Vorlesung 5

Question 1

Sättigung

Answer 1

Gleichgewicht zwischen Edukt und Produkt
(entsprechend dem Gesetz der
Erhaltung der Masse)

Question 2

Reaktionen

• Qualitative Aussage
• Quantitative Aussage

Answer 2

Qualitative Aussage:

• Reaktion zu einer Chemischen Verbindung
• Edukte bestehen jeweils aus gleichen Atomen
• Moleküle des Produkts aus den Atomen der Edukte

Quantitative Aussage:
- Stoffmengenbeziehungen
(1mol H2 + 1mol Cl2 --> 2 mol HCl)
-Massenbeziehungen
- Volumenbeziehungen

Question 3

Kategorien von Reaktionen mit Bsp.

Answer 3

• Lösungs- und Fällungsreaktionen
  z. B. Auflösen von Kalifeldspat:
• Säure-Base-Reaktionen
  z. B. Dissoziation von Wasser und Kohlensäure
• Komplexierungsreaktionen
  z. B. Komplexierung von Quecksilber
• Redox-Reaktionen
  z. B. Oxidation von Magnetit zu Hämatit

Question 4

Lösungsreaktionen unterscheiden

Answer 4

-Kongruente Auflösung (alle Produkte sind löslich):
Anhydrit und Calcit

-Inkongruente Auflösung (Bildung neuer Minerale):
Kalifeldspat zu Kaolinit
und
Jarosit zu Bernalit

Question 5

Phase

Answer 5

Physikalisch und chemisch homogener Anteil in einem heterogenen System

Bsp. Quarz, Fsp, Glimmer

Question 6

Spezies

Answer 6

chemische Form, in der ein Element in einem System auftritt (Flüssigkeiten und Gase)

Bsp. Al3+(aq), AlO2(aq), Al(OH)2+(aq)

Question 7

Komponente

Answer 7

Algebraischer (nicht notwendigerweise realer) Anteil einer chemischen Reaktion

(um jede Phase eines Systems zu beschreiben.)

Question 8

Massenwirkungsgesetz

Answer 8

aA + bB <=> cC + dD

Elemente oder Verbindungen: A, B, C, D
Stöchiometrische Komponenten: a, b, c, d

Question 9

Gleichgewichtskonstante K

Answer 9

(C)^C x (D)^d
—————— = K
(A)^a x (B)^b

Bsp Calcit
1 CaCO3 + 1 H2CO3 <=> 2 HCO3- + 1 Ca2+

(HCO3-)^2 x (Ca2+)^1
———————————- = K
(CaCO3)^1 x (H2CO3)^1

Question 10

Mol (mol)

Avogadrozahl

Answer 10

Stoffmenge eines Systems in mol

Avogadrozahl: z0 = 6,022 x 10^23 mol^-1

Question 11

Molarität (mol/l)

Answer 11

Anzahl der Mole eines Stoffes in 1 l Lösung

n-molare Lösung enthält n mol gelöste Substanz je Liter

temperaturABhängig

Question 12

Molalität (mol/kg)

Answer 12

Anzahl der Mole eines gelösten Stoffes in 1 kg Lösungsmittel

n-molale Lösung enthält n Mol gelöste Substanz je kg

temperaturUNabhängig

Question 13

Aktivität a

Beziehung zwischen Aktivität a und Konzentration c

Answer 13

„effektive“ Konzentration der Anteile, die an der Reaktion teilnehmen

a = γ x c
mit γ = Aktivitätskoeffizient

Question 14

y = 1

a = 1

Answer 14

y = 1
in verdünnten Lösungen –> a = c

a = 1
bei reinen Substanzen
z.B. H2O, feste Mineral- oder Metallphasen

Question 15

Gleichgewichtskonstante K, wenn

K > 1
K = 1
K < 1

Answer 15

gibt die „Richtung“ der Reaktion an
K gilt für bestimmte Temperaturen und Drücke

K > 1
überwiegen die Reaktionsprodukte

K = 1
haben Reaktionsprodukte und Ausgangsstoffe gleiche Anteile

K < 1
überwiegen die Ausgangsstoffe (Edukte)

Question 16

Energieumsatz

Answer 16

-einhergehende Temperaturwechsel mit
Kalorimeter messbar –> KnallgasReaktion

-Die Energiedifferenz ΔH
wird nach außen abgegeben (exotherm)
bzw. von außen aufgenommen (endotherm)

Question 17

Exotherme Reaktion

Answer 17

Energiegehalt:
Edukte (HE) > Produkte (HP)

Edukte <=> Produkte + Wärme

• Wärme wird an die Umgebung abgegeben
• freigesetzte Energie zur Bildung eines Produkts

Question 18

Endotherme Reaktion

Answer 18

Energiegehalt
Produkte (HP) > Edukte (HE)

Edukte + Wärme <=> Produkte

• Wärme wird aus Umgebung aufgenommen
• benötigt zusätzliche Energie zur Bildung des Produkts

Question 19

Prinzip des kleinsten Zwanges:

Answer 19

Übt man auf ein chemisches System im Gleichgewicht einen Zwang aus, so reagiert es so, dass die Wirkung des Zwanges minimal wird.

mit steigender Temperatur:

exotherm:
- -> Anteil Ausgangsstoffe größer
- -> K wird kleiner

endotherm:

• -> Anteil Reaktionsprodukte größer
• -> K wird größer

Question 20

Wasser als Lösungsmittel:

Bindungsarten im Molekül?

Answer 20

polar kovalente Bindung –> 39% ionisch

=> Dipolmoment wegen der Wasserstoffbindung –> hoher Siedepunkt

Question 21

Wasser als Lösungsmittel:

Hydratation

Answer 21

1) Wassermoleküle werden von positiv/negativ geladenen Ionen angezogen
2) bilden Hülle um diese Ionen

–> Minerale mit ionischen Bindungen sind Wasserlöslich (vor allem mit Alkali- und Erdalkali-Ionen: Na+,K+,Ca2+,Mg2+)

Question 22

Minerale:
Beispiel für
-gute Löslichkeit
-schlechte Löslichkeit

Answer 22

gute Löslichkeit = Ionische Bindung
Halit, Sylvin, Gips

schlechtere Löslichkeit = Nicht-Ionische Bindung
Calcit, Dolomit, Quarz, Feldspat

Question 23

Löslichkeitsprodukt Ksp

anhand von Lösungsreaktion eines reinen Feststoffs:
AmBn (s) –> mA^+n + nB^-m (aq)

Answer 23

Löslichkeitsprodukt (Konstante):

Ksp = [A^+n]^m * [B^-m]^n

Question 24

Ionen-Aktivitätsprodukt IAP

Answer 24

IAP = [A]real * [B]real (eq=Equilibrium)

• IAP unter realen Bedingungen aus Lösung vorliegende freie Ionen-Aktivitäten berechnen
• Gleichgewicht egal
• auf gemessenen Konzentrationen basierend

Question 25

Mineral-Sättigungsindex SI

SI > 1
SI = 1
SI < 1

Answer 25

Mineral im Gleichgewicht mit Fluid oder nicht?

IAP
—— = SI
Ksp

SI > 1 –> IAP > Ksp –> Fluid übersättigt & Feststoff fällt aus (präzipieren)

SI = 1 –> IAP = Ksp –> Fluid gesättigt & Gleichgewichtsbedingungen

SI < 1 –> IAP < Ksp –> Fluid untersättigt & Feststoff geht in Lösung

Question 26

Ionenstärke

z.B. in natürlichen Gewässern

Answer 26

• in wässriger Lösung
• Konzentrationen (mi, in Mol)
• Ladung (Zi) der Ionen

I = ½ * Summe( mi * Zi^2 )

z.B.
Flusswasser................I ~ 1 x 10-3
Grundwasser..............I ~ 1 x 10-1
Meerwasser................I ~ 7 x 10-1
Tiefengrundwässer...I ~ 5

aus Wasseranalysen von mg/l in mol/kg umrechnen!