Allgemeine Chemie
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Allgemeine Chemie Fragen zur Chemie, die ihr nicht in eines der Fachforen einordnen könnt, gehören hierher.

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Alt 03.07.2018, 23:53   #1   Druckbare Version zeigen
lafayette  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 5
Frage Mathe in der Chemie - Seminararbeit

Guten Tag,
Ich hoffe, dass ich hier nicht völlig falsch bin, wenn schon, tut es mir leid. Ich versuche es einfach mal.
Aktuell gehe ich in die 11. Klasse eines Gymnasiums und habe mich dazu entschieden, eine Seminararbeit über das Thema "Mathematik in der Chemie" zu schreiben. Das läuft so ab, dass ich erst die mathematischen Grundlagen eines bestimmten Verfahrens (z.B. Gleichungssysteme lösen) erkläre und dann Anwendungsbeispiele in der Chemie nenne (z.B. Reaktionsgleichungen ausgleichen).
Das Problem, auf das ich bei weiteren Recherchen jedoch gestoßen bin, ist, dass man in der Chemie zwar viel rechnet, aber wenige richtig spezielle mathematische Verfahren verwendet werden oder die Anwendungsgebiete zu gering oder marginal sind. Zum Beispiel: Der pH-Wert ist ja mit dem Logarithmus zu berechnen. Um aber ein eigenes Kapitel darüber zu machen, ist das nicht umfangreich genug. Wenig anfangen kann ich auch mit vielen Bereichen der physikalischen Chemie: Man rechnet zwar viel, benutzt aber keine besonderen "mathematischen Verfahren".
Da ich aber kein Chemie studiere, entgeht mir bestimmt viel. Quellen habe ich zwar einige, aber sie sind nicht so ergiebig wie erhofft. Mein Chemielehrer, mit dem ich auch darüber gesprochen habe, hat nicht wirklich Lust gehabt, mir zu helfen. Ansonsten kenne ich in meinem Umfeld niemanden, der sich mit Chemie auskennt. Also wollte ich hier einfach mal nachfragen, ob jemandem von euch Chemikern spontan ein Bereich der Chemie einfällt, in dem man viel mit mathematischen Verfahren arbeitet. Praktisch wären umfangreichere Themen wie Differential-, Integral- oder Vektorrechnung (dazu habe ich tatsächlich schon etwas zu Dipolmomenten gefunden, mit dem ich allerdings nicht wirklich viel anfangen konnte, da ich keine Informationen darüber, wie genau sich das berechnen lässt und die Bewegung im Raum), vielleicht auch etwas mit Wahrscheinlichkeit. Einfach ein paar Denkanstöße wären super, wenn ich nur wüsste, wonach genau ich suchen muss, wäre mir das eine riesige Hilfe. Ich habe bei der Seminararbeit ziemlich viel Freiheit, wie ich sie gestalten kann, das führt aber auch dazu, dass ich mich zum Teil überfordert fühle. Daher bin ich dankbar für jeden, der mir Hinweise geben kann, welche Themen vielleicht ergiebig wären.
Vielen Dank!
Sophie
lafayette ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.07.2018, 00:03   #2   Druckbare Version zeigen
zarathustra  
Moderator
Beiträge: 11.607
AW: Mathe in der Chemie - Seminararbeit

Wie sieht es denn mit Reaktionskinetik aus? Da bist du doch direkt bei Differentialgleichungen. Dann hast du auch Halbwertszeiten, was du am Beispiel von Isotopen (z.B. Radiocarbon-Methode zur Altersbestimmung) schön erklären kannst. Oder du gehst auf Enzymkinetik ein...

Ansonsten gibt es gerade in der Analytischen Chemie einiges an Statistischen Tests.

Hilfreich für einen Überblick wäre es aber, zunächst mal nach "Mathematik für Chemiker" zu suchen. Da gibt es natürlich Bücher zu, aber auch online verschiedene Skripte.

Grüße,
Zara
__________________
Ich habe zwar auch keine Lösung, aber ich bewundere das Problem!
zarathustra ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.07.2018, 04:11   #3   Druckbare Version zeigen
imalipusram  
Mitglied
Beiträge: 6.404
AW: Mathe in der Chemie - Seminararbeit

Schnapp Dir ein Lehrbuch der physikalischen Chemie. Dort wimmelt es nur so von höherer Mathematik .
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I solemnly swear that I'm up to no good!
伍佰 (WuBai - Run run run!) (ein Musikvideo mit dem Bambushaus und dem imalipusram unter den Statisten)
Noch ein nettes Video (nerdy, ein LIHA-Robot)
Und so gehts hier manchmal zu (sowas Ähnliches wie Fronleichnam, hier wird TuDiGong, dem Erdgott, tüchtig eingeheizt!) Oder so (auch ungeeignet für Gefahrstoffphobiker) und so und so.
imalipusram ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.07.2018, 08:33   #4   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 5.430
AW: Mathe in der Chemie - Seminararbeit

Die - nach meinem Gefühl in der Schule etwas stiefmütterlich behandelte - physikalische Chemie strotzt vor Mathematik.

Hier gibt es auch in den Lehrbüchern deutliche Unterschiede: Die einen versuchen die Mathematik so einfach wie möglich zu halten, die anderen gehen eher mit dem Anspruch ans Werk, dass jede Gleichung ein Differential oder Integral enthalten muss, um überhaupt wissenschaftliche Gültigkeit zu besitzen.

Hier ist es schon interessant, wie der gleiche Sachverhalt mathematisch doch sehr unterschiedlich ausgedrückt wird. (Nur, um dann zum gleichen Ergebnis zu kommen.)
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Philippus Theophrastus Aureolus Bombastus von Hohenheim: Allein die Dosis machts, daß ein Ding kein Gift sei.

Erfahrung: Wenn es so einfach wäre, hätte es schon längst jemand gemacht
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Alt 04.07.2018, 18:30   #5   Druckbare Version zeigen
lafayette  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 5
AW: Mathe in der Chemie - Seminararbeit

Hallo Zara,
vielen Dank für deine Hilfe! Das mit der Reaktionskinetik klingt gut, danke für den Tipp. "Mathematik für Chemiker" zu suchen war logischerweise das Erste, was ich gemacht habe, allerdings waren viele Ergebnisse zunächst mal nicht zu gebrauchen, weil sie einfach nur Mathematik erklärt haben, aber keine Anwendungsgebiete der Chemie. Englische Dokumente habe ich immerhin mehr gefunden.
LG
lafayette ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.07.2018, 18:34   #6   Druckbare Version zeigen
lafayette  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 5
AW: Mathe in der Chemie - Seminararbeit

@Cyrion
@imalipusram
"Höhere Mathematik" - davor fürchte ich mich ein bisschen - dass es doch über die Schulchemie und -mathematik herausgeht und ich dann Verständnisprobleme habe. Habe ein paar PDFs über physikalische Chemie überflogen und verstehe, was du meinst. Der Unterschied ist wirklich sehr groß. Muss schauen, dass ich das richtige "Niveau" finde.
Danke für eure Hilfe
lafayette ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 05.07.2018, 08:47   #7   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 5.430
AW: Mathe in der Chemie - Seminararbeit

Nach dem, was ich an der Schule an Mathematik erfahren habe, solltest Du auf die Integralrechnung verzichten. Es bringt ja relativ wenig, wenn man die Grundlage den anderen erst beibringen muss.

Das Beispiel Rekationskinetik finde ich sehr schön, weil man durchaus so etwas erschreckendes wie Differentiale auftischen kann, das Ganze aber dann doch in einem mathematisch überschaubaren und auch verständlichen Rahmen bleibt.

Ausgleichen von Reaktionsgleichungen (Stöchiometrie) erfolgt prinzipiell nach einem einheitlichen mathematischen Prinzip, ist aber durch den "gesunden Menschenverstand" in der Praxis so stark auf den Einzelfall vereinfacht, dass man sich hier eher einen abbricht, als dem Thema gerecht zu werden.
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Philippus Theophrastus Aureolus Bombastus von Hohenheim: Allein die Dosis machts, daß ein Ding kein Gift sei.

Erfahrung: Wenn es so einfach wäre, hätte es schon längst jemand gemacht
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Alt 05.07.2018, 11:34   #8   Druckbare Version zeigen
Bergler Männlich
Mitglied
Beiträge: 2.511
AW: Mathe in der Chemie - Seminararbeit

Was ich mir als gutes Thema vorstellen könnte, wären die Zusammenhänge bei Kalibrationen und Messwertbetrachtungen. Das hierbei verwendete mathematische Handwerkszeug schießt, denke ich, nicht zu weit über die Schulmathematik hinaus.

Erstellen von Kalibrationsfunktionen: linear oder quadratisch (Mandel - Test), Regressionskoeffizienten, ...

Messwertbetrachtung und -ungenauigkeit: Präzission, Streuung, Sicherheit usw.

Gruß Bergler
__________________
Γνῶθι σεαυτόν - Erkenne dich selbst

Carpe diem! Fasse dich kurz!
Bergler ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 05.07.2018, 12:02   #9   Druckbare Version zeigen
Fulvenus Männlich
Mitglied
Beiträge: 20.985
AW: Mathe in der Chemie - Seminararbeit

Man sollte sich vorher überlegen,was die Zielsetzung der Arbeit ist,wie komplex welche Informationen vermittelt werden sollen.
Ein sehr wichtiges mathematisches Verfahren ist die Fourier-Analyse,bzw. Fourier-Transformation,welche u.a. bei vielen spektroskopischen Methoden Anwendung findet
(->https://de.wikipedia.org/wiki/FTIR-Spektrometer ).
Für die Arbeit wird es vermutlich nicht nötig sein,das mathematische Verfahren en detail zu erklären,aber die Grundidee,die Anwendung und die Vorteile sollten heraus gearbeitet werden.
Vielleicht kann man ja auch mal wieder den klassischen Dreisatz erklären,bei Fragen in den letzten Jahren hier im Forum ergibt sich der Eindruck,daß dieser nicht mehr bekannt ist oder angewendet werden kann.

Fulvenus!
Fulvenus ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 05.07.2018, 14:43   #10   Druckbare Version zeigen
HansC Männlich
Mitglied
Beiträge: 328
AW: Mathe in der Chemie - Seminararbeit

Zitat: "Zum Beispiel: Der pH-Wert ist ja mit dem Logarithmus zu berechnen. Um aber ein eigenes Kapitel darüber zu machen, ist das nicht umfangreich genug."

1. Für die 11. Klasse wäre es ratsam, diejenige Mathematik an Chemie-Beispielen darzustellen, die im Mathe Unterricht bereits besprochen wurde. Also nicht "zu hoch greifen".
An manchen "einfachen" Stöchiometrie-Aufgaben werden vielleicht einige Deiner MItschüler gnadenlos scheitern, z.B.: wenn beim Auflösen von X g des Gesteins Dolomit y Liter CO2 entsteht, wieviel Magnesium umd wieviel Ca enthielt das Gestein?

2. Logarithmus-Ausgaben sind da ein sehr dankbares Thema und keinesfalls "nicht umfangreich genug". Man denke nur an die hier im Forum hundertfach behandelte Hasselbalch-Henderson Gleichung.

3. Besonders ergiebig ist das Massenwirkungsgesetz wo oft quadratische Gleichungen zu lösen sind.

Wenn man dann doch höher hinaus will, antiquarisch ein Buch kaufen, z.B. Asmus - "Einführung in die höhere Mathematik für Chemiker" wo hunderte anspruchsvolle Aufgaben drinstehen, viele mit Differential- und Integralrechnungen die typisch für Physikalische-Chemie sind.
HansC ist offline   Mit Zitat antworten
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