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Physikalische Chemie

Gase, Thermodynamik

Gase, Thermodynamik

11
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Kartei Details

Karten 11
Sprache Deutsch
Kategorie Chemie
Stufe Universität
Erstellt / Aktualisiert 30.09.2015 / 15.01.2022
Lizenzierung Keine Angabe
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Mit welchen Gleichungen lässt sich das reale Verhalten eines Gases darstellen?
Nennen Sie die verschiedenen Darstellungsformen (Gasgleichungen) und erläutern sie in Stichworten die Ideen, die diesen Gleichungen zugrunde liegen.

  • Van der Waals Gleichung:
    -Berücksichtigung des Eigenvolumens eines Gases und Kohäsionsdruck
    -Intermolekulare WW werden berücksichtigt, sowohl anziehende als auch abstoßende
    -beschreibt sowohl die Gasphase als auch die Flüssigphase qualitativ richtig
  • Virial Gleichung:
    -intermolekulare WW werden hier ebenfalls berücksichtigt
    -Viriralkoeffizienten die von Gas zu Gas unterschiedlich sind
    -mit Kompressionsfaktor z der sich mit abnehmender Gasdichte dem Wert 1 nähert wobei z=1 für ein ideales Gas steht.

Erklären Sie die stoffliche Eigenart von H2O!
Wie ändern sich die Meswerte für Schmelz-und Siedepunkte bei Druckerniedrigung gegenüber 1 atm und Druckerhöhung ?

-Wasser kann in 5 festen Zuständen vorliegen. Beim Schmelzen ist ein enormer Druck notwendig um das Eis in seine flüssige Phase überzubringen( --> Tschm sinkt mit steigendem Druck aufgrund der Volumenabnahme von Eis zu Wasser.
--> güstiger für Eis (FK) bei steigendem Druck in die flüssige Phase mit kleinerem Volumen überzugehen.

Bei Druckerniedrigung: Siedepunkt sinkt und Schmelzpunkt steigt gering

Bei Druckerhöhung:  Schmelzpunkt erniedrigt sich und der Siedepunkt erhöht sich

 

a)Was versteht man unter dem Standardzustand eines Stoffes?
b)Wie hängt der Standardzustand von der Temperatur ab?
c)Wie hängt der Standardzustand vom Druck ab?

a) Ein Stoff (Gas) befindet sich in seinem Standardzustand wenn der Druck gleich dem Standarddruck von 1 atm ist.
     Festkörper/Flüssigkeit befindet sich in seinem Standardzustand wenn es in seiner reinen und stabilen Form
     vorliegt.

b) Die Temperatur ist kein Bestandteil der Definition des Standardzustandes.

c) ist abhängig vom Druck (1atm)

Erläutern Sie in einem anschaulichen Diagramm den Unterschied zwischen einer idealen Lösung und einer ideal verünnten Lösung. Markieren Sie den Gültigkeitsbereich für das Raoultsche und Henrysche Gesetz.

  • ideale Lösung: 
    Linearer Zsmhang zw. Stoffmengenanteil in der flüssigen phase und dem Dampfdruck der Komponente.
    Die ideale Lösung folgt über einen großen Konzentrationsbereich dem Raoultsches Gesetz
    pA = XA * pA* 

 

  • ideal verdünnte Lösung: 
    im Bereich kleiner Molenbrüche nahe x=0
    lineare Annäherung der vom Raoultschen Gesetz abweichenden Dampfdruckkurve (--> lineare Extrapolation zu x=0 mit Henryschem Gesetz.(
    Lösungen die genug verdünnt sind, um das Henry-Gesetz zu erfüllen: pB = XB * KB
    Bei ideal verdünnten Lösungen entspricht der Dampfdruck der gelösten Substanz (in der Lösung) nicht dem der reinen Substanz.

Formulieren sie die Hauptsätze der thermodynamik und erläutern Sie die konsequenzen, die sich aus dem 1. und 2. Hauptsatz ergeben.

  • 1.Hauptsatz:
    Die inneren Energie U eines abgeschlossenen Systems ist konstant.
    --> Energie kann weder aus dem erzeugt, noch vernichtet werden. Sie kann nur von einer energieform in eine andere umgewandelt werden. dU=q+w
  • 2. Hauptsatz:
    Bei natürlichen Prozessen nimmt die Entropie stetig zu. --> Nur Wärmefluss von heiss nach kalt möglich!
    definiert irreversible Prozesse! dS=q/T   dS=dS(System) + dS(Umgebung) > 0
  • 3.Hauptsatz:
    Die absolute Entropie, eines idealen Kristalls, besitz im absolutem Nullpunkt der Temperatur (T=0K) den Wert 0!

a) Erläuter sie das Zustandekommen einer Mischungslücke bei zwei begrenzt mischbaren Flüssigkeiten z.B Wasser und Isobutanol

b) Diagramm

c) Warum treten Mischungslücken nur bei Flüssigkeiten/Festkörper auf, nicht aber bei Gasen?

a)In sehr geringen Mengen löst sich Butanol gut in Wasser.
Je höher die konzentration von Butanol in Wasser desto schwieriger ist es Wasser Moleküle zur Käfigbildung zu finden --> Löslichkeit nimmt ab --> Mischungslücke: 2 Phasen

Die Bildung der Mischungslücke ist abhängig von der Temperatur.
Bei steigender Temperatur schwingen die Butanol-Moleküle stark --> V.d.W-Bindung wird instabil --> mehr freie Butanolmoleküle --> Mischbarkeit in Wasser steigt --> Löslichkeit in Wasser steigt

 

c) Bei einer idealen Mischung gilt: dmH=0

bei Gasen: (dmH= ca. 0)Wegen der großen Teilchenabstäden und der schwachen WW können keine Mischungslücken Zustande kommen.
bei FK/FL: 
--> anziehende WW überwiegt dmH<0
--> keine Veränderung der WW  zwischen den versch. Partner dmH=0
--> stark abstoßende WW dmH>0

wegen: dmG=dmH-TdmS haben diese Fälle unterschiedl. Auswirkungen auf dmG
-->Im Fall stark astoßende WW wird dmG>0
       --> d.h. es findet keine spontane Mischung statt
              -->spontane Entmischung --> Mischungslücke

a)Beschreiben sie in Stichworten die unterschiede eines idealen Gases zu einem realen Gas.

b)Unter welchen Bedingungen verhalten sich reale Gase wie ein ideales Gas?

a)Reales Gas:

  • Wechselwirkungen bei stößen und bei hohen Drücken
  • Kondensierbar
  • Binnendruck
  • Eigenvolumen

b) bei Z=1; bzw. wenn Anziehungskräfte und Abstoßungskräfte bei höheren Drücken genau gleich groß sind

a)Beschreiben sie  in Stichworten die Grundlagen des Modells eines Idealen Gases.  Beziehen sie sich dabei auf Aussehen der Teilchen, Größe und Form, mittlerer Abstand und mittlere Geschwindigkeit!

b)Welche Gleichung charakterisiert den Zustand eines idealen Gases in Bezug auf die Systemvariablen (Druck, Temp, Zusammensetzung)

c)Wie steht hierzu im Gegensatz das Verhalten realer Gase?

a)

  • Kugelförmig
  • klein (Punktförmig) im verhältnis zum mittleren Abstand
  • Schnell, geradlinige Bewegung
  • nur kinetische Energie
  • Stoßvorgänge vollkommen elastisch
  • mittlere Geschwindigkeit hängt von ihrer Temperatur ab

b) ideales Gasgesetz in Verbindung mit Daltonsches Gesetz (n1+n2...)

c) Anziehungskräfte (Binnendruck) und bei höheren Drücken Abstößungskräfte (Kovolumen)
Kondensierbar unterhalb der Tkrit