Lernstra­tegie: Physi­ka­li­sche Chemie

In Physi­ka­li­sche Chemie 1 & 2 gibt es einige Beson­der­heiten bei den Vorle­sungen, Übungen und der Klausur. Damit du dich trotz vieler Tafel­bilder und schwie­rigen Übungen gut auf die Klausur vorbe­reiten kannst, haben wir dir einige Tipps zusammengestellt.

Allge­meine Tipps

Wie kommst du gut in der Vorle­sung mit? Wie bereitet man sich auf die Übung vor und wie auf die Klausur? Hier unsere Empfehlungen:

1. Für die Vorlesung

Schon am 1. Termin wirst du bemerken, dass die Vorle­sungen in Physi­ka­li­sche Chemie etwas anders ablaufen, als andere Vorle­sungen, die du bereits kennst. Wie du trotzdem gut mit den verschie­denen Heraus­for­de­rungen umgehen kannst, erklären wir dir jetzt:

Umgang mit den Folien

In der Vorle­sung werden sowohl Folien präsen­tiert als auch mit der Tafel gearbeitet. Der Stoff auf den Folien ist teilweise sehr verdichtet und komplex. Zum Teil werden digitale Texte mit Zeich­nungen kombi­niert. Die Heraus­for­de­rung besteht darin, zu verstehen, welche Abläufe auf den Folien beschrieben werden und wie die Graphen und Formeln zu verstehen sind. Hier zwei Beispiele, wie Folien aussehen können:

Michaelis Menten Enzymkinetik:

S+E \xLongleftrightarrow[k_{-1}]{k_1} ES \xrightarrow[]{k_2} E + P

[ES] = \frac{k_1}{(k_{-1}+k_2)} \cdot [E] \cdot [S]

= \frac{1}{k_M} \cdot [E] \cdot [S] mit k_m = \frac{k_{-1}+k_2}{k_1} \rightarrow Michaelis Konstante

\frac{d[P]}{dt} = k_2 \cdot \frac{[E]_0 \cdot [S]}{k_M} = k_2 \cdot \frac{[E]_0}{1+ \frac{k_M}{[S]}}

\rightarrow Produkt­bil­dung ist propor­tional zur einge­setzten Enzym-Menge

\frac{d[P]}{dt} = k_2 \cdot \frac{[E]_0 \cdot [S]}{k_M + [S]}

Prinzip der Quasistationarität:

Näherung: Konzen­tra­tion der Zwischen­pro­dukte bleibt nach der Induk­ti­ons­phase konstant.

\rightarrow [B] ist klein und konstant

\frac{d[B]}{dt} = k_1 \cdot [A] - k_2 \cdot [B] = 0

\rightarrow Scheinbar entsteht C direkt aus A mit langsamster Geschwin­dig­keits­kon­stante k_1 nach 1. Ordnung

\frac{d[C]}{dt} = k_2 \cdot [B] = k_1 \cdot [A]

Unsere Tipps:

Als erstes raten wir dir, dich möglichst weit nach vorne zu setzen, um die Werte auf den Folien gut erkennen zu können. Falls möglich, lade Dir die Inhalte vorab auf einen Laptop/­Ta­ble­t/e­Book-Reader oder Smart­phone.
Versuche, die Erläu­te­rungen direkt in der Vorle­sung nachzu­voll­ziehen und arbeite lieber sparsam mit Notizen. Wir empfehlen dir, dass du die Folien zeitnah nach der Vorle­sung noch einmal durch­gehst und dir (zusätz­liche) Notizen machst.

  • Erstelle kleine Zusam­men­fas­sungen der Vorle­sungs­in­halte (max. 2 — 3 Sätze zu jeder Folie) Hier ein Beispiel zum Thema Katalyse. Du kannst die Mini-Zusam­men­fas­sung später zu Kartei­karten für die Klausur­vor­be­rei­tung ausbauen
  • Erstelle dir eigene Abbil­dungen und Diagramme. Auf diese Weise kannst du die Inhalte besser nachvoll­ziehen und hast bereits einen Teil der Klausur­vor­be­rei­tung erledigt.

Für 6 — 7 Folien kannst Du ca. 30 — 60 Minuten für die Nachbe­rei­tung einplanen. Weitere Tipps zur Gestal­tung von Vorle­sungs­no­tizen findest Du hier: Folien­no­tizen gestalten. (Unter 2. In der Vorle­sung mitkommen)

Umgang mit dem Tafelanschrieb

Ein Großteil des Stoffs wird in der Physi­ka­li­schen Chemie über Tafel­an­schriften vermit­telt. Das zeitgleiche Verstehen und Mitschreiben ist oft nicht ganz einfach, vor allem wenn die Dozenten sehr schnell schreiben und während­dessen die Inhalte erläu­tern. Viele stehen vor der Frage, ob sie das Tafel­bild abschreiben sollen oder doch am Ende ein Foto aufnehmen und während der Vorle­sung lieber zuhören.

Eine Möglich­keit besteht darin, dich mit einem Kommi­li­tonen / einer Kommi­li­tonin zusammen zu tun und als „Tandem“ zu arbeiten. Dabei schreibt einer alles mit, was an die Tafel geschrieben wird, der andere hört zu und ergänzt gegebe­nen­falls die Notizen des Mitschrei­bers. Direkt nach der Vorle­sung könnt ihr euch austau­schen und durch­gehen, ob ihr alles verstanden und aufge­schrieben habt.

Hier ein Beispiel einer Mitschrift:

Ergebnis einer Tandemar­beit am Ipad: Person 1 = grau/blau, Ergän­zungen durch Person 2 = rot

Falls es doch mal viel zu schnell geht, könnt ihr zwischen­durch bzw. am Ende Fotos von der Tafel machen und eure Notizen später ergänzen. Das kann aller­dings schwierig sein für den Fall, dass das Bild nicht sehr scharf ist und man die Formeln nachträg­lich entzif­fern muss.
Sieh dir direkt nach der Vorle­sung nochmals die eigene Mitschrift an, um zu überprüfen, ob du auch alles verstanden hast.
Sollten für dich noch Fragen offen­bleiben, wende dich am besten an deine Kommilitonen/innen oder deinen Professor/in – sowohl während als auch nach der Vorle­sung. Nutze ggf. zusätz­lich Erklär­vi­deos, um die Inhalte besser nachvoll­ziehen zu können, z.B. bei

2. Für die Übung

In den Übungen werden Aufgaben bespro­chen, die nach der Vorle­sung zur Verfü­gung gestellt werden. In der Klausur werden dir ähnliche Aufgaben gestellt, daher ist es sehr wichtig, die Übungs­auf­gaben zu verstehen und selbst lösen zu können.
In der Übung stellen die Teilnehmer/innen ihre Lösungen vor und werden ggf. durch den Dozenten / die Dozentin korri­giert. Das kann schwierig werden, für den Fall, dass der Student / die Studentin sich nicht vorbe­reitet hat und so oft korri­giert werden muss, sodass man den Überblick über den richtigen Lösungsweg verliert. Auch werden in der Vorle­sung nicht immer alle für die Übungs­auf­gaben relevanten Formeln vermit­telt.
Daher empfehlen wir dir:

  1. Bereite, dich in einer Übungs­gruppe vor, um die Muster­lö­sungen besser nachvoll­ziehen zu können. Eine Größe von 2 — 3 Teilnehmern/innen sind optimal für die Zusammenarbeit.
  2. Suche die benötigen Formeln vor dem Treffen in der Übungs­gruppe selbst heraus bzw. versuche bekannte Formeln umzuformen. Alter­nativ kannst Du auch im Internet nach dem Namen der Formel suchen, z.B. nach der „Freien Mischungs­enthalpie“ und überlegen, ob dir diese bei der Aufgabe weiterhelfen.
  3. Erarbeitet euch im Nachhinein, also nach der Übung, am besten eine Muster­lö­sung. Diese könnt ihr gut bei der Klausur­vor­be­rei­tung nutzen. Ein allge­meines Vorgehen für die Bearbei­tung der Aufgaben findest Du am Ende dieses Tutorial.

Mehr Tipps zur Organi­sa­tion der Gruppen findest Du hier:
Übungs­auf­gaben effektiv in Gruppen bearbeiten

3. Für die Klausur

In dem Modul Physi­ka­li­sche Chemie (PC) besteht die Klausur aus Aufgaben, die den Übungen sehr ähneln. Sowohl in PC 1 als auch in PC 2 hat man 90 Minuten Zeit für die Bearbei­tung der Aufgaben.

Wie ist die Klausur aufgebaut?

In PC 1 musst du chemisch rechnen und Defini­tionen (z.B. Was ist Osmose?) wieder­geben können. PC 2 besteht aus ca. 6 Aufgaben samt Unter­auf­gaben, in denen du sowohl rechnen als auch Diagramme zeichnen können musst (z.B. poten­zi­elle Energie, siehe Beispiel­ab­bil­dung zu Katalyse). Die zur Verfü­gung stehende Bearbei­tungs­zeit ist vorallem bei PC 2 tenden­ziell eher knapp.
Auf der letzten Seite gibt es eine angehängte Formel­samm­lung. Aller­dings ist diese weder geordnet noch benötigst du alle Formeln, die dort drauf stehen. Zum Teil musst du die Formeln auch erst noch umstellen.

Empfeh­lung 1: Genügend Zeit investieren

Inves­tiere viel Zeit in die Vor- und Nachbe­rei­tung der Vorle­sung und Übung. Dann hast du es später, wenn es auf die Klausur­vor­be­rei­tung zu geht, deutlich leichter.
Wieviel Zeit sollte ich inves­tieren? Solltest du keine Übungs­gruppe haben, solltest du dich, spätes­tens am Tag vor der Übung intensiv mit den Aufgaben beschäf­tigen, damit sie dir auch noch am nächsten Tag präsent sind und du einen Ansatz hast, wie du an die Aufgabe heran­gehen würdest. Wieviel Zeit genau das in Anspruch nimmt, hängt von der Aufgabe ab, das können mal 10 Minuten sein und mal 1 — 2 Stunden. Ähnlich viel Zeit benötigst du in der Übungsgruppe.

Empfeh­lung 2: Zusätz­liche Übungs­auf­gaben suchen und erstellen

Suche dir selbst Aufgaben zur Vorbe­rei­tung auf die Klausur raus und gehe nicht nur die Übungs­auf­gaben nochmal durch, denn das reicht oft nicht. Je mehr Varia­tion du in den Aufgaben hast, desto besser verstehst du das Thema.

Du kannst dafür z.B. den Chemie-Fachschaftsrat (FSR) nach Altklau­suren fragen und diese durch­rechnen und mit Kommilitonen/innen verglei­chen. Klausuren anderer Univer­si­täten sind nicht immer hilfreich, da hier teilweise ein anderes Formel­wissen voraus­ge­setzt wird.
Es kann auch helfen, wenn du eigene Aufgaben erstellst und Aufgaben, die von Kommilitonen/innen erstellt wurden berech­nest. Dadurch verstehst du den Stoff besser. Du kannst dich dabei an den Übungs­auf­gaben orien­tieren und versu­chen, diese abzuwandeln.

Empfeh­lung 3: (Digitale) Kartei­karten erstellen und tauschen

Für Defini­tionen eigenen sich sehr gut Kartei­karten. Entweder erstellt du diese handschrift­lich oder du nutzt ein Software­an­gebot wie zum Beispiel studys­marter oder Anki-cards. Tausche dich mit Kommilitonen/innen aus und fragt euch gegen­seitig ab. Ein Tutorial, in dem erklärt wird, wie man mit Ankis lernt findest Du hier: Lernen mit Ankis.

Empfeh­lung 4: Beginne mit den für dich einfa­chen Aufgaben

In der Klausur solltest du mit den Aufgaben beginnen, bei denen du direkt ein Ansatz im Kopf hast oder weißt, welche Formel du benutzen musst, um die Aufgabe zu lösen. Den schwie­ri­geren Aufgaben solltest du dich widmen, wenn du noch Zeit übrig­hast.
Überlege dir, welche Formel du für die Aufgabe benötigst und prüfe, ob du einer der Formeln aus der angehängten Formel­samm­lung nutzen kannst. Oft bringen auch Ansätze schon Punkte, selbst wenn das Ergebnis nicht ganz richtig ist oder die Aufgabe nicht zu Ende bearbeitet wurde. Achte unbedingt darauf, dass du die gefor­derten Einheiten nutzt und das Ergebnis in der richtigen Einheit angibst. Es wird in der Klausur auch viel Wert darauf­ge­legt, dass du die „signi­fi­kanten Stellen“ berück­sich­tigst, ansonsten werden dir schnell wichtige Punkte abgezogen.

Aufgaben bearbeiten in 9 Schritten

Grund­sätz­lich empfehlen wir dir, an die Aufgaben der Übung – und später auch die der Klausur – wie folgt heran zu gehen. Sieh dir dazu unser Beispiel an.

Beispiel­auf­gabe

2 mol H_2 bei 0.2 MPa und 4 mol N_2 bei 0.4 MPa werden bei 25^\circ\text{C} gemischt, wobei das Gesamt­vo­lumen konstant bleibt. Berechnen Sie die Freie Mischungs­enthalpie \Delta_MG.

0
0
1. Alle gegebenen Werte aufschreiben
Erstelle dir zunächst eine Übersicht aller gegebenen Werte, damit du später schneller siehst, welche dir bei der Endformel noch fehlen. Hier solltest du auch gleich die benötigten Einheiten berechnen, wie in diesem Fall Megapascal (M Pa) zu Pascal (pa) oder Celsius zu Kelvin.

n(H_2) = 2 mol
n(N_2) = 4 mol
p(H_2) = 0,2 MPa = 2\cdot 10^5 pa
p(N_2) = 0,4 MPa = 2\cdot 10^5 pa
T = 25^\circ C = 298 K

2. Was ist gesucht?

Mache dir klar, was genau am Ende gesucht ist.

freie Mischungs­enthalpie (\Delta_MG)

3. „Endformel“ raussuchen
Sieh in der Vorle­sung oder zur Not im Internet nach, ob du eine geeig­nete Formel für das Gesuchte findest oder eine bekannte Formel umstellen kannst. Falls dir nichts einfällt, frage deine Kommi­li­tonen oder deinen Übungsleiter/in bzw. Professor/in.

\Delta_MG = G_{nach} - G_{vor} = n_1 \cdot R \cdot T \cdot ln(\frac{p_1nach}{p_1vor}) + n_2\cdot R\cdot T \cdot ln(\frac{p_2nach}{p_2vor})

4. Welche Werte fehlen mir?
Überlege dir, welche Werte gegeben sind und welche dir noch fehlen und schreibe diese auf.

p_1nach = ?
p_2nach = ?

5. Weitere Formeln raussu­chen + evtl. umstellen + Einheiten kürzen + Zwischen­werte berechnen 
  1. Suche dir die Formel(n) für die Werte heraus, die dir noch fehlen. In diesem Fall die Formeln für p1nach und p2nach. Du wirst feststellen, dass du ggf. weitere Werte bzw. Formeln benötigst. In diesem Fall z.B. die Formel für xi
  2. Suche diese Formel heraus und arbeite dich bis zu der Formel vor, in der du bekannte Werte einsetzen kannst, wie hier bei dem Volumen
  3. Setze diesen Wert wiederum in die vorhe­rige Formel ein und arbeite dich so wieder zurück
  4. Achte zwischen­durch immer wieder auf die richtigen Einheiten und signi­fi­kante Stellen

Beispiel zu Schritt 5&6:

p_inach = x_i \cdot p_{ges}
x_i = \frac{n_i}{n_{ges}}
x_{H_2} = \frac{2 mol}{6 mol} = \frac{1}{3}
x_{N_2} = \frac{4 mol}{6 mol} = \frac{2}{3}
p_{ges} = \frac{n_{ges}\cdot R \cdot T}{V_{ges}}
V_{ges} = V(H_2)+V(N_2)
V_i = \frac{n_i \cdot R \cdot T}{p_ivor}
V(H_2) = \frac{2 mol \cdot 8,314 J \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1} \cdot 298,15 K}{2\cdot 10^5 pa} = 0,0248 m^3
V(N_2) = 0,0248 m^3
V_{ges} = 0,0496 m^3
p_{ges} = \frac{6 mol \cdot 8,314 J \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1} \cdot 298,15 K}{0,0496 m^3} = 3 \cdot 10^5 pa = 3 bar
p_{nach} (H_2) = \frac{1}{3} \cdot 3 \cdot 10^5 pa = 1 bar
p_{nach} (N_2) = 2 bar

6. Gegebe­nen­falls Einheiten umrechnen
Wie im Beispiel Pascal (pa) zu bar.
7. Werte + Ergeb­nisse einsetzen in die Endformel 

Nun kannst du die Zwischen­er­geb­nisse mit den richtigen Einheiten in die „Endformel“ einsetzen. Achte dabei unbedingt auf die signi­fi­kanten Stellen.

\Delta_MG = 2,0 mol \cdot 8,314 J \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1} \cdot 298,15 K \cdot ln(\frac{1 bar}{2 bar}) + 4,0 mol \cdot 8,314 J \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1} \cdot 298,15 K \cdot ln(\frac{2 bar}{4 bar})

8. Gegebe­nen­falls Einheiten bei der Endformel kürzen
Am Beispiel aus Schritt 5 (Volumen berechnen):
Meistens musst du zwischen­durch und auch am Ende Einheiten umrechnen bzw. kürzen, sodass die richtige SI-Einheit rauskommt.
Zum Beispiel bei der Formel zur Volumen­be­rech­nung. Laut SI-Einheit soll das Volumen in m^3 angegeben werden.
Dafür musst du die Einheiten Joule (J) und Pascal (pa) umrechnen (Kelvin und Mol kürzen sich in diesem Fall einfach weg). Rechnet man Joule und Pascal um, sieht man, wie sich das Gewicht (kg) und die Zeit (s^2) kürzen und m^3 übrigbleibt.
 

V(H_2) = V(H_2) = \frac{2 mol \cdot 8,314 J \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1} \cdot 298,15 K}{2\cdot 10^5 pa}
V = m^3
J = N \cdot m = \frac{kg \cdot m^2}{s^2}
pa = \frac{kg}{m \cdot s^2}
\frac{J}{pa} = \frac{\frac{kg \cdot m^2}{s^2}}{\frac{kg}{m \cdot s^2}} = \frac{kg \cdot m^2}{s^2} \cdot \frac{m \cdot s^2}{kg}

9. Ergebnis richtig gerundet aufschreiben 

Am Ende rechnest du alles zusammen und schreibst das Ergebnis auf. Achte dabei zum einen auf die richtige Einheit – in diesem Fall musst du noch Joule zu Kilojoule umrechnen – zum anderen wieder auf die signi­fi­kanten Stellen. Aus der Formel von Schritt 7 erkennt man, dass das Ergebnis zwei signi­fi­kante Stellen haben muss.

\Delta_MG = -10.309,119 \, J
Einheit \, J \xrightarrow{} KJ
Signifikante \, Stellen: 2
\Delta_MG = -10 \, KJ

Dieser Beitrag stammt aus dem Blog “SUMO — Studier- und Medien­kom­pe­tenzen Online”.