen der Chemischen Technik

Lernziel

Kenntnis der Funktionsweise verfahrenstechnischer Grundoperationen und deren Zusammenwirkungen in stationär betriebenen chemischen
Fabrikationsanlagen in den Bereichen Fluidmechanik von Rohrströmungen und Pumpentechnik, Stofftrennung durch Destillation, Fluid-Fluid-Wärmeübertragung und Reaktortechnik für stöchiometrisch einfache Reaktionen.

Fähigkeit zum Erstellen und Interpretieren normgerechter Abbildungen chemischer Anlagen sowie zur Auswahl geeigneter Apparate und Maschinen vorgegebener Aufgabenstellung. Erstellen und Lösen von Material- und Energiebilanzen chemisch-technischer Prozesse unter Berücksichtigung der Kenngrößen Umsatz, Selektivität und Ausbeute.

Die erzielten Kompetenzen sollen die Studierenden in die Lage versetzen, das sogenannte „Basic-Engineering“ chemischer Verfahren zu planen, zu analysieren und zu bewerten.

Inhalt Vorlesung

Abbildungen chemischer Anlagen, Fließbilder, Mengen- u. Energiestrombilder, Ablaufpläne. Verfahrenstechnische Grundoperationen und deren Funktionsweisen. Strömung von Fluiden in Rohrleitungen, Druckverlust und Anlagenkennlinien. Fördern von Flüssigkeiten, Pumpenbauformen und -kennlinien, Kavitation. Siedediagramme und Destillation. Wärmebilanz stationärer Fluid-Fluid-Wärmeaustauscher.
Grundlagen der Material-Bilanzierung chemisch-technischer Prozesse unter Berücksichtigung der Kennzahlen Umsatz, Selektivität und Ausbeute. Grundlagen der Reaktionskinetik.

Im Rahmen der Vorlesungen werden Übungsaufgaben gerechnet.

Inhalt Praktikum

• praktischer Versuch zu Rohrströmung, Druckverlust, Pumpenkennlinie
• praktischer Versuch zur Reaktionskinetik
• praktischer Versuch zur destillativen Stofftrennung
• Übungsrechnung zur Wärmeübertragung
• Übungsrechnung zur Prozess-Bilanzierung

Jede Gruppe (2 Studierende) muss einen Versuch zur Rohrströmung, einen Versuch zur destillativen Stofftrennung und einen Versuch zur Reaktionskinetik durchführen und darüber jeweils eine schriftliche Ausarbeitung der Auswertung inklusive einer zugehörigen Dimensionierungsrechnung erstellen. Zu den Themen Stofftrennung durch Destillation, Wärmeübertragung und Anlagenbilanzierung werden von jeder Gruppe (2 Studierende) Projektaufgaben bearbeitet und schriftlich ausgearbeitet.

Instrumentelle Analytik

Lernziel

Die Studierenden können moderne analytische Verfahren beschreiben und wissen um deren Anwendungsgebiete. Sie können die Standardmethoden zur Stoffidentifizierung und Stofftrennung anwenden. Sie beherrschen die Grundlagen und sind mit den Funktionsweisen zu instrumentellen analytischen Verfahren der optischen, elektrochemischen und chromatographischen Analytik (UV-VIS-Photometrie, Potentiometrie, Chromatographie; Massenspektroskopie) vertraut.

Durchführung gängiger und moderner Analysenverfahren im Bereich UV- spektroskopischer, potentiometrischer und chromatographischer instrumenteller Analytik. Vergleich und Bewertung der erlernten Analysenmethoden und Beurteilung ihrer Leistungsfähigkeit, Strukturierung und Planung instrumenteller analytischer Verfahren.

Inhalt Vorlesung

Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung mit Materie; Photometrie, Kalibrierung. Elektrochemische Sensoren, Potentiometrie. Chromatographische Trennmethoden mit Schwerpunkt auf den Gebieten der HPLC,GC GC-MS und Dünnschichtchromatographie.

Grundlagen der MS (Elementaranalyse)

Inhalt Praktikum

Photometrische Konzentrationsermittlung mit Einstrahl- und Zweistrahl- Photometern sowie Lichtleiter-Photometer mit Tauchküvette.
Automatisierte bzw. teilautomatisierte potentiometrische Konzentrationsbestimmungen mit unterschiedlichen Auswerteverfahren und deren Bewertung. Optimierung von chromatographischen bzw. gerätetechnischen Parametern in der HPLC, GC und DC. Kupplung der GC mit messspezifischen Detektoren.

Parallel zum Praktikum werden mündliche Kolloquien abgehalten.

Jede Gruppe (2 Studenten) muss die vorgegebenen Versuche und die damit verbundenen Kolloquien erfolgreich erledigen

Zusätzlich ist eine erfolgreiche Teilnahme der Seminarklausuren erforderlich.

Grundlagen der Physikalischen Chemie

Lernziel

Die Studierenden werden in die wichtigsten Grundzusammenhänge der physikalischen Chemie (Chemische Thermodynamik, Elektrochemie, Reaktionskinetik) eingeführt und erlangen Kenntnisse über die wichtigsten physikalisch-chemische Gesetzmäßigkeiten. Sie erlangen die Fähigkeit, die Zusammenhänge zwischen den theoretischen Modellen und den darauf basierenden experimentellen Methoden der physikalischen Chemie zu erkennen. In den Übungen erlangen Sie darüber hinaus die Kompetenz, die wichtigsten physikalisch-chemische Gesetzmäßigkeiten der chemischen Thermodynamik, Elektrochemie und Reaktionskinetik auf typische Fragestellungen der Chemie anzuwenden.

Inhalt

1. Zusammenhang von gequantelter Energie und der molaren Wärme- kapazität bzw. inneren Energie von Stoffen.
2. Einfluss inter- und intramolekularer Wechselwirkungen auf die molare Wärmekapazität und die Siedetemperatur von Stoffen
3. Konzepte zur Beschreibung des idealen und realen Verhaltens von Gasen.
4. Zusammenhang von Zustandsgrößen und Prozessgrößen (1. Haupt- satz der Thermodynamik: U, H, CV,m, Cp,m, Q, W); Einführung von Standardgrößen; Thermochemie chemischer Reaktionen und physikalischer Prozesse (Kirchoffsches Gesetz, Ulische Näherungen).
5. Einführung der Entropie als entscheidende Größe zur Burteilung der Richtung freiwillig ablaufender Prozesse (2. Hauptsatz der Thermodynamik); molekulare Deutung der Entropie.
6. Einführung der freien Enthalpie als zentrale Größe der chemischen Thermodynamik, mit deren Hilfe die Gleichgewichtslagen chemischer Reaktionen und Prozesse in Abhängigkeit von Druck, Temperatur und Konzentrationen (Aktivitäten) vorhergesagt bzw. beschrieben werden können; Einführung des Aktivitätskoeffizienten als Korrekturfaktor, der Experiment und Theorie in Übereinklang bringt.
7. Einführung des elektrischen Potentials (EMK, Elektroden- bzw. Zell- potential) als Äquivalent zur freien Enthalpie für Redoxreaktionen; Diskussion galvanischer und elektrolytischer Prozesse und des Aufbaus elektrochemischer Zellen.
8. Einführung in die chemische Reaktionskinetik: Diskussion einfacher Geschwindigkeitsgesetze (0., 1., 2. Ordnung); Formalkinetik und Molekularität, Auswertung kinetischer Messungen durch Integral- und Differentialmethode; Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeits- konstante (Arrhenius).

Datenbankrecherchen

Lernziel

Überblick über das naturwissenschaftliche Literaturwesen. Vertiefte Kenntnisse zur Entwicklung von Suchstrategien.
Fertigkeiten beim Auffinden von chemisch, biochemisch, technisch und physikalisch-chemisch relevanten Informationen.
Grundlagen des Patentwesens.

Inhalt

Vermittlung der Bedeutung der Literaturrecherche. Entwicklung von Suchstrategien für unterschiedlichste Fragestellungen. Recherche in CAS (SciFinder), Beilstein, Gmelin, Houben-Weyl, Protein-Datenbanken, Struktur-Datenbanken, Recherche über das FIZ, etc. Recherche in der Patentliteratur.

Der Studierende wird in diesem Seminar lernen, selbständig Literaturrecherchen durchzuführen, um Versuche und spätere Forschungsarbeiten entsprechend vorbereiten und planen zu können.

Grundlagen der Biochemie und Biologie

Lernziel

Die Studierenden erwerben einen umfassenden Überblick über Aufbau und Eigenschaften von Biomolekülen, Bau und wichtige Stoffwechselfunktionen lebender Zellen und Schlüsselprozesse des Naturhaushalts. Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls können Studierende biochemische Vorgänge erfassen und einfache biochemische Fragestellungen eigenständig bearbeiten. Sie können im Labor mit Biomolekülen umgehen und selbständig z.B. enzymatische Umsetzungen durchführen.

Inhalt Biologie (12a)

• Die Zelle (Struktur und Funktion, Stoffwechsel, Zellzyklus)
• Genetik, Fortpflanzung und Entwicklung
• Evolution und die biologische Vielfalt
• Pflanzen (Form und Funktion)
• Ökologie (Lebensgemeinschaften, Energiehaushalt)

Inhalt Grundlagen der Biochemie SU (12b)

• Struktur und Funktion von Aminosäuren, Kohlenhydraten und Lipiden
• Proteinstrukturen, Grundlagen der Enzymfunktion, Eigenschaften von Biomembranen
• Grundlegende Stoffwechselkonzepte
• Aufbau und Eigenschaften von Nukleinsäuren
• Replikation der DNA, Transkription und Proteinbiosynthese (Translation) in Prokaryonten
• Kontrolle der Genexpression in Prokaryonten

Inhalt Grundlagen der Biochemie Praktikum (12b)

• Eigenschaften von Aminosäuren und Proteinen
• Pflanzliche Inhaltsstoffe (Charakterisierung und Trennung der Pig- mente)
• Chemische Charakterisierung von Kohlenhydraten, Nukleinsäu- ren, Lipiden
• Wirkungsweise und Substrataffinität von Enzymen
• Polymerase-kettenreaktion (PCR)

• Analytische Methoden für chemische und biochemische Stoffe
• Herstellung von Produkten durch Biotechnologie und organische Synthese
• Gentechnische und molekularbiologische Methoden

• Synthese chemischer Produkte (anorganische und organische Stoffe, Polymere)
• Identifizierung und Quantifizierung von Stoffen
• Verarbeitung und Charakterisierung von Stoffen und Materialien

• Erlernen der Grundzüge chemischer Verfahren und der Grundprozesse der Stofftrennung
• Reaktionsführung
• Energetische Aspekte und Bilanzieren von Prozessen im Technikums- und Produktionsmaßstab.  

Absolventen sollen die Fähigkeit haben, verfahrenstechnische und chemische Prozesse quantitativ zu beurteilen, diese mit Softwarewerkzeugen abzubilden und schließlich zu optimieren. 

Organische Synthesechemie

Lernziel

Grundsolide Ausbildung im Bereich der Organischen Chemie mit dem Ziel, Studenten zu sinnvollem Handeln zu befähigen, wo immer organische Moleküle zur Verwendung kommen (sowohl im Umgang mit Polymeren, Wirk- und Werkstoffen aller Art als auch in der Synthesepraxis im Bereich der Laborsynthese, der Entwicklung und Produktion.

Der Studierende wird in diesem Modul befähigt, die Primär- und Sekundärliteratur der Organischen Synthese zu lesen, zu verstehen und entsprechend eigene Syntheseoperationen zu planen. Dazu gehört eine solide Kenntnis der Standardreaktionen der wichtigsten Stoffgruppen, der Methoden zur Herstellung enantiomerenreiner Moleküle und zur Erstellung eines Syntheseplans für einfache Moleküle.

Der Studierende wird nach erfolgreichem Abschluss des Moduls in derLage sein, eigene einfache Synthesen zu planen, deren Ergebnisse zu bewerten und entsprechende Optimierungen in der Praxis vorzuschlagen.

Inhalt

Vermittlung der praxisrelevanten Reaktionen in der organischen Synthesechemie. Behandlung der Methoden zur Herstellung enantiomerenreiner Verbindungen. Einführung in die Retrosynthese. Behandlung der Synthesen praxisrelevanter Stoffgruppen.

Synthesechemie - Praktikum

Lernziel

Erwerb von Fertigkeiten im sachgerechten Umgang mit festen, flüssigen und gasförmigen Chemikalien. Dies beinhaltet die Abschätzung ihres Gefahrenpotenzials bei Lagerung, Transport, Entsorgung und bei der Durchführung von Experimenten.

Kenntnis der grundlegenden Arbeitstechniken im Syntheselabor sowie der sinnvollen Planung von Syntheseapparaturen gemäß der Synthese- planung.

Erwerb von Fertigkeiten zur exakten und vollständigen Dokumentation chemischer Experimente

Inhalt

Beschaffung der sicherheitsrelevanten Daten aller eingesetzten und
hergestellten Chemikalien.

Planung des Versuchsablaufes unter Berücksichtigung chemischer und sicherheitsrelevanter Gesichtspunkte.

Synthese von Molekülen unter besonderer Berücksichtigung des Erlernens grundlegender Operationen im Syntheselabor. Genannt seien hier beispielhaft: Rühren, Refluxieren, Filtrieren, Pumpen, Dosieren von flüssigen, gasförmigen und festen Stoffen, Durchführen von Reaktionen bei hohen und sehr tiefen Temperaturen, Kristallisieren, Destillieren, Extrahieren, Chromatographieren, Aufbau von Glasapparaturen.

Identifizierung von Molekülen mittels z.B. Siedepunkt, Schmelzpunkt, Brechungsindex, Rf-Wert, Drehwert, IR-Spektrum.
Entsorgung angefallener Chemikalien.

Führen eines Laborjournals.

Ingeneurenglisch

Lernziele

• Einführung in die Thematik „Englisch in technischen und wissenschaftlichen Berufen“
• Sich mit wichtigen in der Industrie häufigen Situationen vertraut machen, in denen Englisch verlangt wird
• Verbesserung aller Sprachfertigkeiten mit dem Schwerpunkt auf die aktiven (Sprechen, Schreiben)
• Abbau von Hemmungen bei der Verwendung der gesprochenen Sprache

Inhalt

• Hörverstehens-, Lese- und Antwortübungen
• Zusammenstellung von sprachlichen Bausteinen zu englischen Sätzen
• Terminabsprachen, Bestellungen, Beschwerden, Protokolle

Phasengleichgewichtsthermodynamik

Lernziel

Die Studierenden erlangen in der Vorlesung Kenntnisse über physikalisch-chemische Gesetzmäßigkeiten der Phasengleich-
gewichtsthermodynamik und deren Anwendung bei typischen industriellen Fragestellungen. Sie erlangen aufgrund von Übungen die Fähigkeit, die wichtigsten physikalisch-chemischen Gesetzmäßigkeiten auf typische Aufgabestellungen anzuwenden.Im Praktikum erlangen Sie darüber hinaus die Kompetenz sich in Aufgabenstellungen der chemischen Thermodynamik, Elektrochemie und Phasengleichgewichtsthermodynamik Versuche eigenständig einzuarbeiten und durchzuführen, Messergebnisse in geeigneter Weise aufzuarbeiten, Versuche zu protokollieren und Ergebnisse zu interpretieren.

Inhalt Vorlesung

1. Einkomponentensysteme: Aufbau und Interpretation von Phasen- diagrammen; Berechnung der Änderung thermodynamischer Größen für Phasenübergänge (Verdampfen, Schmelzen, Sublimation, Modifikations- umwandlung)
2. Thermodynamik binärer Mischungen: Beschreibung des Mischungs- vorganges mit Hilfe der thermodynamischen Mischungsgrößen am Beispiel idealer Mischsysteme; Beschreibung und molekulare Deutung des Abweichens davon bei realen Mischungen.
3. Binäre Flüssigkeitsmischungen: Verhalten idealer und realer Misch- ungen in Abhängigkeit von Druck und Temperatur (Siede-, Dampfdruck- und Gleichgewichtsdiagramm, Siedepunkterniedrigung bzw. -erhöhung; Mischungslücke); Trennung von Flüssigkeitsmischungen durch Destil- lation, fraktionierte Destillation, Rektifikation, azeotrope Destillation.
4. Lösen von Feststoffen und Gasen in Flüssigkeiten: kolligative Effekte (Dampfdruckerniedrigung, Siedepunktserhöhung, Gefrierpunktser- niedrigung, Osmotischer Druck); Löslichkeit von Feststoffen und Gasen in Abhängigkeit von Druck, Temperatur und Ionenstärke.
5. Binäre Feststoffmischungen: Schmelzdiagramme idealer und realer Mischungen; Bestimmung von Schmelzdiagrammen durch thermische Analyse.

Inhalt Praktikum

Das Praktikum umfasst den Stoff der Module „Grundlagen der Physikali- schen Chemie“ und „Phasengleichgewichtsthermodynamik“. Zu folgenden Themengebieten werden Versuche angeboten:

1. Thermodynamik chemischer Reaktionen
2. Phasengleichgewichtsthermodynamik reiner Stoffe
3. Phasengleichgewichtsthermodynamik binärer Mischungen
4. Elektrochemie(Zellspannung)

Kinetik

Lernziel

Die Studierenden erlangen Kenntnisse über die wichtigsten physikalisch- chemische Gesetzmäßigkeiten der Bewegungskinetik ungeladener und geladener Teilchen, sowie der chemischen Reaktionskinetik und deren Anwendungen bei typischen industriellen Fragestellungen. Im Praktikum erlangen Sie darüber hinaus die Kompetenz eigenständig Versuche durchzuführen, Messergebnisse in geeigneter Weise aufzuarbeiten, Versuche zu protokollieren und Ergebnisse zu interpretieren.

Inhalt Vorlesung

1. Bewegungskinetik: Verhalten von Fluiden im Temperatur- (Wärmeleitfähigkeit), Druck- (Viskosität) oder Konzentrationsgradienten (Diffusion).
2. Leitfähigkeit von Elektrolyten: Leitfähigkeit starker (Kohlrausch-Gesetz) und schwacher Elektrolyte (Ostwaldsches Verdünnungsgesetz); Zusammenhang von Hittorfscher Überführungszahl und Ionenbeweglichkeit.
3. Chemische Reaktionskinetik: Komplexe Reaktionen (Folge- und Parallelreaktionen) Katalysierte Reaktionen (Homogene Katalyse, Enzymkatalyse, Heterogene Katalyse); Diffusionskontrollierte Reaktionen (heterogene Reaktionen und Reaktionen an Oberflächen); Einfluss von Temperatur, Lösemittel und Ionenstärke auf Reaktionsgeschwindigkeit (Theorie des aktivierten Übergangkomplexes)
4. Ad- und Desorption: Adsorptionsisothermen für Adsorption aus Flüssigkeiten und Gasen (Langmuir, Freundlich, BET)

Inhalt Praktikum

Das Praktikum umfasst den Stoff der Module „Grundlagen der Physikali- schen Chemie“ und „Kinetik“. Zu folgenden Themengebieten werden Versuche angeboten:

1. Bewegungskinetik ungeladener und geladener Teilchen (Viskosität, Leitfähigkeit)
2. Abhängigkeit der Reaktionskinetik chemischer Reaktionen und enzymatisch katalysierter Reaktionen von der Konzentration der Reaktanden, vom pH-Wert, Ionenstärke oder Temperatur.
3. Ad- und Desorption aus Lösungen (Langmuir, Freundlich) und Gasphase (BET) an Feststoffen.

Wahlpflichtmodule Wintersemester

Siehe Punkt 2.1. im Modulhandbuch: Wahlpflichtmodule 1 - Wintersemester

Wahlpflichtmodule Sommersemester

Siehe Punkt 2.2. im Modulhandbuch: Wahlpflichtmodule 2 - Sommersemester

Bioanalytik

Lernziel

1. Studierende können geeignete Methoden für häufige bioanalytische Fragestellungen, insbesondere der Analytik von Proteinen und Nukleinsäuren, auswählen und bewerten
2. Darüber hinaus können die Teilnehmer selbstständig anhand derAnforderungen des Marktes ein geeignetes Produkt-Design für bioanalytische Verfahren entwickeln
3. Teilnehmer des Praktikums können gängige bioanalytische Techniken ausführen, die verwendeten Geräte bedienen und geeignete Maßnahmen zum Umgang mit empfindlichen Biomolekülen treffen.

Inhalt Unterricht

Trennmethoden: Chromatographie, Elektrophorese, Zentrifugation Quantifizierung: Arrays, Immunchemie etc.

Identifizierung: Sequenzieren (Sanger, Edman), Hochdurchsatz- Sequenzierung, massenspektrometrische Verfahren.

Charakterisierung: posttranslationale Modifikation, Protein- Protein- Wechselwirkungen; Aktivität.

Bioassays: Zytotoxizität, Reportergen- Methoden, Ames- Test, zelluläre Indikatoren

Inhalt Praktikum

enzymatische Tests, Sandwich ELISA Verfahren, Elektrophorese, Färbemethoden, Quantifizierung von Biomolekülen

Biochemie für Fortgeschrittene

Lernziel

Die Studierenden können wissenschaftliche Sachverhalte präsentieren.

Die Studierenden können durch die Kenntnisse der Molekularbiologie und Signaltransduktion gentechnische und biotechnologische Anwendungen und Verfahren richtig einschätzen und anwenden.

Die Studierenden können einfache Proteinreinigungen erfolgreich durchführen und die Produkte charakterisieren. Sie können einfache gentechnische Verfahren (Klonierungen) konzipieren und selbstständig durchführen

Inhalt Vorlesung

• Ausprägung genetischer Information bei Eukaryonten
• Signaltransduktion und Regulation der Genexpression in Eukaryonten
• Molekularbiologische Grundlagen
• Gentechnische Methoden (Klonierung von Genen, gerichtete/ ungerichtete Mutation etc.)
• Genexpressionsanalysen
• Grundlagen der Proteinbiochemie

Inhalt Praktikum

• Isolierung, Anreinigung und Quantifizierung von Proteinen
• Gelelektrophorese von Proteinen (SDS-PAGE)
• Erzeugung rekombinanter DNA:
• Restriktionsverdau, Ligation, Transformation, Analyse der Ergebnisse

Zu Beginn des Praktikums findet eine kurze Einführung zu den Praktikumsversuchen statt.

Bioverfahrenstechnik

Lernziel

Die Studierenden können, biotechnologische Verfahren und ihre wirtschaftliche Bedeutung beschreiben. Die Studierenden sind in der Lage, die biologischen Hintergründe der Verfahren zu benennen und die Anforderungen biologischer Systeme für die Durchführung von Reaktionen zu erklären. Sie können die Kinetik biologischer Reaktionen darstellen und deren Parameter aus Experimenten ermitteln. Die Studierenden können die speziellen Anforderungen an die Apparate und die Mess- und Regeltechnik erklären und wichtige Bioprozesse und Anlagen beschreiben.

Die Studierenden können Medien, Vorkulturen, Bioreaktoren und deren Peripherie so vorbereiten, dass ein monoseptischer Prozess durchgeführt werden kann. Sie sind in der Lage, Proben unter Vermeidung von Fremdinfektionen zu entnehmen und diese analytisch zu bewerten. Sie können für die verschiedenen Betriebsweisen Bilanzen erstellen und kennen die Methoden zur Optimierung.

Inhalt Vorlesung

• Technisch wichtige Mikroorganismen; Zellkulturen; Substratansprüche
• Metabolismus und Gentechnik
• Reaktorsysteme, Sterilisation und sterilisierbare Reaktoren
• Kinetik, Wachstumskinetik, Produktinhibierung
• Begasung von Reaktoren, Stofftransport
• Mess- und Regeltechnik
• Down-Stream Processing
• Betriebsweisen und Bilanzierung
• Übungsaufgaben zu den einzelnen Kapiteln

Inhalt Praktikum

• Immobilisierung von Hefe und Vergleich mit nativer Hefe hinsichtlich Gäraktivität.
• Sauerstoffbedarf und Sauerstoffversorgung, Bestimmung des KLa- Wertes.
• Substratlimitiertes Wachstum von Mikroorganismen, Bestimmung der Reaktionskinetik.

Jede Gruppe muss 3 vorgegebene Versuche durchführen (Eingangskollog) und die Ergebnisse in einem Protokoll pro Gruppe dokumentieren.

Mikrobiologie

Lernziel

Die Studierenden erwerben einen Überblick über die Systematik und Biologie der Mikroorganismen. Die Studierenden sind in der Lage, Pro- und Eukaryonten gegeneinander abzugrenzen und Besonderheiten von Mikroorganismen bezüglich Zellaufbau, Wachstum, Ernährung und Lebensweise zu beschreiben. Außerdem sind sie in der Lage, die Rolle von Mikroorganismen in der Natur zu erklären und den industriellen Nutzen von Mikroorganismen zu benennen.

Die Studierenden können Mikroorganismen im Labor untersuchen, kultivieren, konservieren und fachgerecht entsorgen. Weiterhin besitzen sie Kenntnis über die gebräuchlichen Mechanismen für Sterilisation und Desinfektion im Labor.

Inhalt Vorlesung

• allgemeine Eigenschaften von Mikroorganismen, Mikroskopie
• Vergleich Prokaryonten und Eukaryonten (Struktur und Funktion der Zelle)
• Pilze
• Viren
• Besonderheiten prokaryontischer Zellen (z.B. Zellwand, Flagellen, Wirkung von Antibiotika)
• Wachstum, Ernährung und Lebensweise von Mikroorganismen; Zusammensetzung mikrobiologischer Nährmedien
• Laborkultivierung von Mikroorganismen; Entkeimung von Gerätschaften und Kulturmaterial; Konservierung von Mikroorganismen
• Prokaryotische Genetik und Molekularbiologie
• Regulation des Stoffwechsels und des Zellaufbaus von Bakterien
• die Rolle von Mikroorganismen im Stoffkreislauf und in der Natur
• Mikroorganismen als Symbionten und Antagonisten

Inhalt Praktikum

Mikroskopie

• Praxis des Ansetzens, Bebrütens, Auswertens und Entsorgens von Mikroorganismen
• Praxis der Sterilisation und Desinfektion von Laborgeräten und Kulturmaterial
• Bestimmung der Zellzahl, Messung der optischen Dichte, Bestimmung des Nass- und Trockengewichts von Mikroorganismen

Organische Chemie und Analtik 1

Lernziel

Vertiefung der drei Grundschritte bei der Synthese und Charakterisierung von organischen Molekülen:

• Planung und Durchführung der Synthese (mit In‐Prozesskontrolle)
• Präparative Trennung und Isolierung der Produkte
• Identifizierung der Reinstoffe mit den spektroskopischen Verfahren UV/VIS‐, IR‐ und NMR‐Spektroskopie sowie der Massenspektrometrie

Den Studierenden wird so die Fähigkeit vermittelt, organisch‐ chemische Synthesen in der Gänze selbstständig durchzuführen und die hergestellten organischen Stoffe zu charakterisieren.

Inhalt Vorlesung

Identifizierung und Charakterisierung von chiralen und achiralen Haupt‐ und Nebenprodukten einer organischen Synthese mit Hilfe der UV/Vis‐, IR‐ und NMR‐Spektroskopie sowie der Massen‐ spektrometrie. Zur Vertiefung der Theorie werden Übungs‐ aufgaben zu Strukturaufklärung von Molekülen von den Studierenden eigenständig bearbeitet und besprochen.

Inhalt Praktikum

Erweiterung der handwerklichen Fähigkeiten im Bereich der organischen Synthese, Trennung komplexerer Stoffgemische und Identifizierung der Moleküle nach Aufnahme und Interpretation der Spektren. Zusätzlich werden Übungssubstanzen zur eigenständigen Identifizierung bearbeitet.

Organische Chemie und Analytik 2

Lernziel

Anwendung und Vertiefung der Kenntnisse zu chromato‐ graphischen Analysen‐ und Trennverfahren.

• Analysenplanung
• Probenvorbereitung
• Methodenentwicklung und ‐optimierung
• Qualitative und quantitative Analyse organischer Stoffgemische
• Trennmedien, Detektoren und Derivatisierungsverfahren
• Analyse komplexer organischer Stoffgemische

Den Studierenden wird die Fähigkeit vermittelt hergestellte organische Stoffgemische sicher zu analysieren und Komponenten zu quantifizieren. Dabei liegt ein Fokus auf der Gas‐ und der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (GC, HPLC) zu quantifizieren. Dabei liegt ein Fokus auf der Gas‐ und der Hochleistungsflüssigkeitschromato‐ graphie (GC, HPLC)

Inhalt Vorlesung

Theorie zur Gas‐ und Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, Auswahl einer geeigneten Methode anhand der Eigenschaften des organischen Analyten, Analysenplanung, Probenvorbereitung, Entwicklung und Optimierung analytischer Trennmethoden für organische Stoffgemische, Detektorsysteme und Derivatisierungs‐ methoden, Quantifizierung von ausgewählten Komponenten eines komplexen organischen Stoffgemisches.

Inhalt Praktikum

Selbstständige Planung, Probenvorbereitung, Entwicklung und Optimierung einer geeigneten analytischen Trennmethode zur qualitativen und quantitativen Analyse eines organischen Stoffgemisches mittels der GC und HPLC. Auswahl geeigneter Detektorsystem und ggf. notwendiger Derivatisierungsmethoden. Verfassen eines strukturierten Analysenberichtes.

Anorganische Chemie

Lernziel

Lernziel Vorlesung: Aufbauend auf den im 1.+ 2. Semester vermittelten Inhalten der Vorlesung „Allgemeine und Anorganische Chemie“ sollen die Studierenden vertieft in die anorganische Stoffchemie, vor allem die Elemente der Nebengruppen eingeführt werden. Die Studierenden sollen Aufbau und Struktur von Komplexverbindungen herleiten und erläutern können. Anhand verschiedener Bindungstheorien (VB-Theorie, Ligandenfeldtheorie, MO-Theorie) sollen die Reaktivität sowie physikalisch-chemische Eigenschaften von Komplexverbindungen vorhergesagt und beschrieben werden können.

Anhand des Periodensystems sollen die Eigenschaften der jeweiligen Nebengruppenelemente kennenglernt werden, um ihre wesentlichen Eigenschaften, Strukturen und Anwendungsfelder zu verstehen und herzuleiten. Wichtige industrielle Verfahren zur Herstellung der Elemente und ihrer Verbindungen sowie deren Eigenschaften und Anwendungsfelder sollen kennengelernt werden, vor allem auch um die Bedeutung für Alltag und Industrie zu verstehen. Die Studierenden sind nach diesem Modul in der Lage, auf der Grundlage der Stellung der Elemente im Periodensystem, der erlernten umfangreichen Stoffkenntnisse sowie der vorgestellten Konzepte die Struktur und Reaktivität und Anwendungen von Komplex- und Nebengruppenelementen einschätzen und vorhersagen zu können und das erworbene Stoffwissen zur Bearbeitung grundlegender chemischer Fragestellungen anzuwenden.

Praktikum: Einfache präparative Techniken zur Herstellung anorganischer Stoffe sollen erlernt, angewendet und sicher beherrscht werden. Im Fokus steht die Synthese verschiedener Stoffklassen, v.a. Salze, kovalente Verbindungen, gasförmige Verbindungen und Komplexe. Der Umgang mit Gasen soll erlernt und sicher eingesetzt werden.

Im Rahmen des Praktikums und des Seminars sollen die Studierenden ihre Fähigkeit zur Gruppenarbeit weiter vertiefen. Sie arbeiten Kurzvorträge aus, entwerfen Vortragsfolien und Poster und entwickeln ihre Kommunikation und Präsentationsfähigkeit weiter.

Inhalt Vorlesung

Chemie der Elemente der Nebengruppen („Stoffchemie“): Eigenschaften und Vorkommen der Elemente; Herstellung der Elemente; Wichtige Verbindungen/Verbindungsklassen der Elemente; Anwendungen von Nebengruppenelementverbindungen; industriell relevante Prozesse (Eisen-/Stahlherstellung, Kupfergewinnung, Mond-Verfahren etc.).

Konzepte und Exkurse, v. a. zur Komplexchemie: Struktur und Geometrie von Komplexen; Chemische Bindung in Komplexen (Edelgasregel, Ligandenfeldtheorie, MO-Theorie); Bedeutung/Anwendungen von Komplexen in Chemie, Technik und Biochemie. In den begleitenden Übungen innerhalb der Vorlesung werden die erarbeiteten Grundlagen durch beispielhafte Aufgaben vertieft.

Inhalt Praktikum

Anorganische Präparate

Jede Gruppe (2 Studenten) muss die vorgegebenen Präparate herstellen. Über die Versuche ist ein Protokoll anzufertigen.

Parallel zum Praktikum findet ein Seminar statt, in dem die Praktikums- aufgaben diskutiert werden zudem hält jeder Student einen Kurzvortrag. Die Themen dafür werden zu Beginn des Semesters bekannt gegeben.

Chemische Feststoffverfahrenstechnik (CFVT)

Lernziel

Die Studierenden verstehen die Eigenschaften fester partikulärer Materia- lien und disperser Systeme und können die wichtigsten Eigenschaften von Partikelgrößenverteilungen erklären. Sie sind in der Lage, die wichtigsten Kenngrößen solcher Partikelgrößenverteilungen zu quantifizieren und zu analysieren.

Die Studierenden erlangen in dieser Lehrveranstaltung darüber hinaus ein grundsätzliches Verständnis über das Zusammenwirken von Transport- vorgängen und der eigentlichen chemischen Reaktion (bzw. Adsorption, Kristalleinbau) an einem Einzelpartikel (Makrokinetik).Ein typisches Beispiel für partikuläre Systeme in der chemischen Technik stellt die Festbettschüttung dar, deren wichtigste Charakteristika in dieser Lehrveranstaltung herausgearbeitet werden.

Die Adsorption an einem Einzelpartikel sowie in einer Festbettschüttung wird als verfahrenstechnisches Beispiel eingehend behandelt. Dabei wer- den Parallelen zur Chromatographie als bekannte analytische Methode in der Chemie aufgezeigt.

Die erzielten Kompetenzen sollen die Studierenden in die Lage versetzen, einfache verfahrenstechnische Zusammenhänge zu verstehen und zu be- werten, wodurch die Studierenden befähigt werden, im späteren Berufs- leben mit Ingenieuren effizienter zusammenzuarbeiten.

Inhalt Vorlesung

1. Einzelpartikel und Partikelkollektive

• Äquivalentdurchmesser, Formfaktoren, spez. Oberfläche
• Packungsstrukuren (ideale, reale Packungen; Lückengrad, Schüttdichte, wahre und scheinbare Dichte)
• Partikelgrößenverteilungen: allgemeine Darstellung nach Mengenart, Verteilungsdichtefunktionen und Verteilungs- summenfunktionen, charakteristische Kenngrößen von Verteilungen, Approximationsfunktionen
• Methoden zur Charakterisierung von Partikelkollektiven (Siebanalyse, Sedimentationsverfahren, Bildanalyse, optische Verfahren)

2. Kinetik und Transportphänomene in und an Feststoffpartikeln

• Mikro- und Makrokinetik (Bsp.: heterogene Katalyse)
• Formulierung reaktionskinetischer Ansätze
• diskontinuierlicher (BR) und kontinuierlicher Rührkesssel- reaktor (CSTR)
• Impulstransport: Strömungsarten (laminar, turbulent, Re-Zahl, Pfropfenströmung), Druckverlust in Schüttungen, Lückengrad
• Stofftransport: Diffusion, Konvektion, Filmdiffusion, Dispersion, Sh-Zahl, Sc-Zahl, Bo-Zahl

3. Adsorptionsprozesse

• technisch relevante Adsorbentien und Adsorptionsprozesse
• thermodynamische Grundlagen der Ad-/Desorption am Einzel- korn (Chemi-/Physisorption; Adsorptionsisothermen), Multi- LANGMUIR-Gleichungen
• Messung von Adsorptionsisothermen
• Diffusion in porösen Medien (normale Diffusion, KNUDSEN- Diffusion, Oberflächendiffusion, konfigurelle Diffusion)
• Festbettadsorber: Dynamik von Adsorptionsfronten (Durchbruchszeit)
• Adsorptions- und Regenerationsverfahren

Makromolekulare Chemie und Kunststofftechnik

Lernziel

Kenntnis des Zusammenhangs zwischen der Struktur der Polymere und den daraus resultierenden Kunststoffeigenschaften, Besonderheiten der Polymere, Kunststoffe als vielfältige Werkstoffe für die moderne Technik

• Kenntnis der wichtigsten Verfahren zur Aufbereitung und Verarbeitung von Kunststoffen,
• Kenntnis der Besonderheiten der drei Kunststoffklassen Thermoplaste, Elastomere und Duromere,
• Kenntnis der wichtigsten Methoden der Kunststoffprüfung

Inhalt Vorlesung

• Theorie der Makromoleküle; Molekulargewichtsverteilung; Polymerisationsgrad; Gelpermeations-Chromatographie. Struktur der Makromoleküle: Thermoplaste; Elastomere; Duromere
• Charakteristische Übergangstemperaturen: Glastemperatur; Fließtemperatur; Schmelztemperatur; Zersetzungstemperatur
• Statistisches Knäuel; Orientierung und Kunststoffeigenschaften
• Teilkristalline Thermoplaste; Taktizität
• Elastomere und Entropie-Elastizität
• Additive; Polymerblends; Copolymere
• radikalische Polymerisation
• Kunststoffverarbeitung: Aufbereitung, Walzen, Pressen, Extrusion, Spritzgießen
• Kunststoffprüfung

Inhalt Praktikum

• Kunststoffaufbereitung: Mischen, Walzen
• Kunststoffverarbeitung: Pressen, Extrudieren, Spritzgießen
• Kunststoffprüfung: Zugprüfung, Härteprüfung, Schlagbiegeprüfung, Schmelzflußindex

Jede Gruppe (max. 10 Studenten) muss die vorgegebenen Versuche durchführen.

Parallel zum Praktikum findet ein Seminar statt, in dem die Studenten in konzentrierter Form über den Stoff des jeweiligen Versuches unterrichtet werden.

Chemische Reaktionstechnik

Lernziel

• Förderung der ingenieurmäßigen Arbeitsweise
• Fähigkeit, den zur Herstellung eines chemischen Stoffes notwendigen Reaktor auszuwählen und zu dimensionieren
• Fähigkeit, einen vorgegebenen Reaktor fluiddynamisch zu charakterisieren und dessen Eignung zur Durchführung einesgegebenen Reaktionssystems zu beurteilen
• Fähigkeit, Methoden zur simultanen Lösung der Stoff- und Wärmebilanzen anzuwenden

Analog zum Unterrichtsziel; Experimentelle Untersuchung eines physikalisch- chemischen Sachverhalts und Überprüfen anhand von Modellgleichungen

Inhalt Unterricht

• Stöchiometrie einfacher und komplexer chemischer Reaktionen
• Kinetische Modelle und Methoden zur Ermittlung kinetischer Parameter
• Verweilzeit- und Umsatzverhalten der Grundtypen chemischer Reaktoren (Idealrohr, Idealkessel, Kesselkaskade, Satzreaktor)
• Adiabate und polytrope Reaktionsführung im Idealkessel.

Inhalt Seminar

Vertiefung der Vorlesungs- und Praktikumsinhalte anhand von ausgewählten  Rechenbeispielen und Übungen

Inhalt Praktikum

• Verhalten der Reaktorgrundtypen
• Ermittlung kinetischer Daten
• exotherme Gleichgewichtsreaktion
• Technischer Rohrreaktor
• Technischer Rührkessel
• enzymatische Reaktion
• Vorbereitungsseminar

Fluidmechanik

Lernziel

Die Studierenden verstehen grundlegende Vorgänge der Strömungs- mechanik. Sie sind in der Lage, den Druck und die Strömungsgeschwin- digkeit in durchströmten Rohrleitungen und anderen fluiden Systemen zu bestimmen und die Kraftwirkung von Fluiden auf überströmte Wände zu berechnen. Sie beherrschen die Druckverlustberechnung und können diese zur Rohrleitungs- und Pumpendimensionierung richtig anwenden.

Inhalt Vorlesung

Hydrostatik Hydrodynamik

• Grundbegriffe strömender Fluide
• Kontinuitätsgleichung
• Druckverlustberechnung
• Impulsbilanz

Inhalt Übung

Umfangreiche Aufgabensammlung zu jedem oben genannten Kapitel

Prozess- und Wärmelehre

Lernziel

Wärmelehre

• Fähigkeit aus komplexen Sachverhalten relevante Informationen in Bezug auf einen energetischen Optimierung von verfahrenstechnischen Aspekte zu gewinnen und bewerten.Grundlegende Kenntnisse über die Thermodynamik insbesondere von offenen Systemen in Prozessen mit Arbeits-, Wärmeübertragungs- und Strömungsvorgängen sowie reale Kreisprozesse
• Fähigkeit, mit der Kenntnis der thermodynamischen Eigenschaften, chemische und verfahrenstechnische Prozesse energetisch zu opti- mieren;
• Fähigkeit Wärmeüberträger wärmetechnisch auszulegen und wichtige Aspekte der Auswahl von Apparaturen zu beurteilen

Prozesslehre

Kenntnis der Rohstoffe der chemischen Industrie und deren Verfügbarkeiten. Kenntnis der historischen, stofflichen, wirtschaftlichen und technologischen Entwicklung chemischer Fabrikationsverfahren. Kenntnis der Zusammenhänge zwischen stöchiometrischen, thermodynamischen und kinetischen Gesetzmäßigkeiten chemischer Reaktionen und Funktionsprinzipien chemischer Anlagen. Kenntnis typischer Verfahren zur Synthese von Grundchemikalien und Produktstammbäume. Kenntnis der Bedeutung, Herstellung und Einsatz von Katalysatoren

Fähigkeit der Erstellung und Lösung von Material- und Energiebilanzgleichungen chemischer Anlagen und Anlagenteile, Berechnung der einschlägigen Kenngrößen für die Bewertung von Produktionsverfahren.

Inhalt Wärmelehre

Erster und Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik für offene und geschlossen Systeme

• Reversible und nicht-reversible Zustandsänderungen und Kreisprozesse von idealen und realen Gasen und kondensierbaren Dämpfen (besonders Wasserdampf)
• Anwendung von Zustandsdiagrammen und –Tafeln (besonders p-V-T- Daten, Entropie- und Enthalpiedaten, Dampftafeln)
• Bewertung von Prozessen (Exergieanalyse) Energieoptimierungsmethoden für chemische Prozesse

Im Rahmen der Vorlesung werden Übungsaufgaben gerechnet. Es werden zwei- wöchentlich Übungsaufgaben zum Selbststudium ausgegeben

Inhalt Prozesslehre

Historische, wirtschaftliche, stoffliche und technologische Grundlagen der Produktion chemischer Grundchemikalien. Detaillierte Betrachtung ausgewählter technischer Verfahren wesentlicher Grundprodukte der chemischen Industrie. Stoffliche und energetische Vernetzung sowie Diversifizierung typischer Produktstammbäume basierend auf verfügbaren Rohstoffen. Stöchiometrische, thermodynamische und kinetische Gesetzmäßigkeiten chemischer Reaktionen und Ableitung prinzipieller Konzepte chemischer Produktionsmethoden. Erstellung und Lösung stationärer Energie- und Materialbilanzgleichungen chemischer Anlagen und Anlagenteile, Genauigkeitsgrenzen.

In der Übung werden Stationäre Bilanzierungen von chemischen Prozessen anhand von Fallbeispielen behandelt

Mechanische Verfahrenstechnik

Lernziel

Die Studierenden verstehen die Eigenschaften partikulärer Materialien und disperser Systeme und lernen die verschiedenen Methoden der Partikelgrößenanalyse kennen. Sie können die Phänomene an Phasengrenzen und die interpartikulären Wechselwirkungen beschreiben. Sie beherrschen die Auslegung, die prozesstechnischen Besonderheiten, die Bilanzierung und die Bewertung von Misch- und Rührprozessen, Zerteilung- und Trennprozessen. Sie können je nach Anforderungsprofil den Prozess planen und beurteilen. Sie können rheologische Eigenschaften von Fluiden mit nichtlinearem Materialverhalten ermitteln und bewerten.

Inhalt

Charakterisierung partikulärer Materialien und disperser Systeme, Partikelgrößenanalyse

• Grundlagen von Mehrphasenströmungen
• Materialverhalten von Fluiden, Rheologie
• Partikelwechselwirkungen
• Durchströmung von Partikelschichten
• Rühren und Mischen
• Zerteilungsprozesse (Zerkleinerung, Zerstäubung)
• Fest-Flüssig-Trennung
• Sieb- und Strömungsklassierung

Inhalt Praktikum

• Partikelcharakterisierung:
• Partikelgrößenanalyse:
• Siebung; Sedimentation; Laserbeugungsspektrometrie; Bildanalyse
• Spezifische Oberfläche: Gasadsorption; Durchströmungsmethode
• Rheologie: stationäre Scherströmung; Materialeigenschaften; Newtonsche und Nicht-Newtonsche Fluide
• Prozesstechnologie:
• Rührtechnologie
• Feststoffzerkleinerung und Klassierung
• Fest/Flüssig-Trenntechnik, Gasreinigung

Thermische Trennverfahren und Simulation

Lernziel

• Fähigkeit zur Aufstellung von Bilanzen über ein System und Bestimmung der Ströme über die Systemgrenzen
• Verständnis für die Gesetze der Phasengleichgewichte bei der Prozessentwicklung und - optimierung
• Verständnis für die unterschiedlichen Phänomene der Phasen- gleichgewichte und des Wärme- und Stoffaustausches
• Fähigkeit zum Messen, Berechnen und Bewerten von Massen- strömen, Wärmeströmen und Konzentrationen in Apparaten und Anlagen

Inhalt Vorlesung

Bilanzierung verfahrenstechnischer Anlagen:

Aufstellen von Mengen-, Komponentenmengen-, Enthalpie- und Entropiebilanzen um Anlagen und Anlagenteile

Auslegung ein- und mehrstufiger thermischer Trennprozesse:

Grafische und numerische Berechnung von thermischen Trennprozessen wie Destillation, Verdampfung, Extraktion und Trocknung; Anwendung von Simulationsprogrammen

Dimensionierung von verfahrenstechnischen Apparaten und An-lagen: Ermittlung der wichtigsten Apparateabmessungen; Auslegung von Kolonneneinbauten (Packungen und Böden), Extraktionsapparaten und Trockner

Im Rahmen der Vorlesungen wird ein Teil der angebotenen Übungsaufgaben gerechnet. Zusätzlich finden für Studierende frei-willige Tutorien statt.

Übung Simulationstechnik?

Einführung in die Handhabung des Simulationsprogrammes „AspenPlus“. Durchführung von Simulationen aus den Bereichen Destillation und Wärmeübertragung

Inhalt Praktikum

Es werden Versuche angeboten zur: Destillation:

• Thermische Trennung azeotrop siedender Binärgemische in Boden- bzw.
• Packungskolonnen Verdampfung:
• Eindampfung wässriger Salzlösungen in UmlaufverdampferanlagenExtraktion:
• Trennung wässriger Karbonsäurelösungen mit organischen
• Lösungsmitteln in pulsierten Extraktionskolonnen Trocknung:
• Sprühtrocknung wässriger Salzlösungen

Jede Praktikumsgruppe muss drei vorgegebene Versuche bewältigen und dazu Versuchsprotokolle erstellen.Alle Gruppen müssen vor Beginn der Praktikumsversuche an zwei Einführungsseminaren teilnehmen.