Vorlesung Allgemeine Chemie: Thermodynamik, Gase Flüssigkeiten, Lösungen

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1 Vorlesung Allgemeine Chemie: Thermodynamik, Gase Flüssigkeiten, Lösungen Inhalte Thermochemie: Prozessgrößen Wärme, Arbeit, Zustandsgröße Innere Energie, Erster Hauptsatz der Thermodynamik, Enthalpie, Energieumsatz chemischer Reaktionen, Kalorimetrie, Wärmekapazität, Bombenkalorimeter, Satz von Hess, Standargrößen: Standard-Bildungsenthalpien, Berechnung von Standard-Reaktionsenthalpien aus Standard-Bildungsenthalpien Verhalten von Gasen: Luftdruck, Druckgrößen, ideale Gasgleichung und abgeleitete Beziehungen, Gasdichte, Partialdruck, Daltonsches Gesetz, Verhalten von Gasen: Arbeit als Prozessgröße: reversibles und irreversibles Entspannen eines Druckbehälters, Partialdruck (des Wassers beim Auffangen von Gasen über Wasser), kinetische Gastheorie, mittlere Geschwindigkeit und Grahamsche Effusionsgesetz, Verhalten realer Gase (qulitativer Zusammenhang zu den Näherungen für das ideale Gas), Gasverflüssigung (Joule-Thomson-Effekt) Eigenschaften von Flüssigkeiten: van der Waals-Kräfte (Dipol-Dipol-WW, London'sche Dispersionkräfte), Wasserstoffbrücken-Bindung (Struktur und Auswirkungen), relative Größenordnungen, Dampfdruck, p-t-kurven von Lösungmitteln (Clausius-Clapeyron- Gleichung), Siedeverhalten von Flüssigkeitsgemischen, Siedediagramme, azeotropes Verhalten, Dampfdruckerniedrigung des Wassers durch Lösung von Salzen, Gefrierpunktserniedrigung, Siedepunktserhöhung

2 Vorlesung Allgemeine Chemie: Thermodynamik, Gase Flüssigkeiten, Lösungen Inhalte Eigenschaften von Lösungen: Lösungsenthalpien, Gitterenergien, Solvatationsenthalpien, Löslichkeitstrends von Salzen, Dissoziation und Leitfähigkeit, Wechselwirkungen: protische/aprotische, unpolare/polare Lösungsmittel, Mischbarkeit, hydrophobe und hydrophile Wechselwirkungen, Sättigung, Temperaturabhängigkeit c sa, bzw. K L, Zusammenhang zur Lösungsenthalpie Thermodynamik: Spontanität von Prozessen, Entropiebegriff, 2. Hauptsatz der Thermodynamik, Gibbs-Helmholtz-Gleichung, G als Kriterium für Reaktionen, Einfluss der Temperatur, Entropie: 3. Hauptsatz der Thermodynamik und Standard-Entropie von Elementen, Größenordnungen, Zusammenhang G und der Gleichgewichtskonstante K, Abschätzung der Temperaturabhängigkeit von K (Beispiel CO-Konvertierung), Zusammenhang G mit E, Konzentrationszellen: Nernstsonde als Lambda-Sonde Die folgenden Folien haben in der Vorlesung zur Veranschaulichung ausgewählter Fakten gedient, sie stellen keine umfassende Darstellung der betreffenden Themen dar.

3 Vorlesung Allgemeine Chemie: Thermochemie Erster Hauptsatz der Thermodynamik U = Q + W Volumenarbeit W = p V

4 Vorlesung Allgemeine Chemie: Thermochemie Kalorimeter p = const. Q p = H v = const. Q v = U

5 Vorlesung Allgemeine Chemie: Thermochemie

6 Vorlesung Allgemeine Chemie: Thermochemie

7 Vorlesung Allgemeine Chemie: Thermochemie Abhängigkeit der Bindungsdissoziationsenthalphie von der Bindungslänge Bindung Bindungslänge in pm Bindungsenthalpie in kj pro mol H-H Cl-Cl Br-Br Abhängigkeit der Bindungsdissoziationsenthalphie von der Bindungsart Bindung Bindungslänge in pm Bindungsenthalpie in kj pro mol C-C C=C C C Abhängigkeit der Bindungsdissoziationsenthalphie von der Polarität Bindung Bindungslänge in pm Bindungsenthalpie in kj pro mol H-H H-F O=O C=O

8 Vorlesung Allgemeine Chemie: Gase Evangelista Torricelli Blaise Pascal 1647 Puy de Dome 1 Torr = 1 mm Hg-Säule 760 Torr = Pa

9 Vorlesung Allgemeine Chemie: Gase Boyle sches Gesetz: Gasgesetze p v = const. (für gegebenes n und T) Charles sches Gesetz: v = const. (für gegebenes n und p) T Avogadro sches Gesetz: v n = const. (für gegebenes p und T)

10 Vorlesung Allgemeine Chemie: Gase Partialdrücke in Gasmischungen 2 KClO 3 2 KCl + 3 O 2 p(gesamt) = p(gas) + p(h 2 O)

11 Vorlesung Allgemeine Chemie: Gase Kinetische Gastheorie

12 Vorlesung Allgemeine Chemie: Gase Verhalten realer Gase

13 Vorlesung Allgemeine Chemie: Gase Luftverflüssigung nach Linde

14 Vorlesung Allgemeine Chemie: Gase Luftverflüssigungsanlage auf der Weltausstellung in Paris (1900)

15 Vorlesung Allgemeine Chemie: Flüssigkeiten Dichte-Anomalie des Wassers

16 Vorlesung Allgemeine Chemie: Flüssigkeiten Bedeutung der Wasserstoff-Brückenbindung

17 Vorlesung Allgemeine Chemie: Flüssigkeiten Siedeverhalten Clausius-Clapeyron-Gleichung ln p = V H RT + C

18 Vorlesung Allgemeine Chemie: Flüssigkeiten Siedeverhalten: Minimumazeotrop Azeotrop im Kolonnenkopf

19 Vorlesung Allgemeine Chemie: Flüssigkeiten Siedeverhalten: Maximumazeotrop Azeotrop im Kolonnensumpf

20 Vorlesung Allgemeine Chemie: Lösungen fettlöslich: hydrophob (wasserabweisend) wasserlöslich: hydrophil

21 Vorlesung Allgemeine Chemie: Lösungen Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit

22 Vorlesung Allgemeine Chemie: Lösungen Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten Henry sches Gesetz: Temperaturabhängigkeit Molalität Partialdruck = const.

23 Vorlesung Allgemeine Chemie: Lösungen Osmose osmotischer Druck πv = nrt π = crt

24 Vorlesung Allgemeine Chemie: Lösungen Beispiele für Osmose: rote Blutkörperchen: Notwendigkeit isotonischer Lösungen bei intravenöser Infusion hypertonische Lösung hypotonische Lösung

25 Vorlesung Allgemeine Chemie: Lösungen Beispiele für Osmose: saure Metallsalze in einer Wasserglas-Lösung: farbige M aq n+ in Na 2 SiO 3 -Lösung ( chemischer Garten ) Bildung einer semipermeablen Membran durch Polykondensation

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