TD2 - Chemisches Gleichgewicht

Bestimmung der Gleichgewichtskonstante, indem die temperaturabhängige Massenänderung im isobaren, isochoren System gemessen wird.

Reaktion steht dabei im Gleichgewicht nicht still, es werden lediglich gleich schnell Produkt und Edukt gebildet

• Geschwindigkeit Reaktion proportional zu Konzentration der Teilchen (wahrscheinlicher dass sie aufeinander treffen)

• im Gleichgewicht reagieren genau so viele Eduktmoleküle wie durch die Rückreaktion wieder gebildet werden: v(hin) = v(rück)

• Über Dalton´sches Gesetz und Zustandsgleichung idealer Gase kann auch mit den Partialdrücken gerechnet werden statt der Konzentrationen

• Der Partialdruck 𝑝𝑖 der Komponente i ist gegeben durch den Molenbruch 𝜒𝑖 und dem Gesamtdruck 𝑝𝑔𝑒𝑠

• Die Abhängigkeit der Stoffmengen von N2O4 und NO2 vom Fortschritt der Reaktion, sind gegeben durch die Reaktionslaufzahl ξ (Dissoziationsgrad). Sie steigt mit zunehmender Temperatur und kann Werte von 0 bis 1 annehmen.

• Für die Molenbrüche erhält man:

• iese Ausdrücke setzen wir in das Massenwirkungsgesetz ein:

• Aus Kp kann K bestimmt werden:

• Thermodynamische Herleitung des Massenwirkungsgesetzes:

• und für den Gleichgewichtszustand

• Aus der Van’t Hoff‘schen Reaktionsisobaren:

• Lässt sich ein linearer Zusammenhang zwischen ln 𝐾und 1 bilden:

• Somit lässt sich bei linearer Auftragung von ln 𝐾 gegen 1/T aus der Steigung der Geraden die Standardreaktionsenthalpie Δ𝑅𝐻^0 bestimmen.

• K = [B]^x / [A]^z

• Geschwindigkeit Reaktion proportional zu Konzentration der Teilchen (wahrscheinlicher dass sie aufeinander treffen)

• im Gleichgewicht reagieren genau so viele Eduktmoleküle wie durch die Rückreaktion wieder gebildet werden

• Relation zwischen freier Enthalpie ∆G und der Gleichgewichtskontanten K

• -> im Gleichgewicht gilt: 0 = ∆G^0 + RT*ln(K)

• Temperaturabhängigkeit ln(K) über Van´t Hoff´sche Reaktionsisobare -> ∆H ergibt sich aus der Steigung (∆H = -mR) -> ∆S ergibt sich aus dem y-Achsenabschnitt (∆S = cR) -> ∆G = ∆H - T∆S

• vor dem Versuch werden Kolben mit Vakuum geleert und gewogen

• mit Gas gefüllte Kolben werden bei unterschiedlichen Temperaturen gewogen

• Messkolben sind über eine Brücke mit einem Drucksensor, einer Kühlfalle mit angeschlossenem Vakuum und einem Druckausgleichsgefäß (Apparatur kann mit der Umgebungsluft belüftet werden) verbunden

• Kolben sind in einem Wasserbad um die Temperatur zu kontrollieren

• Vor jedem Wiegen wird der Druck über das Druckausgleichsgefäß auf Normaldruck gebracht. Danach werden die Kolben abgenommen um das Gewicht zu bestimmen

• Dies wird jeweils in 5 K Schritten bis zu einer Endtemperatur von 70 °C wiederholt. Bei höheren Temperaturen werden die Verbindungsstücke der beiden Kolben mit der Brücke durch Stopfen versiegelt, um zu verhindern, dass kondensierendes Wasser aus dem Wasserbad in die Apparatur gelangt

101300 Pa = 1 bar

• Da es sich beim Zerfall des Distickstofftetroxids um eine exotherme Reaktion handelt, wird durch zugeführte Wärme die Hinreaktion begünstigt (Prinzip von Le Chatelier), was sich in einer höheren Anzahl an NO2 Molekülen äußert.

• Auch der Anstieg der Gleichgewichtskonstanten K lässt sich durch die Reaktionsart/Verschiebung des Gleichgewichts nach Le Chantelier erklären. Dies wird wie auch die Ergebnisse für ξ dadurch bestärkt, dass wir für die Dissoziationsenthalpie einen positiven Wert erhielten.

• ΔRS0, ΔRH0 und ΔRG0 sollten jeweils positiv sein. Eine Zunahme der Entropie ist dadurch erklärbar, dass aus einem Molekül zwei wurden und somit die Unordnung in dem gegebenen System stieg. Die positive Dissoziationsenthalpie bestätigt die Annahme einer endothermen Reaktion und ein positives ΔG lässt auf eine exergone, also spontan stattfindende Reaktion schließen (bei Normaltemperatur, also 298,15 K).