Chemisches Gleichgewicht in heterogenen Systemen Referat von Marthe Marschall Datum: Goethe-Universität Frankfurt am Main Seminar Allgemeine und anorganische Chemie 1 Seminarleiter: Dr. Fink 1

Inhalt Begriffsbestimmung: heterogenes System Arten von heterogenen Systemen Chemisches Gleichgewicht in fest-gasförmigen Systemen Chemisches Gleichgewicht in flüssig-festen Systemen Chemisches Gleichgewicht in gasförmig- flüssigen Systemen/Löslichkeit von Gasen Stofftrennung durch flüssig-flüssig Extraktion 2

Begriffsbestimmung: heterogenes System Ein heterogenes System liegt vor, wenn Reaktionspartner in unterschiedlichen Phasen an einer Reaktion beteiligt sind. 3

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) 4

Chemisches Gleichgewicht in fest- gasförmigen 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 5

Reaktion: Massenwirkungsgleichung: 6

Chemisches Gleichgewicht in flüssig- festen Systemen Reaktion:  Lösung gesättigt, wenn fester Bodenkörper des löslichen Stoffes mit Lösung im Gleichgewicht 7

Anwendung des MWG auf den Lösungsvorgang:  c (AgCl) = Stoffkonzentration des Bodenkörpers des löslichen Stoffes = konstant  Wert wird in Gleichgewichtskonstante mit einbezogen 8

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 9

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. 10

Chemisches Gleichgewicht in gasförmig- flüssigen 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. 11

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 12

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 13

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) 14