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Vorlesungsversuch zur Temperaturabhängigkeit des Volumens eines Gases: 3 Luftballons. He (g). N 2 (l). Luft (g) (21% O 2 ). CO 2 (g). Siedepunkt N 2 : −195,79 °C Siedepunkt O 2 : −182,9 °C Siedepunkt He: −269 °C Sublimationstemperatur CO 2 : - 78,5 °C. - PowerPoint PPT Presentation
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Vorlesungsversuch zur Temperaturabhängigkeit desVolumens eines Gases: 3 Luftballons
Luft (g) (21% O2)
He (g)
CO2 (g)
N2 (l)
Siedepunkt N2: −195,79 °C
Siedepunkt O2: −182,9 °C
Siedepunkt He: −269 °C
Sublimationstemperatur CO2: - 78,5 °C
Siedediagramm für Stickstoff-Sauerstoff-Gemische
Siedebereich
g
Phasendiagramm von CO2
= “Gasmolekül in unserer Saal-Luft“
Wurde unabhängig entdeckt von Robert Boyle (1662) und Edme Mariotte (1676).
Entdeckt von Joseph Louis Gay-Lussac (1802).
Amadeo Avogadro(1811)
Allgemeine Zustandsgleichung idealer Gase
p V = n R T
R = 8,314472 J K-1mol-1
1 mol eines idealen Gases nimmt bei 101325 Pa und O°C = 273,15 K (Normalbedingungen) ein
Volumen von 22,4 L ein.
gedachte Trennwand
(T=25°C)
Aus: Chemie – die zentrale Wissenschaft von T.L. Brown, H.E. LeMay, B.E. Bursten, deutsche Bearbeitung von C. Robl, W. Weigand . Pearson Studium. 2007.
EFFUSION
Ausströmen eines Gases IN DEN LEEREN RAUM aus einem Behälter, der eine molekulare Öffnung besitzt.
Dabei sollte der Durchmesser der molekularen Öffnungen klein sein im Vergleich zur mittleren freien Weglänge des effundierenden Moleküls
Der Partikelstrom verläuft nur in eine Richtung (nach aussen)
1
2
2
1
m
m
v
v
Graham‘sches Gesetz: Die Effusionsgeschwindigkeiten zweier Gase verhalten sich umgekehrt wie die Quadratwurzeln ihrer Molekülmassen.
UF6 sublimiert bei 56,6°C
Fluor ist ein Reinelement , d.h. es existiert nur ein stabiles Isotop 19F
1833 Thomas Graham
(bei gleichem Druck)
Natururan besteht zu etwa 99,3 % aus 238U und zu 0,7 % aus 235U
Versuch: zwei Gase diffundieren in einem Glasrohr
HCl (g) + NH3 (g) NH4 Cl (s)
65 cm44,3 cm
HCl NH3
46,36
03,1768,0
65
3,443
33
HCl
NH
NH
HCl
NH
HCl
m
m
d
d
v
v
Träger des elektrischen Stroms sind Ionen, im Gegensatz zu metallischen Leitern, wo der Stromtransport durch Elektronen erfolgt.
= durch Elektrolyse zerlegbare Stoffe.
•Elektrolyte bilden in wässrigen Lösungen bewegliche Ionen.
•Dazu ist das Anlegen eines elektrischen Feldes nicht erforderlich.
•Kristallisieren die Elektrolyte in Ionengittern, so ist auch die Schmelze elektrisch leitend, ebenso wie die wässrigen Lösungen.
•Polare Molekülverbindungen, die im festen Zustand Nichtleiter sind, aber mit Wasser unter Bildung von Ionen reagieren, nennt man potentielle Elektrolyte.
•Die positiv geladenen Ionen (Kationen) wandern im elektrischen Feld zur Kathode (negative Elektrode)
•Die negativ geladenen Ionen (Anionen) zur Anode (positive Elektrode)
•Die Ionenbeweglichkeiten verschiedener Ionenspezies sind verschieden, eine besonders große Ionenbeweglichkeit besitzen H3O+ Ionen und OH- Ionen, diese tragen besonders stark zur Leitfähigkeit bei.
molkJHOHOHH 9,552
molkJOHCNOHHCN
molkJOHOHH
molkJCNHHCN
2,12
9,55
7,43
2
2
AB
BAK
BAAB
LmolA
A
Afa
A
10
0
AB
BAa a
aaK
Standardkonzentration
für die ideale Lösung ist f=1
. Eine experimentelle Bestimmung ist nicht möglich.
Säuren und BasenDie Begriffe „Säure“ und „Base“ wurden 1887 von Arrhenius und Ostwald erstmals definiert. Sie verstanden unter einer Säure einen sauer schmeckenden Stoff, der in wässriger Lösung unter Bildung von Wasserstoff-Ionen dissoziiert
z.B. HCl = H+ + Cl-
bzw. unter einer Base einen seifig schmeckenden Stoff, der in wässriger Lösung unter Bildung von Hydroxid-Ionen dissoziiert
z.B. Ca(OH)2= Ca2+ + 2 OH-
Versuch: Täuschung des Geschmacksinnes möglich!
Viele Hydroxidionen-freie Stoffe wie Metalloxide verwandeln sich erst beim Auflösen durch Reaktion mit dem Wasser in Basen z.B.
Na2O + H2O = 2 Na+ + 2 OH-
pH – Wert
Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoffionenaktivität (bei verdünnten Lösungen des Zahlenwerts der H+ Ionen Konzentration)
Protolysegleichgewicht und Ionenprodukt des Wassers:
2214
12
22
3
322
100,1
55,55
LmolK
LmolconstOH
OH
OHOHK
OHOHOHOH
W
Spezifische elektrische Leitfähigkeit bei 18°C:
Reinstwasser: 4x10-8 Ω-1cm-1
Kupfer: 6x105 Ω-1cm-1
d.h. 1 mm3 Reinstwasser besitzt den gleichen elektrischen Widerstand wie ein Kupferdraht von 1 mm2 Querschnitt und 15 Millionen km Länge (40 fache Entfernung zwischen Erde und Mond)
Die Autoprotolyse des Wassers ist der Grund dafür, dass auch chemisch reines Wasser eine (geringe) elektrische Leitfähigkeit besitzt:
Die Autoprotolyse des Wassers ist abhängig von Druck und Temperatur
Das Ionenprodukt KW des Wassers beträgt (bei Normaldruck) (mol2/L2)
bei 0 °C KW=0,13 · 10−14
Bei 50 °C KW=5,6 · 10−14
bei 100 °C KW=74 · 10−14
Dementsprechend ist auch der pH- Wert temperaturabhängig:
reines Wasser bei 0 °C pH=7,45 reines Wasser bei 25 °C pH=7,0 reines Wasser bei 50 °C pH=6,63 reines Wasser bei 100 °C pH=6,07
(Daten aus Jander/Blasius, Lehrbuch der analytischen und präparativen anorganischen Chemie, Hirzel Verlag, Stuttgart)
Bei 25°C gilt:
14
10
log
log
143
2
3
32
BS
WBS
BB
B
SS
S
pKpK
KOHOHKK
KpK
A
OHHAK
OHHAOHA
KpK
HA
AOHK
AOHOHHA
Der pH-Wert lässt sich ungefähr mittels pH-Indikatoren bestimmen.
Es handelt sich um schwache Säuren, bei denen sich die Farbe der undissoziierten Säure von der des Säure-Anions unterscheidet.
HInd
IndpKpH
HInd
IndHK
IndHHInd
Ind
Ind
log
Phenolphtalein
Methylorange
pH-Wert Farbe
2 rot
4 lila
6 violett
8 blau
10 blaugrün
12 gelb
Versuch: Rotkrautsaft als pH Universal-Indikator
Farbstoff: Cyanidin
in Abhängigkeit vom pH-Wert erfährt das Cyanidinsystem strukturelle Veränderungen
Vorlesungsexperiment: Titration
Bei der Titration (Volumetrie) erfolgt die portionsweise Zugabe einer Maßlösung eines Reagenz zur Lösung des Reaktionspartners, dessen Konzentration bestimmt werden soll, unter ständiger Kontrolle des Zugabevolumens bis zum vollständigen Umsatz (Äquivalenzpunkt) .
Die Volumenmessung der Maßlösung erfolgt mit einer Bürette oder mit einem PC-gekoppelten Titrationsgerät.
Der Äquivalenzpunkt kann z.B. mittels eines Farbindikators bestimmt werden.