Chemisches Gleichgewicht in heterogenen Systemen

Report
Chemisches Gleichgewicht in
heterogenen Systemen
Referat von Marthe Marschall
Datum: 28-05-2014
Goethe-Universität Frankfurt am Main
Seminar Allgemeine und anorganische Chemie 1
Seminarleiter: Dr. Fink
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Inhalt
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Begriffsbestimmung: heterogenes System
Arten von heterogenen Systemen
Chemisches Gleichgewicht in fest-gasförmigen
Systemen
Chemisches Gleichgewicht in flüssig-festen
Systemen
Chemisches Gleichgewicht in gasförmigflüssigen Systemen/Löslichkeit von Gasen
Stofftrennung durch flüssig-flüssig Extraktion
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Begriffsbestimmung: heterogenes
System
• Ein heterogenes System liegt vor, wenn
Reaktionspartner in unterschiedlichen Phasen
an einer Reaktion beteiligt sind.
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Arten von heterogenen Systemen
Fest-gasförmige Systeme
Flüssige-feste Systeme
Gasförmig-flüssige Systeme/Löslichkeit von Gasen
Stofftrennung durch flüssig-flüssig Extraktion
(heterogene Systeme durch unterschiedliche
Dichten)
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Chemisches Gleichgewicht in festgasförmigen Systemen
• Reaktion:
Sättigungsdampfdruck und Stoffkonzentration von C(s) bei
gegebener Temperatur konstant
Im Gleichgewichtszustand gilt für den Gasraum das
Massenwirkungsgesetz, wobei p (C) als konstante Größe
mit der Konstante Kp zusammengefasst wird.
Massenwirkungsgleichung für Reaktion
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• Reaktion:
Massenwirkungsgleichung:
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Chemisches Gleichgewicht in flüssigfesten Systemen
• Reaktion:
 Lösung gesättigt, wenn fester Bodenkörper
des löslichen Stoffes mit Lösung im
Gleichgewicht
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• Anwendung des MWG auf den Lösungsvorgang:
 c (AgCl) = Stoffkonzentration des Bodenkörpers
des löslichen Stoffes = konstant
 Wert wird in Gleichgewichtskonstante mit
einbezogen
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• L (AgCl) = Löslichkeitsprodukt des Stoffes AgCl; quantitative
Aussage über die Löslichkeit der Verbindung AgCl;
temperaturabhängig
• 3 Fälle für Lösungen eines schwerlöslichen Salzes möglich
(Beispiel: AgCl):
1.
Gesättigte Lösung
2.
Übersättigte Lösung
3.
Ungesättigte Lösung
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Zwischenfazit
• Beteiligen sich an einem chemischen
Gleichgewicht feste Stoffe, so können deren
Drücke oder Konzentrationen bei der
Aufstellung der Massenwirkungsgleichungen
unberücksichtigt bleiben. Bei heterogenen
Reaktionen kommt es nicht auf die Menge der
festen Reaktionsteilnehmer an, sondern nur
darauf, dass sie zugegen sind.
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Chemisches Gleichgewicht in gasförmigflüssigen Systemen/Löslichkeit von Gasen
• Reaktion:
• Gleichgewichtszustand zwischen gelöster Menge
eines Gases und dem Partialdruck an der
Flüssigkeitsoberfläche durch „Henry-Dalton‘sches
Gesetz“ formuliert:
– Die Löslichkeit eines Gases ist bei gegebener
Temperatur proportional zu seinem Druck
(K‘ = Löslichkeitskoeffizient)
Bei Erhöhung des Drucks eines Gases steigt seine
Löslichkeit im Lösungsmittel.
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• Einschränkung des „Henry-Dalton‘sches
Gesetzes“: Gültigkeit nur für kleine Drücke,
für verdünnte Lösungen und das gelöste
Teilchen darf nicht mit dem Lösungsmittel
reagieren.
• Löslichkeit von Gasen nimmt mit
zunehmender Temperatur immer ab, da das
Lösen von Gasen in Flüssigkeiten exotherm
erfolgt
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Stofftrennung durch flüssig-flüssig
Extraktion
• Stofftrennung durch flüssig-flüssig Extraktion
beruht auf unterschiedlichen
Löslichkeitseigenschaften bestimmter
Verbindungen in zwei nicht miteinander
mischbaren Lösungsmitteln
• Wenn Stoff A Möglichkeit hat, sich zwischen zwei
flüssigen Phasen zu verteilen, führt dies zur
Ausbildung eines Gleichgewichts wie bei einer
chemischen Reaktion
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• Im Gleichgewichtszustand gilt für jeden einzelnen
Stoff, dass Nernst‘sche Verteilungsgesetz:
• Verteilungskoeffizient α = Verhältnis der
Sättigungskonzentrationen des Stoffes A in
beiden Phasen
• Verteilungskoeffizient α ist abhängig von der
Temperatur und der Gesamtstoffmenge des zu
extrahierenden Stoffes (in der Nähe des
Sättigungszustandes einer der Phasen)
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