Lehrveranstaltungen

Bachelor-Lehrveranstaltungen

Die Vorlesung betrachtet allgemeine Eigenschaften und deren Trends, Modifikationen, Herstellung, Verwendung und Chemie der Nichtmetalle und Metalle in elementarer Form. Zudem werden Herstellung und Eigenschaften von Wasserstoffverbindungen, Oxiden, Oxosäuren und Halogeniden der Nichtmetalle anhand einfacher, ausgewählter Beispiele, unter Einbeziehung von thermodynamischen und kinetischen Konzepten, behandelt.

Konzeptionell werden Aufbau der Materie, Molekülorbitale, MO-Schemata zweiatomiger Moleküle (H2, F2, O2, N2), Strukturen (VSEPR-Methode), Bindungsverhältnisse sowie Redoxprozesse und Elektrochemie, Kristallstrukturen, Halbleiter, Materialeigenschaften, sowie natürliche Kreisläufe und Umweltaspekte (Bsp. Ozon, CO2, NOx, Elemente) behandelt, wie auch die Chemie der Übergangsmetalle in wässriger Lösung, die Grundlagen der Komplexchemie (Bildung und Stabilität von Metallkomplexen, Einführung in die Ligandenfeldtheorie, Komplexgeometrien und -isomerie, Ligandentypen). Alle Lehrinhalte werden durch Demonstrationsversuche unterlegt.

Mehr Informationen zur Vorlesung "Anorganische Chemie I", öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster finden Sie auf TISS.

Modul 1 Komplexchemie (Bayer-Skoff): Bindung in Metallkomplexen; Elektronenstruktur von Übergangsmetallkomplexen, davon abgeleitete optische und magnetische Eigenschaften. Ligandensubstitutions-Reaktionen.

Modul 2 metallorganische Chemie (Kirchner): Methoden zur Synthese von metallorganischer Verbindungen. Typen metallorganischer Liganden (Metall-Ligand-Bindung), Metall-Kohlenstoff- Einfach- und Mehrfachbindungen. Grundreaktionen der metallorganischen Chemie: oxidative Addition / reduktive Eliminierung, Insertions- und Eliminierungsreaktionen, Reaktionen an Liganden. Einfache Beispiele für metalloganische Verbindungen in der homogenen Katalyse.

Modul 3 Hauptgruppenchemie (Bayer-Skoff): Chemie der Halbmetalle, insb. Bor und Silizium; Höher und niedriger koordinierte Hauptgruppenverbindungen und deren Rolle in Reaktionsabläufen; Chemie der Carbide und Nitride. Anorganische Polymere (Silicone, Polyphosphazene). Organometallische Verbindungen (Alkoxide);

Mehr Informationen zur Vorlesung "Anorganische Chemie II, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster" finden Sie auf TISS.

Synthese von organischen und anorganischen Verbindungen nach verschiedenen Mechanismen und unter Anwendung diverser Arbeitstechniken sowie Charakterisierung der Verbindungen anhand verschiedener Methoden. Die Präparate sind in Themenkomplexen organisiert, wobei dem Studierenden aus einer Gruppe methodisch ähnlicher Synthesen Einzelbeispiele zugeteilt werden.

Das Programm beinhaltet die Synthesen organischer Verbindungen durch nukleophile oder radikalische Substitution, Addition oder Elimination, Reduktion oder Oxidation, aromatische Substitution, Kondensation, Diazotierung sowie ein Carbonyl- oder Carboxylderivat. Davon ist ein Präparat im Halbmikromaßstab herzustellen. Weiters ist ein Stoffgemisch zu trennen und die darin enthaltenen Reinstoffe sind zu identifizieren, es ist ein Naturstoff zu isolieren und eine Umsetzung mit einem metallorganischen Reagens ist durchzuführen. Im Bereich der anorganischen Synthese werden ausgewählte Substanzklassen der anorganischen und metallorganischen Chemie synthetisiert: einfache Metallkomplexe, molekulare anorganische Verbindungen der Hauptgruppenelemente, die Verwendung von Li- oder Mg-Organylen in der anorganischen Chemie und metallorganische Verbindungen der Übergangsmetalle (Metallcarbonyle, Sandwich-Komplexe usw.).

Alle Produkte werden durch geeignete spektroskopische und/oder chromatographische Methoden charakterisiert. Wichtige Punkte sind auch Umweltbewusstsein und Entsorgung von Nebenprodukten. Vor jedem Präparat ist eine Besprechung abzulegen. Den einzelnen Themenbereichen sind ECTS-Credits wie folgt zugewiesen: Anorganische Chemie 5.5 Credits, Organische Chemie 9.5 Credits.

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Master-Lehrveranstaltungen

Thema des Kurses

Der erste Teil dieser Vorlesung führt in das Konzept der molekularen Erkennung ein, gibt einen Überblick über die wichtigsten Kräfte der molekularen Selbstorganisation und behandelt einige wichtige historische Meilensteine des Fachgebiets, wie z. B. den kürzlich verliehenen Nobelpreis für Chemie 2016. Wir werden viele Lehrbuchbeispiele für selbstorganisierte Systeme behandeln, einschließlich molekularer (crown ether, Cyclodextrin und Calixarenen) sowie biologischer (Proteine, DNA) Systeme, und uns langsam in der Komplexität steigern. In den folgenden Beispielen werden selbstorganisierte Systeme verschiedener Dimensionalität vorgestellt: 0D (Mizellen, Fullerene), 1D (Kohlenstoff-Nanoröhren), 2D (selbstorganisierte Monoschichten, Langmuir-Blodgett-Schichten, Graphen) und 3D (Block-Copolymere, Flüssig-Kristalle). Am Ende dieses ersten Teils werden wir uns mit der Selbstorganization von anorganischen Nanopartikeln beschäftigen und über metallorganische Gerüste sprechen. Der Kurs wird Ihnen eine Reihe von praktischen Beispielen vorstellen, bei denen die molekulare Selbstorganisation ihren Weg zu Anwendungen und Geräten gefunden hat.

Im zweiten Teil der Vorlesung werden Sie in verschiedene photoaktive Materialien wie Photovoltaik (PV), Leuchtdioden (LED), Laser, Photokatalysatoren und Leuchtstoffe eingeführt. Das Ziel ist es, Ihr Verständnis für das Materialdesign und die Materialanforderungen für jede dieser Anwendungen zu entwickeln. Wir beginnen mit der Erörterung der Natur der Licht-Materie-Wechselwirkungen und sortieren die Konzepte oder Farbe, Transparenz und Opazität, Absorption und Reflexion, Brechung und Doppelbrechung, um die Prinzipien und Grenzen der verschiedenen photoaktiven Materialien zu verstehen. Wir werden dieses Wissen weiter mit der Bandtheory von Festkörpermaterialien verknüpfen und das Konzept von Metallen, Halbleitern und Isolatoren überprüfen. Besonderes Augenmerk wird auf die Geschichte, Grundprinzipien, Materialien, Grenzen und Perspektiven von Solarzellen, Photokatalyse und Leuchtdioden gelegt.

Für die Teilnahme am Kurs ist eine Online-Registrierung auf TISS erforderlich. Falls dies für Sie nicht möglich ist oder Sie nicht an der TU Wien studieren, senden Sie eine E-Mail an Dr. Alexey Cherevan.

Mehr Informationen zu der Vorlesung "Molekulare und selbstorganisierte Materialien, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster" finden Sie auf TISS.

Die Lehrveranstaltung vermittelt grundlegende Kennnisse zur Chemie und Physik nanostruktuierter Materialien sowie deren potenziellen Anwendungen. Schwerpunkte liegen bei:

  • Synthese von Nanostrukturen durch chemische Prozesse
  • Physikalische Ursachen von Nano-Effekten
  • Molekulare Selbstorganisation mit Beispielen für 0D bis 3D Systeme
  • Anwendung und Vertiefung von der Thematik angepassten Methoden zur Charakterisierung der Nanomaterialien
  • Evaluierung von Eigenschaften und Untersuchung hinsichtlich ausgewählter Anwendungen
  • Zusammenhang zwischen den Eigenschaften von Nanomaterialien und ihren Anwendungen

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Nach positiver Absolvierung der Lehrveranstaltung sind Studierende in der Lage, ein Material für eine bestimmte Anwendung zu entwerfen, d. h. mit einer Reihe von Eigenschaften, die für die Anwendung erforderlich sind.
Dazu gehört die Fähigkeit, (i) die Synthese eines gewünschten Materials zu konzipieren, (ii) die Verarbeitung eines gewünschten Materials zu konzipieren.

Am Ende der Vorlesung sollen die Studierenden

  • wissen und verstehen, was ein Werkstoff ist
  • die wichtigsten Materialeigenschaften kennen
  • verstehen, welche molekularen und intermolekularen Merkmale zu diesen Werkstoffeigenschaften führen = Struktur-Eigenschafts-Beziehungen erklären können
  • in der Lage sein, Materialien mit bestimmten Eigenschaften im Materialraum zu identifizieren
  • die wichtigsten Aggregatzustände (kristallin vs. amorph) kennen und wissen, wie man Materialien in einem der beiden Zustände in Abhängigkeit von der Art des Materials synthetisiert.
  • wissen, wie man analysiert, ob der gewünschte Zustand erreicht wurde.
  • wissen und verstehen, wie Materialien durch (Nano-/Mikro-) Strukturierung weiter optimiert werden können.
  • wissen und verstehen, wie man Materialeigenschaften (Verbundwerkstoffe, Hybride) auf verschiedenen Größenskalen und Komplexitätsstufen kombinieren kann.

Inhalt der Lehrveranstaltung

Kapitel 1: Grundlagen der Werkstoffe (Definitionen von Werkstoffen; Werkstoffeigenschaften; Struktur-Eigenschafts-Beziehungen)

Kapitel 2:  Synthese von Massenmaterialien (kristalline vs. amorphe Feststoffe; Synthese von kristallinen Feststoffen aus Lösung/Schmelze/Gas/Festkörper; Synthese von amorphen Feststoffen aus Lösung/Schmelze/Gas/Festkörper)

Kapitel 3: Strukturierung von Werkstoffen (Nano- und Mikrostrukturierung; poröse Werkstoffe)

Kapitel 4: Kombinationen von Werkstoffen (Hybride, Verbundwerkstoffe)

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Nach positiver Absolvierung der Lehrveranstaltung sind Studierende in der Lage, die für Herstellung, Charakterisierung und Eigenschaftsuntersuchung von Hochleistungskeramiken notwendigen Techniken zu beschreiben und teilweise auch bereits anzuwenden.

Inhalt der Lehrveranstaltung

Herstellung und Charakterisierung keramischer Materialien (Struktur, Zusammensetzung, elektrische, elektrochemische und mechanische Eigenschaften)

Verarbeitung der Materialien (Dünnschichtherstellung, Formgebung, Sintern, etc.)

Produktherstellung und Bestimmung von Produkteigenschaften mit Schwerpunkt auf elektrischen und elektrochemischen Produkteigenschaften (z.B. einer Brennstoffzelle)

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Sonstige Lehrveranstaltungen und Vorträge

Prof. Dr. D. Eder

Handouts

Illustration von künstlicher Photosynthese

In seinem Vortrag, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster konzentriert sich Alexey Cherevan auf die Idee der künstlichen Photosynthese - ein Prozess, der darauf abzielt, die Funktionen biologischer Systeme zu imitieren, indem vom Menschen hergestellte Materialien geschaffen werden, die in der Lage sind, Wasser und Kohlendioxid in nützliche Chemikalien umzuwandeln und sich dabei ausschließlich auf die Energie des Lichts stützen. Er erörtert die Möglichkeiten und die Komplexität der natürlichen Photosynthese und zeigt, wie Materialwissenschaftler sich von der Natur inspirieren lassen können, um den Prozess nachzubilden.