Chemisches Gleichgewicht IN HETEROGENEN SYSTEMEN Goethe Universität Frankfurt Seminar zum Anorganisch Chemischen Praktikum I Aylin Tuğçe, Başaran

Inhaltsverzeichnis Kleiner Rückblick Heterogene Systeme Welche Form nimmt das MWG an? Thermische Zersetzung von Feststoffen Löslichkeitsprodukt Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten 4. Flüssig-Flüssig-Extraktion

Rückblick (homogenes Gleichgewicht) aA + bB ⇌ cC + dD 𝐊 𝐜 = 𝐜 𝐂 𝐂 𝐜 𝐝 𝐃 𝐜 𝐚 𝐀 𝐜 𝐛 𝐁 Beipiel: 𝐇 𝟐 (𝐠) + 𝐈 𝟐 (𝐠) ⇌ 2HI (𝐠) 𝐊 𝐜 = 𝐜 𝟐 𝐇𝐈 𝐜 𝐈 𝟐 𝐜 𝐇 𝟐 𝐊 𝐩 = 𝐩 𝟐 𝐇𝐈 𝐩 𝐈 𝟐 𝐩 𝐇 𝟐 In homogenen Systemen fließt die Konzentration/der Druck eines jeden Stoffes mit in das MWG ein!

Heterogenes Gleichgewicht „Wenn Substanzen, die in verschiedenen Phasen vorliegen, sich miteinander im GG befinden, so spricht man von einem heterogenen Gleichgewicht.“ (1 S.285) AB (𝐬) ⇌ 𝐀 + (𝐚𝐪) + 𝐁 − (𝐚𝐪) CaCO 𝟑 (𝐬) ⇌ CaO (𝐬) + CO 𝟐 (𝐠) Bei konstantem Druck und konstanter Temperatur werden die Konzentrationen von Feststoffen und Flüssigkeiten in 𝐊 𝐜 einbezogen

Heterogenes Gleichgewicht Welche Form nimmt das MWG an ? CaCO 𝟑 (𝐬) ⇌ CaO (𝐬) + CO 𝟐 (𝐠) 𝐊 𝐜 = 𝐜 𝐂𝐚𝐎 𝐜 𝐂𝐎 𝟐 𝐜 𝐂𝐚𝐎 𝟑 = 𝐜 𝐂𝐎 𝟐 Thermische Zersetzung von Feststoffen AB (𝐬) ⇌ 𝐀 + (𝐚𝐪) + 𝐁 − (𝐚𝐪) 𝐊 𝐜 = 𝐜 𝐀 + 𝐜 𝐁 − 𝐜 𝐀𝐁 = 𝐜 𝐀 + 𝐜 𝐁 − = 𝐊 𝐋 Löslichkeitsprodukt

Thermische Zersetzung von Feststoffen CaCO 𝟑 (𝐬) ⇌ CaO (𝐬) + CO 𝟐 (𝐠) 𝐊 𝐜 =𝐜 𝐂𝐎 𝟐 Definition „(…)eine thermo-chemische Spaltung organischer Verbindungen, wobei durch hohe Temperaturen (200–900 °C) ein Bindungsbruch innerhalb großer Moleküle in kleinere erzwungen wird.“ (Wikipedia 18.05.2014) Die Gleichgewichtskonstante entspricht der Konzentration des/der entstehenden Gase im Gleichgewicht.

Löslichkeitsprodukt AB (𝐬) ⇌ 𝐀 + (𝐚𝐪) + 𝐁 − (𝐚𝐪) 𝐊 𝐜 = 𝐜 𝐀 + 𝐜 𝐁 − = 𝐊 𝐋 Temperatur In endothermen Lösungsprozessen nimmt die Löslichkeit des Stoffes mit steigender Temperatur zu. (Feststoffe) In exothermen Lösungsprozessen nimmt die Löslichkeit des Stoffes mit abnehmender Temperatur zu. (Gase) Druck So gut wie keinen Einfluss auf die Löslichkeit von Feststoffen in Wasser  zu geringe Volumenveränderung Die Gleichgewichtskonstante entspricht dem Ionenprodukt im Gleichgewicht.

Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten Temperatur- & Partialdruckabhängig „Je höher die Temperatur, desto geringer die Löslichkeit!“ Bei niedrigen Temperaturen lösen sich Gase besser in Flüssigkeiten. Wird eine Gaslösung erwärmt, wird das Gas freigesetzt. „Je höher der Partialdruck, desto besser die Löslichkeit!“ Bei hohen Druck lösen sich Gase besser in Flüssigkeiten. Wird eine Gaslösung entspannt, wird das Gas freigesetzt. (Q 4)

Beispiel: „Kohlensäure“ 𝐂𝐎 𝟐 (𝐚𝐪) + 𝐇 𝟐 𝐎 (𝒍) ⇌ 𝐇 𝟐 𝐂𝐎 𝟑 (𝐚𝐪) 𝐊 𝐜 = 𝐜 𝐇 𝟐 𝐂𝐎 𝟑 𝐜 𝐂𝐎 𝟐 𝐜 𝐇 𝟐 𝐎 = 𝐜 𝐇 𝟐 𝐂𝐎 𝟑 𝐜 𝐂𝐎 𝟐 Gaslösungen befinden sich mit der, über der Flüssigkeit vorhandenen, Gasphase im Gleichgewicht.

Flüssig-Flüssig-Extraktion „Ein gelöster Stoff kann aus einer Lösung entfernt werden, indem man sie mit einer anderen, mit ihr nicht mischbaren Flüssigkeit durchschüttelt.“ (1 S.10) Stofftrennung und Reinigung von Substanzen Wasserwerke: Trinkwasserreinigung (Adsorption) Laborpraxis: Trennung eines gelösten Stoff aus der Lösung (Ausschütteln/Verteilen) Lösungsmittel, in welchem der Stoff besser löslich ist Einstellung des Verteilungsgleichgewichts

Beispiel: „Iod ausschütteln“ Wässrige Iod-Lösung mit Tetrachlormethan der größte Teil des gelösten Iods geht in die organische Phase über wenig Iod in wässriger Lösung Verteilung von Iod zwischen Wasser und Tetrachlormethan (2 S. 94)

Verteilungsgleichgewicht 1891 Nernst´sches Verteilungsgesetz: „Bei der Verteilung eines Stoffes zwischen zwei Phasen ( I,II) nimmt das Verhältnis seiner Stoffmengenkonzentration bei konstanter Temperatur einen konstanten Wert an“ K = 𝐂 𝑰 𝐂 𝑰𝑰 Verteilungskoeffizient Ist K > 1, reichert sich die gelöste Substanz in der Oberphase an. Ist K < 1, reichert sich die gelöste Substanz in der Unterphase an. K = 𝐂 𝑰 ( 𝐈 𝟐 𝐢𝐧 𝐂𝐂𝐥 𝟒 ) 𝐂 𝑰𝑰( 𝐈 𝟐 𝐢𝐧 𝐇 𝟐 𝐎) = 𝟒,𝟒 ∗ 𝟏𝟎 −𝟑 𝐦𝐨𝐥∗ 𝐥 −𝟏 𝟓,𝟐∗ 𝟏𝟎 −𝟓 𝐦𝐨𝐥∗ 𝐥 −𝟏 =85 (bei 25°C)

Die Flüssig-Flüssig-Extraktion Kleiner Versuch Die Flüssig-Flüssig-Extraktion

Quellen 1) Charles E. Mortimer Ulrich Müller: Chemie – Das Basiswissen der Chemie. Thieme, 2010. 2) Chemie Heute - Sekundarbereich II. Schroedel, Druck A9 2007. http://shelx.uni-ac.gwdg.de/~rherbst/grund/anhang/gase.pdf http://www.chemryb.at/chemie1/gasgl/gasgleichung5.htm http://www.lenntech.de/element-und-wasser/loeslichkeit.htm http://de.wikipedia.org/wiki/Pyrolyse http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/4/cm/phasen.vlu/Pag e/vsc/de/ch/4/cm/phasen/nernst_verteilungssatz.vscml.html

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