Vorlesung 5 Flashcards
Sättigung
Gleichgewicht zwischen Edukt und Produkt
(entsprechend dem Gesetz der
Erhaltung der Masse)
Reaktionen
- Qualitative Aussage
- Quantitative Aussage
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
Kategorien von Reaktionen mit Bsp.
- 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
Lösungsreaktionen unterscheiden
-Kongruente Auflösung (alle Produkte sind löslich):
Anhydrit und Calcit
-Inkongruente Auflösung (Bildung neuer Minerale):
Kalifeldspat zu Kaolinit
und
Jarosit zu Bernalit
Phase
Physikalisch und chemisch homogener Anteil in einem heterogenen System
Bsp. Quarz, Fsp, Glimmer
Spezies
chemische Form, in der ein Element in einem System auftritt (Flüssigkeiten und Gase)
Bsp. Al3+(aq), AlO2(aq), Al(OH)2+(aq)
Komponente
Algebraischer (nicht notwendigerweise realer) Anteil einer chemischen Reaktion
(um jede Phase eines Systems zu beschreiben.)
Massenwirkungsgesetz
aA + bB <=> cC + dD
Elemente oder Verbindungen: A, B, C, D
Stöchiometrische Komponenten: a, b, c, d
Gleichgewichtskonstante K
(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
Mol (mol)
Avogadrozahl
Stoffmenge eines Systems in mol
Avogadrozahl: z0 = 6,022 x 10^23 mol^-1
Molarität (mol/l)
Anzahl der Mole eines Stoffes in 1 l Lösung
n-molare Lösung enthält n mol gelöste Substanz je Liter
temperaturABhängig
Molalität (mol/kg)
Anzahl der Mole eines gelösten Stoffes in 1 kg Lösungsmittel
n-molale Lösung enthält n Mol gelöste Substanz je kg
temperaturUNabhängig
Aktivität a
Beziehung zwischen Aktivität a und Konzentration c
„effektive“ Konzentration der Anteile, die an der Reaktion teilnehmen
a = γ x c
mit γ = Aktivitätskoeffizient
y = 1
a = 1
y = 1
in verdünnten Lösungen –> a = c
a = 1
bei reinen Substanzen
z.B. H2O, feste Mineral- oder Metallphasen
Gleichgewichtskonstante K, wenn
K > 1
K = 1
K < 1
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)
Energieumsatz
-einhergehende Temperaturwechsel mit
Kalorimeter messbar –> KnallgasReaktion
-Die Energiedifferenz ΔH
wird nach außen abgegeben (exotherm)
bzw. von außen aufgenommen (endotherm)
Exotherme Reaktion
Energiegehalt:
Edukte (HE) > Produkte (HP)
Edukte <=> Produkte + Wärme
- Wärme wird an die Umgebung abgegeben
- freigesetzte Energie zur Bildung eines Produkts
Endotherme Reaktion
Energiegehalt
Produkte (HP) > Edukte (HE)
Edukte + Wärme <=> Produkte
- Wärme wird aus Umgebung aufgenommen
- benötigt zusätzliche Energie zur Bildung des Produkts
Prinzip des kleinsten Zwanges:
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
Wasser als Lösungsmittel:
Bindungsarten im Molekül?
polar kovalente Bindung –> 39% ionisch
=> Dipolmoment wegen der Wasserstoffbindung –> hoher Siedepunkt
Wasser als Lösungsmittel:
Hydratation
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+)
Minerale:
Beispiel für
-gute Löslichkeit
-schlechte Löslichkeit
gute Löslichkeit = Ionische Bindung
Halit, Sylvin, Gips
schlechtere Löslichkeit = Nicht-Ionische Bindung
Calcit, Dolomit, Quarz, Feldspat
Löslichkeitsprodukt Ksp
anhand von Lösungsreaktion eines reinen Feststoffs:
AmBn (s) –> mA^+n + nB^-m (aq)
Löslichkeitsprodukt (Konstante):
Ksp = [A^+n]^m * [B^-m]^n
Ionen-Aktivitätsprodukt IAP
IAP = [A]real * [B]real (eq=Equilibrium)
- IAP unter realen Bedingungen aus Lösung vorliegende freie Ionen-Aktivitäten berechnen
- Gleichgewicht egal
- auf gemessenen Konzentrationen basierend
Mineral-Sättigungsindex SI
SI > 1
SI = 1
SI < 1
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
Ionenstärke
z.B. in natürlichen Gewässern
- 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!
