Gase, Flüssigkeiten, Feste Stoffe Osmose Gase, Flüssigkeiten, Feste Stoffe

Inhalt Osmose Die Pfeffersche Zelle Van’t Hoffsches Gesetz

Diffusion Die treibende Kraft für die Diffusion ist die Wärmebewegung Gleichverteilung beider Komponenten maximiert die Entropie

Diffusion bei der Osmose nur in einer Richtung Der Teilchenfluss durch die Fläche A ist proportional zum Konzentrationsgradienten 1 1/m Konzentrationsgradient D 1 1/(m·s) Diffusionskonstante

Osmose Kapillare Semipermeable Membran Lösung Lösungsmittel Bei dünner Kapillare bleibt die Konzentration während des Anstiegs des osmotischen Drucks, d. h. der Höhe der Säule, praktisch konstant

Die Pfeffersche Zelle Kapillare Semipermeable Membran Lösung Lösungsmittel Wilhelm Pfeffer (9.3.1845-31.1.1920), ursprünglich Apotheker, lehrte als Professor für Botanik in Bonn, Basel und 1878-1887 in Tübingen. Er führte, neben wesentlichen pflanzenphysiologischen Forschungen, grundlegende osmotische Untersuchungen durch.

Van’t Hoffsches Gesetz Formel Anmerkung Van’t Hoffsches Gesetz Osmotischer Druck Anzahl der im Volumen V der Lösung befindlichen Mol des gelösten Stoffes Volumen der Lösung, allgemeine Gaskonstante und Temperatur in K

Steighöhe und osmotischer Druck in der Pfefferschen Zelle Formel Anmerkung Osmotischer Druck in der Pfefferschen Zelle Steighöhe in der Kapillare Spezifisches Gewicht der Lösung

Versuch: Die Pfeffersche Zelle Wasser diffundiert osmotisch durch eine semipermeable Wand in eine Zuckerlösung, Der Anstieg der Lösungssäule in der Kapillare zeigt den steigenden Druck Der hydrostatische Druck steigt, trotz nahezu konstanten Gesamt-Volumens der Lösung (Hydrostatisches Paradoxon)

Umkehrosmose zur Wassergewinnung in kleinen Schiffen

Umkehrosmose Anwendung: Salzwasser wird unter Druck bis zu 60 bar durch eine halbdurchlässige (semipermeable) Membran gepresst und dabei fast zu 100 Prozent entsalzt Anlagen für Yachten mit 12-Volt-Bordspannung erzeugen etwa 20 Liter Trinkwasser je Stunde Energieverbrauch je Tonne Frischwasser: Umkehrosmose ca. 2 kWh Mehrstufige Verdampfer-Entsalzungsanlage ca. 100 kWh Verdampfung ohne Wärme-Rückgewinnung ca. 600 kWh

Groß Anlagen zur Meerwasser Entsalzung Quelle: http://www.hydrology.uni-kiel.de/lehre/seminar/ws04-05/frerk_meerwasserentsalzung.pdf

Mehrstufige Meerwasserentsalzung Das einfließende Meerwasser kühlt den Wärmetauscher, an dem der „Meer“-Wasserdampf kondensiert Das in den Wärmetauschern vorgewärmte Meerwasser wird auf 115°C erhitzt Erwärmung des Wassers auf 115° C Die unterschiedlichen Drucke werden mit Kompressoren eingestellt „Süßwasser“ Das überhitzte Meerwasser verdampft in der ersten Stufe unter Überduck Eine mehrstufige Verdampfungsanlage benötigt - durch Nutzung der „Abwärme“ der bei höherer Temperatur arbeitenden Stufen- nur etwa 120 kWh pro Tonne entsalztes Wasser Quelle: www.hydrology.uni-kiel.de/lehre/seminar/ws04-05/frerk_meerwasserentsalzung.pdf

Zusammenfassung Osmose: Diffusion von Teilchen des Lösungsmittels zur Lösung, dabei baut sich der osmotische Druck auf π·V = ν·R·T [J] van’t Hoffsche Gleichung π [Pa] osmotischer Druck V [m3] Volumen der Lösung ν [mol] Anzahl der im Volumen V der Lösung befindlichen Mol des gelösten Stoffes R [J/(mol·K)] allgemeine Gaskonstante T [K] Temperatur in K Umkehrosmose: Mit mechanischer Energie wird die Lösung durch eine semipermeable Membran gedrückt um den gelösten Stoff vom Lösungsmittel zu trennen Anwendung: Meerwassersalzung

Semipermeable Membran Lösung finis Kapillare Semipermeable Membran Lösung Lösungsmittel