Homogene Systeme. Lösungen. Heterogen Systeme

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1 Homogene Systeme Folie092 Ein Stoffsystem, das in einer Phase (gasförmig, flüssig, fest) vorliegt, bezeichnet man als homogen. Beispiele: a) Reinstoffe in einer Phase 1 Ballon gefüllt mit 2 -Gas 1 Glas gefüllt mit Wasser (H 2 (fl.)) 1 Goldbarren (Au (s)) b) Stoffmischungen in einer Phase Atemluft Gemisch von Gasen: 78% N 2, 21% 2, 0.036% C 2 + Edelgase und Wasserdampf (Luftfeuchtigkeit) Lösungen: z.b. Salzlösungen (l): Na + Cl - in H 2 (Kochsalzlösung) Legierungen: z.b. Messing (s): 56-57% Cu % Zn Lösungen a) Echte Lösungen die Moleküle oder Ionen liegen molekular dispers vor (gelöster Stoff 3nm) b) Kolloidale Lösungen Lösung von Makromolekülen der Größe nm (Kolloid-dispers) c) Lösungen von noch größeren Teilchen, die man unter dem Lichtmikroskop sichtbar machen kann, gehören zu den heterogenen Systemen. Heterogen Systeme enthalten zwei oder mehrere nicht miteinander mischbare homogene Systeme. Beispiel: Eis / Wasser (zwei reine Stoffe)

2 Heterogene Systeme Folie093 Aggregatzustand Bezeichnung Beispiel fest/fest Gemenge, Konglomerat Granit, Aspirin-Tablette fest/flüssig Aufschlämmung, Suspension erdtrübes Wasser, Kalkmilch flüssig/flüssig Emulsion Creme, Milch fest/gasförmig Aerosol Staub, Rauch flüssig/gasförmig Aerosol Nebel, Schaum Einteilung der Stoffe * = Trennung durch physikalische Methoden; ** = Überführung durch Stoffumwandlung (chemische Methode)

3 Löslichkeit 358 g Kochsalz (Na + Cl - ) in 1 l H 2 (Sättigungskonzentration) ca. 80 g Diethylether (CH 3 -CH 2 --CH 2 -CH 3 ) in 1 l H 2 ca. 80 g 1-Butanol (CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 --H) in 1 l H 2 Ethanol (CH 3 -CH 2 -H) völlig mischbar mit H 2 Folie094 H 2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 CCl 4 CHCl 3 Dichte d: g/ml δ + Η δ + Η Verantwortlich für die Löslichkeit sind hier Ion-Dipol- oder Dipol-Dipol- Wechselwirkungen sowie Wasserstoffbrückenbindungen. Ηδ + Ηδ + Η δ+ Ηδ + Ο δ - Ο δ - δ - Ηδ + δ + Ο δ- Η Na + Ηδ + Ηδ + Ο δ + δ - δ + δ - Η Ο Η Cl (-) δ + Η Ο Ο δ - δ + Ο Η Ηδ + δ + Ηδ + Η δ - Hydrat-(Solvat)-Hülle Ο δ Η + Wasserstoffbrückenbindung Gleiches löst sich in Gleichem polar / unpolar hydrophil / hydrophob lipophob / lipophil (gr. Hydror - Wasser; phil - liebend; phobie - Angst) (lipos - Fett)

4 CH 3 Ethanol CH 2 1-Butanol δ+ H δ - H 3 C CH 2 CH 2 CH 2 vgl. löslich wie Diethylether H 3 C CH 2 CH 2 CH 3 Weniger löslich in H 2 als Ethanol wegen der größeren unpolaren Reste. Η Η δ + δ Ο - Η Ο Η H H 3 N CH C R H 2 N CH C R H Aminosäuren: inneres Salz löslich in H 2 Folie095 Unpolare Reste könen nicht solvatisiert werden, da die Wechselwirkung zwischen den polaren Solvensmolekülen untereinander stärker ist, als zwischen dem unpolaren Alkylrest und dem polaren Solvensmolekül. H H δ - δ + H H H H

5 Fette (Lipide) Folie096 δ - unpolarer Schwanz: R, R, R unpolare lange Kohlenwasserstoffketten zwischen C CH 2 δ + 11 und C 28 C R Beispiel: Stearinsäure-Rest δ - CH δ + C R δ CH 2 δ + 1 C R mäßig polarer Kopf Kalottenmodell des Triölsäureesters des Glycerins Monomolekulare Schicht von Ölmolekülen an einer Wasser-Luft-Grenzfläche

6 Nernstsches Verteilungsgesetz Folie097 C A (berphase) C A (Unterphase) = K (Verteilungskoeffizient) C A, C A Konzentrationen des Stoffes A [mol/l oder g/l] in der berphase und Unterphase Beispiele für berphase/unterphase Diethylether/Wasser; Hexan/Wasser; Wasser/CHCl 3 (Chloroform) Schema zur Überführung von Stoff A aus der Wasserphase in eine organische Phase durch wiederholte Extraktion mit Ether (K = 3). Die abnehmende Grautönung entspricht der abnehmenden Konzentration von Stoff A in der wässrigen Unterphase C A K = = C A C A K = = C A C A 0.25 C A C A = C A 6.25% C A

7 Henry-Daltonsches Gesetz Folie098 P A (Gasphase) C A (Flüssigkeit) = K P A - Partialdruck des Gases A [bar] C A - Konzentration des gelösten Gas A in der Flüssigkeit K - Verteilungskoeffizient Beispiel: Gasembolie bei Taucher In der Tiefe herrscht höherer Druck. Dadurch löst sich mehr N 2 im Blut. Beim Auftauchen bewirkt die Druckminderung die Bildung von Gasbläschen infolge der geringeren Löslichkeit ähnlich wie beim Öffnen der Sprudelflasche, wobei C 2 entweicht. Abhilfe: die Verwendung von Kunstluft 21% % He (nicht löslich im Blut)

8 Gleichgewichte in Gegenwart von Membranen Folie099 Membran durchlässig für Stoff A C A > C A A diffundiert von Kammer I in Kammer II bis C A = C A I C A A C A II Dialyse: Membran mit einer Porengröße von ca. 10 nm (semipermeabel - halbdurchlässig) erlaubt die Diffusion von niedermolekularen Stoffen (kleine Moleküle wie Harnstoff, Salze, überschüssige Arneimittel und deren Abbauprodukte, sowie Lösungsmittel) jedoch keine Diffusion von Makromolekülen wie Proteine, Enzyme etc.. Im Körper besitzt die Niere eine semipermeable Membran Ausscheidung der niedermolekularen Stoffwechselprodukte aus dem Blut im Urin. Bei Nierenfunktionsstörung: Blut wird durch einen Dialysator gepumpt und an einer künstlichen semipermeablen Membran mit einer physiologischen Kochsalz- Lösung (NaCl in H 2 ) gewaschen die nierdermolekularen Stoffwechselprodukte diffundieren in die Kochsalzlösung.

9 smose: osmotischer Druck π Folie100 π V = n R T n -Molzahl des gelösten Stoff im Volumen V R - allgemeine Gaskonstante T - absolute Temperatur in [K] Darstellung der smose. Zustand zu Beginn des Experiments und nach Erreichen des Gleichgewichtes ( Diffusionsrichtung des Lösungsmittels; p = hydrostatischer Überdruck, der p osm der Lösung entspricht). π = n V R T = c R T c - Konzentration in mol/l R = 8.31 [J/mol K]

10 Berechnung des osmotischen Druckes von Blut bei 37 C und einer Teilchenkonzentration von c = mol/l Folie101 π = c R T = [mol/l] [Pa l/mol K] ( ) [K] mol Pa l K = l mol K = Pa 7.63 bar Den gleichen osmotischen Druck wie Blut hat eine physiologische Kochsalzlösung (0.95 g NaCl in 100 ml H 2 isotonisch - Lösung mit dem gleichen osmotischen Druck wie Blut hypotonisch - Lösung mit geringerem osmotischen Druck hypertonisch - Lösung mit größerem osmotischen Druck

11 Folie102 polarer Kopf unpolarer Schwanz Phospholipid-Doppelschicht - Bestandteil der Zellmembran Kalottenmodell eines Phosphatidylcholinmoleküls Supramolekularer Aufbau der Zellmembran

12 Anwendungen von heterogenen Gleichgewichten bei Trennverfahren Folie103 Destillation: flüssig gasförmig flüssig Bei unterschiedlichen Siedepunkten lassen sich Flüssigkeitsgemische trennen. Beispiele: Ethanol (CH 3 -CH 2 -H), Sdp. 78 C / H 2, Sdp. 100 C Hexan (C 6 H 14 ), Sdp C / Benzol (C 6 H 6 ), Sdp C Sublimation: fest gasförmig fest Wird zur Reinigung von Feststoffen im Vakuum genutzt. Gefriertrocknung: Kristallisation: Sublimation von H 2 in Form von Eis bei niedriger Temperatur und im Vakuum (ca Torr). Wird zur Entwässerung von schwerflüchtigen Feststoffen und Flüssigkeiten genutzt. Feststoff + Lösungsmittel Lösung Beim Verdampfen des Lösungsmittels kristallisiert der Feststoff aus der Lösung aus. Die Methode wird zur Reinigung von Feststoffen genutzt, besonders von Feststoffgemischen mit unterschiedlicher Löslichkeit Feststoff mit geringerer Löslichkeit kristallisiert aus und der löslichere Feststoff bleibt in der Mutterlauge. Flüssig-flüssig-Extraktion: Bei Verteilung des gelösten Stoffes in den beiden nicht mischbaren Lösungsmitteln richtet sich nach dem Nernstsche Verteilungsgesetz. Chromatographie: Flüssigkeitschromatographie (LC - Liquid Chromatography; HPLC - High Pressure (Performance) LC stationäre Phase: fest mobile Phase: flüssig (Lösungsmittel wie Heptan, Ether, Essigester) Gaschromatographie (GC) stationäre Phase: flüssig oder fest (Film auf der Säulenwand oder imprägnierte Festphase) mobile Phase: Gas (He, N 2 )

13 Adsorptions-Isotherme in Abhängigkeit vom Partialdruck (p) bzw. Von der Konzentration (c) eines zu adsorbierenden Stoffes Folie104

14 Verschiedene Arten der Chromatographie Folie105

15 Stofftrennung durch Säulenchromatographie Folie106 I: Stoffgemisch A/B, im Fließmittel gelöst, wird auf die stationäre Phase (in einer Glassäule) aufgegeben. II: Mit dem Fließmittel (= Elutionsmittel) wird nachgewaschen, A und B trennen sich bei der Wanderung durch die Säule. III: B ist mit dem Elutionsmittel aus der Säule herausgetropft und befindet sich im Eluat.

16 Dünnschichtchromatographie Folie107 Schematische Zeichnung eines Dünnschichtchromatogramms I: Reiner Stoff A und Stoffgemisch sind an der Startlinie aufgetragen. II: Nach der Entwicklung des DCs. a = Laufstrecke von Stoff A, b = Laufstrecke von Stoff B, c = Laufstrecke des Fließmittels, R f -Wert für A: a/c; R f -Wert für B: b/c.

17 Gaschromatograph Folie Gaszylinder mit Trägergas (He, N2) 2- Gasventil 3- Injektor 4- Trennsäule 5- Ausgang vom Detektor 6- Meßgerät für den Gasfluß 7- Schreiber Trennsäule

18 Gaschromatogramm (Kappilar-GC) Folie109

19 Gaschromatogramm (Kappilar-GC) Folie110 Testmischung einiger als Drogen missbrauchter Morphinderivate: 1: Coffein, 2: Acetylcodein 3: Morphin, 4: Acetylmorphin, 5: Diacetylmorphin, 6: Narcotin Start t R = 0 Retentionszeit t R in min

20 Chemische Reaktionen Folie111 Säure-Base-Reaktion: Neutralisation H + + Cl - + Na H Na + + Cl - + H 2 Salzsäure Natronlauge Natriumchlorid Wasser Salz Fällungsreaktion: Ag + + N Na + + Cl - Ag + Cl - + Na + + N 3 - Sibernitrat Kochsalz Silberchlorid Natriumnitrat löslich in H 2 löslich in H 2 unlöslich in H 2 löslich in H 2 Metall-Komplex-Bildung: Cu 2+ + S NH 3 [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ + S 4 2- Kupfertetramin- Komplex Kupfersulfat Ammoniak löslich in H 2 (gasförmig) Reduktion - xidation: Redox-Reaktion: 2 H 2 (g) + 2 (g) 2 H 2 (l) + Energie (Knallgasreaktion) Wasser- Sauer- Wasser stoff stoff

21 Stöchiometrie (Erhaltung von Ladung und Masse) Folie112 Reaktionsgleichung: 2 H 2 (g) + 2 (g) 2 H 2 (l) Molangabe: 2 mol H 2 1 mol 2 2 mol H 2 Massenangabe: 2 2g=4g 1 32g=32g 2 18g=36g Volumenangabe: l=44.8l l=22.4l 2 18ml=36ml bei p = 1 atm, 0 C (d = 1g/1ml) (1l = 1000ml) rage: Wieviel Natriumhydroxid (NaH) und Salzsäure (HCl aq.) wird benötigt, um 150g Kochsalz (NaCl) erzustellen? Dabei stehen 2M Salzsäure (M - molar [mol/l] und festes NaH als Ausgangsstoffe zur Verfügung Molangabe: Massenangabe: NaH + HCl NaCl + H 2 1 mol 1 mol 1 mol 1 mol 23.0 (Na) 1.0 (H) 23.0 (Na) 2.0 (2 H) 16.0 () 35.5 (Cl) 35.5 (Cl) 16.0 () 1.0 (H) 36.5 g 58.5 g 18.0 g 40.0 g 40g NaH 58.5g NaCl 36.5g HCl 58.5g NaCl x g NaH = x = = 102.6g NaH 150g NaCl 58.5 y g HCl = y = = 93.6g HCl 150g NaCl l HCl aq. 73.0g HCl z l HCl aq = z = = 1.28 l 2M HCl 93.6g HCl 73.0

22 Chemische Gleichgewichte Folie113 A + B k 1 C + D Reaktionsgeschwindigkeiten Edukte k 2 Produkte a) der Hinreaktion A + B C + D Gleichgewicht liegt auf der Produktseite v = - d [A] dt b) der Rückreaktion d [B] = - = k dt 1 [A] [B] A + B C + D v = - d [C] dt d [D] = - = k dt 2 [C] [D] Gleichgewicht liegt auf der Eduktseite k 1, k 2 - Geschwindigkeitskonstanten K - Gleichgewichtskonstante Massenwirkungsgesetz (MWG) Der Gleichgewichtszustand ist erreicht, wenn die Geschwindigkeit der Hinreaktion gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion ist. k 1 [A] [B] = k 2 [C] [D] [C] [D] [A] [B] v = v k 1 = k = K 2

23 Chemische Gleichgewichte Folie114 Wenden Sie das Massenwirkungsgesetz auf folgendes Gleichgewicht an; bestimmen Sie den Ausdruck für K. 2 A + B 3 C + 2 D Lösung: A + A + B C + C + C + D + D K = [C] [C] [C] [D] [D] [A] [A] [B] K = [C]3 [D] 2 [A] 2 [B] mol 3 2 mol 2 l 2 l l 3 2 = mol2 l 2 mol 2 mol l 2 Wie lauten die K-Werte für folgende Gleichgewichte? Welche Dimensionen haben die K-Werte, wenn man die Konzentrationen in mol/l annimmt? Cu NH 3 + S 4 - [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ + S H H 2 H 2 S NaH Na 2 S H 2

24 Beispiel für eine Gleichgewichtsreaktion Säure-katalysierte Veresterung von Carbonsäuren Katalysator CH 3 CH + CH 3 CH 2 H (H+ ) CH 3 C CH 2 CH 3 + H 2 Essigsäure Ethanol Essigsäureethylester Folie115 Konzentrationen bei a) Reaktionsbeginn: t = 0 b) in [mol/l] Gleichgewichtskonstante: [CH 3 CCH 2 CH 3 ] [H 2 ] [CH 3 CH] [CH 3 CH 2 H] = K = 3.38 Frage: Wie groß sind die Gleichgewichtskonzentrationen wenn die Ausgangskonzentrationen der Edukte a) [CH 3 CH] = [CH 3 CH 2 H] = 1 mol/l b) [CH 3 CH] = 1 mol/l; [CH 3 CH 2 H] = 10 mol/l c) [CH 3 CH] = 2 mol/l; [CH 3 CH 2 H] = 5 mol/l sind? Ansatz: Gleichgewichtskonzentrationen: [CH 3 CCH 2 CH 3 ] = [H 2 ] = x; [CH 3 CH] = [CH 3 CH] t=0 -x; [CH 3 CH 2 H] = [CH 3 CH 2 H] t=0 -x a) x x (1-x) (1-x) = K x2 = K (1-2x + x 2 ) x 1,2 = K K - 1 K ± q K K K - 1 x 1 = x 2 = (falsche Lösung) Lösung a) [CH 3 CCH 2 CH 3 ] = [H 2 ] = mol/l [CH 3 CH] = [CH 3 CH 2 H] = mol/l b) [CH 3 CCH 2 CH 3 ] = [H 2 ] = 0.97 mol/l [ CH 3 CH] = 0.03 mol/l [CH 3 CH 2 H] = 9.03 mol/l

25 Energetik chemischer Reaktionen Folie116 Bei chemischen Reaktionen findet neben dem Stoffumsatz ein Energieumsatz statt. Exotherme Reaktion: Energie wird in Form von Wärme frei. Endotherme Reaktion: Für die Reaktion ist eine Enegiezufuhr erforderlich. Die Energiebilanz lässt sich als Reaktionswärme bzw. Reaktionsenthalpie ausdrücken; die Reaktionsenthalpie ist die Differenz der sogenannten Bildungsenthalpien der reagierenden Stoffe. Da die Enthalpiewerte druck- und temperaturabhängig sind, bezieht man sie auf die sogenannten Standardbedingungen: 25 C 298 K und 1 atm bar Standard-Bildungsenthalpie: H f H f (Element) 0 kj/mol (gilt für den bei den Standardbedingungen energetisch günstigsten Aggregatzustan

26 Beispiel: Folie117 Kohlenstoff C existiert in zwei Modifikationen: Graphit und Diamant. H f [kj/mol] H f (Graphit) = 0 kj/mol H f (Diamant) = +1.9 kj/mol Graphit ist stabiler als Diamant (metastabil) +1.9 Diamant 0 Graphit Knallgasreaktion H 2 (g) + ½ 2 (g) H 2 H f Reaktionsenthalpie H = -286 kj/mol stark exotherme Reaktion H f [kj/mol] 0 H 2 + ½ H 2

27 Bestimmung der Standard-Bildungsenthalpie von Methan, H f (CH 4 ) Folie118 Verbrennung von Methan (Hauptbestandteil des Erdgases) CH 4 (g) (g) C H 2 stark exotherm: H = -891 kj/mol H = [ H f (C 2 ) + 2 H f (H 2 )] - [ H f (CH 4 ) + 2 H f ( 2 )] H f (CH 4 ) = H f (C 2 ) + 2 H f (H 2 ) - 2 H f ( 2 ) - H H f (H 2 ) = -286 kj/mol, H f ( 2 ) = 0 kj/mol, H f (C 2 ) =? C (s, Graphit) + 2 (g) C 2 (g) H = kj/mol H f (C 2 ) H f (CH 4 ) = (-393.5) + 2 (-286) (-891) = kj/mol

28 Einige Standard-Bildungsenthalpien bei 25 C und kpa = 1 atm Folie119

29 Reaktionsenthalpie Reaktionsenthalpie H = Σ H f (Produkte) - Σ H f (Edukte) Folie120 (Bei der Summenbildung müssen die zu den einzelnen Stoffen gehörigen Koeffizienten berücksichtigt werden) Satz von Hess: Additivität von Reaktionsenthalpien A + B C + D + H (1) C + B E + H (2) A + 2 B D + E + H (3) H (3) = H (1) + H (2) Beispiel: Reaktion von Glucose mit 2 im Stoffwechsel Glucose C 6 H 12 6 (s) C 2 (g) + 6 H 2 (l) H f [KJ mol -1 ] (-393.5) 6 (-285.9) H = [6 (-393.5) + 6 (-285.9)] - [ ] = KJ mol -1 stark exothermer Prozeß (Energie wird frei) Photosynthese: 6 C H 2 C 6 H hν (Chlorophyll) Pigment in grünen Blättern Lichtenergie Katalysator Speicherung von Lichtenergie in Form von chemischer Energie

30 Folie121 Entropie S in [J K -1 mol -1 ] ist ein Maß für die rdnung bzw. Unordnung eines Systems. Je geringer die rdnung eines Systems ist, desto größer ist seine Entropie. Die Entropie eines Stoffes und damit der Grad der Unordnung nimmt zu beim Übergang vom kristallinen über den flüssigen zum gasförmigen Aggregatzustand. Bei chemischen Reaktionen ändern die reagierenden Stoffe ihren Entropieinhalt und damit tritt fast immer eine Entropieänderung auf, die als Reaktionsentropie S bezeichnet wird. Gibbs-Helmholtz-Gleichung G = H - T S G [kj mol -1 ] H [kj mol -1 ] S [J K -1 mol -1 ] T [K] - freie Reaktionsenthalpie - Reaktionsenthalpie - Reaktionsentropie - absolute Temperatur Zwei Gase mischen sich spontan Mischungsentropie: S > 0

31 Einfluß der Vorzeichen von H und S auf den freiwilligen Ablauf einer Reaktion Folie122 Beispiel: 2 H 2 (g) + 2 (g) 2 H 2 H = -286 kj mol - 1, S = -164 J K -1 mol -1, (1 kj = 1000 J) bei 25 C: T = 298 K 298 (-164) G = = -237 kj mol bei 2000 C: T = 2273 K 2273 (-164) G = = +88 kj mol (Abschätzung unter der Annahme, daß H und S nicht temperaturabhängig sind.) G < 0: G > 0: exergone Reaktion (läuft freiwillig ab) endergone Reaktion (läuft nicht freiwillig ab)

32 Freie Reaktionsenthalpie - chemisches Gleichgewicht Folie123 A + B C + D a) Beim Reaktionsstart nur A + B Hinreaktion bis zum Erreichen des Gleichgewichtes G < 0. b) Beim Reaktionsstart nur C + D Rückreaktion bis zum Erreichen des Gleichgewichtes G < 0. c) Im Gleichgewichtszustand keine meßbare Reaktion G = 0. G = G + RT ln [C] [D] [A] [B] = 0 beim Gleichgewicht G = - RT ln [C] [D] [A] [B] = - RT ln K R = 8.31 J K -1 mol -1 allgemeine Gaskonstante T - abs. Temp. [K] K gibt Auskunft über die Differenz der freien Standardenthalpie (bei 25 C) K = G [KJ mol -1 ]

33 Gekoppelte Reaktionen Folie124 Gleichgewichtskonstante K 3 soll aus K 1 und K 2 berechnet werden A B K 1 = [B] [A] [B] = K 1 [A] B C [C] K 2 = [B] K 2 = [C] K 1 [A] [C] = K 2 K 1 [A] [C] A C K 3 = [A] K 3 = K 2 K 1 [A] [A] = K 1 K 2 Fließgleichgewicht: offenes System A B C : Wenn die Geschwindigkeits der Teilschritte A B und B C gleich ist stationärer Zustand, in dem [B] über einen weiten Teil der Reaktion konstant ist. Beispiel: Blutzuckerspiegel: [Glucose] schwankt nur wenig, da über den Stoffwechsel Glucose gebildet wird und mit Hilfe von Insulin abgebaut wird. Wenn der Abbau von Glucose durch Insulin nicht mehr funktioniert Anstieg des Blutzuckerspiegels Diabetes

34 Elektrolyte: Salze Folie125 + n H 2 Na + Cl - Salz H 2 Na + (aq) + Cl - (aq) aq- hydratisiert von aqua - Wasser Kupfersulfat: Cu 2+ S 4 2- Cu 2+ S H 2 [Cu (H 2 ) 2 ] 2+ wasserfrei farbloses Salz blau Kupfervitriol Aquokomplex: schwach blau

35 Ionenradius und Hydratationsenergie ( H H ) einiger Ionen Folie126 Ion Radius (pm = m) H H (kj/mol) Li Na K Mg Ca Cl jedoch: Li + < Na + < K + Mg 2+ < Ca 2+ Li + aq > Na+ aq > K+ aq Lösungswärme H L = H U - H H KCl K + aq + Cl- aq H U (KCl) = 703 kj/mol Gitterenergie H H (K + ) = -314 kj/mol Hydratationsenergie H H (Cl - ) = -376 kj/mol Hydratationsenergie H L (KCl) = +13 kj/mol Lösungswärme Beim Lösen von KCl in H 2 wird Wärme verbraucht Abkühlung der Lösung H L = H U - H H CaCl 2 Ca 2+ aq + 2 Cl- aq H U (CaCl 2 ) = 2146 kj/mol Gitterenergie H H (Ca 2+ ) = kj/mol Hydratationsenergie H H (2 Cl - ) = -752 kj/mol Hydratationsenergie H L (CaCl 2 ) = -183 kj/mol Lösungswärme Beim Lösen von CaCl 2 in H 2 wird Wärme frei Erwärmung der Lösung Bei CaCl 2 6 H 2 H U > H H,gesamt Abkühlung der Lösung

36 Löslichkeitsprodukt L Folie127 Ba 2+ (aq) + S 4 2- (aq) BaS 4 (nahezu unlöslich in H 2 ) K = [Ba 2+ ] [S 2-4 ] [BaS 4 ] [BaS 4 ] = const. K [BaS 4 ] = L = [Ba 2+ ] [S 4 2- ] L = mol 2 / l 2 Berechnung der [Ba 2+ ]-Konzentration in einer gesättigten Lösung: [Ba 2+ ] = [S 4 2- ] = x x 2 = L = x = 10-5 mol / l Molmasse: 1 m (BaS 4 ) = 233 g/mol 10-5 mol = g = 2.33 mg BaS 4 sind in 1 l H 2 gelöst. AgCl L = mol 2 / l 2 löslich in NH 3 (aq) AgBr L = mol 2 / l 2 AgI L = mol 2 / l 2 unlöslich in NH 3 (aq) (1) AgCl Ag + (aq) + Cl NH 3 (aq) [Ag(NH 3 ) 2 ] + (aq) + Cl - (aq) (2) AgBr Ag + (aq) + Br NH 3 (aq) [Ag(NH 3 ) 2 ] + (aq) + Br - (aq) In (1) liegt das Gleichgewicht auf der rechten Seite, in (2) auf der linken Seite wegen des geringeren Löslichkeitsproduktes von AgBr.

37 Elektrolyse von Kupfer(II)chlorid in H 2 Folie128 Akkumulator Anode + Kathode - Cu 2+ Cl - Cl - Elektrodenprozesse: Anode: 2 Cl - 2e Kathode: Cu e 2 Cl Cl 2 Chlorgas (xidation) Cu (Metall) (Reduktion) Gesamtreaktion: Cu Cl Cu + Cl 2 Redox-Reaktion Die Reaktion ist endergon und läuft freiwillig in der entgegengesetzten Richtung ab. Die hierfür erforderliche Energie wird dem System als elektrische Energie zugeführt.