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Chemisches und Dynamisches Gleichgewicht verstehen: Beispiele, Definitionen und das Haber-Bosch-Verfahren

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Rini Knitter

15.12.2020

Chemie

Chemisches Gleichgewicht

Chemisches und Dynamisches Gleichgewicht verstehen: Beispiele, Definitionen und das Haber-Bosch-Verfahren

Das dynamische chemische Gleichgewicht und das Haber-Bosch-Verfahren sind zentrale Konzepte in der Chemie. Diese Zusammenfassung erklärt die Grundlagen des chemischen Gleichgewichts, das Massenwirkungsgesetz und die Anwendung dieser Prinzipien im Haber-Bosch-Verfahren zur Ammoniakproduktion.

  • Dynamisches chemisches Gleichgewicht: Ein Zustand, in dem Hin- und Rückreaktion mit gleicher Geschwindigkeit ablaufen.
  • Massenwirkungsgesetz: Beschreibt das Verhältnis der Konzentrationen von Produkten und Edukten im Gleichgewicht.
  • Haber-Bosch-Verfahren: Industrielle Methode zur Ammoniakherstellung unter Berücksichtigung von Druck, Temperatur und Katalysatoren.
  • Einfluss von Druck und Temperatur: Entscheidende Faktoren für die Optimierung chemischer Prozesse.
  • Entropie und freie Energie: Konzepte zur Vorhersage des freiwilligen Ablaufs chemischer Reaktionen.
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15.12.2020

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1.Chemisches Gleichgewicht
1.1 Umkehrbare Reaktionen
Produkte exothermer, chemischer Reaktionen lassen sich durch Energiezufuhr grundsätzlic

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Das Haber-Bosch-Verfahren

Das Haber-Bosch-Verfahren ist ein wichtiges industrielles Verfahren zur Herstellung von Ammoniak. Es nutzt die Prinzipien des chemischen Gleichgewichts.

Die Ammoniaksynthese erfolgt nach der Reaktionsgleichung:

N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ ΔH = -92,4 kJ

Highlight: Die Reaktion ist exotherm und führt zu einer Volumenverringerung.

Wichtige Aspekte des Verfahrens:

  • Einsatz eines Katalysators zur Beschleunigung der Reaktion
  • Druckerhöhung begünstigt die Ammoniakproduktion
  • Temperatursenkung begünstigt die Reaktion, verringert aber die Reaktionsgeschwindigkeit

Beispiel: Als Kompromiss wird die Reaktion bei 450°C und 30 MPa durchgeführt.

Die Herstellung des Synthesegas-Gemisches erfolgt in mehreren Schritten:

  1. CH₄ + H₂O → CO + 3H₂
  2. 2CH₄ + 4N₂ + O₂ → 2CO + 4N₂ + 4H₂
  3. CO + H₂O → CO₂ + H₂

Nicht umgesetztes Synthesegas wird in einem Kreisprozess zurückgeführt, während das produzierte Ammoniak kondensiert und abgetrennt wird.

1.Chemisches Gleichgewicht
1.1 Umkehrbare Reaktionen
Produkte exothermer, chemischer Reaktionen lassen sich durch Energiezufuhr grundsätzlic

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Thermodynamik chemischer Reaktionen

Die Triebkräfte für freiwillig ablaufende chemische Reaktionen sind:

  1. Energieminimierung
  2. Entropiemaximierung

Definition: Die Entropie ist ein Maß für die Unordnung eines Systems. Je größer die Unordnung, desto größer der Wert der Entropie S.

Die Gibbs-Helmholtz-Gleichung beschreibt den freiwilligen Ablauf chemischer Reaktionen:

ΔG = ΔH - T * ΔS

Dabei ist:

  • ΔG: Änderung der freien Energie
  • ΔH: Reaktionsenthalpie
  • T: Temperatur
  • ΔS: Entropieänderung

Highlight:

  • ΔG positiv: endotherme Reaktion
  • ΔG negativ: exotherme Reaktion
  • ΔG = 0: Gleichgewichtszustand

Diese thermodynamischen Prinzipien helfen zu verstehen, warum bestimmte chemische Reaktionen spontan ablaufen und andere nicht. Sie sind grundlegend für das Verständnis des chemischen Gleichgewichts und seiner Anwendungen wie das Haber-Bosch-Verfahren.

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Lena, iOS Userin

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Chemie

1.156

15. Dez. 2020

3 Seiten

Chemisches und Dynamisches Gleichgewicht verstehen: Beispiele, Definitionen und das Haber-Bosch-Verfahren

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Rini Knitter

@riniknitter_394727

Das dynamische chemische Gleichgewicht und das Haber-Bosch-Verfahren sind zentrale Konzepte in der Chemie. Diese Zusammenfassung erklärt die Grundlagen des chemischen Gleichgewichts, das Massenwirkungsgesetz und die Anwendung dieser Prinzipien im Haber-Bosch-Verfahren zur Ammoniakproduktion.

  • Dynamisches chemisches Gleichgewicht: Ein Zustand, in dem... Mehr anzeigen
1.Chemisches Gleichgewicht
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Das Haber-Bosch-Verfahren

Das Haber-Bosch-Verfahren ist ein wichtiges industrielles Verfahren zur Herstellung von Ammoniak. Es nutzt die Prinzipien des chemischen Gleichgewichts.

Die Ammoniaksynthese erfolgt nach der Reaktionsgleichung:

N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ ΔH = -92,4 kJ

Highlight: Die Reaktion ist exotherm und führt zu einer Volumenverringerung.

Wichtige Aspekte des Verfahrens:

  • Einsatz eines Katalysators zur Beschleunigung der Reaktion
  • Druckerhöhung begünstigt die Ammoniakproduktion
  • Temperatursenkung begünstigt die Reaktion, verringert aber die Reaktionsgeschwindigkeit

Beispiel: Als Kompromiss wird die Reaktion bei 450°C und 30 MPa durchgeführt.

Die Herstellung des Synthesegas-Gemisches erfolgt in mehreren Schritten:

  1. CH₄ + H₂O → CO + 3H₂
  2. 2CH₄ + 4N₂ + O₂ → 2CO + 4N₂ + 4H₂
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Nicht umgesetztes Synthesegas wird in einem Kreisprozess zurückgeführt, während das produzierte Ammoniak kondensiert und abgetrennt wird.

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Thermodynamik chemischer Reaktionen

Die Triebkräfte für freiwillig ablaufende chemische Reaktionen sind:

  1. Energieminimierung
  2. Entropiemaximierung

Definition: Die Entropie ist ein Maß für die Unordnung eines Systems. Je größer die Unordnung, desto größer der Wert der Entropie S.

Die Gibbs-Helmholtz-Gleichung beschreibt den freiwilligen Ablauf chemischer Reaktionen:

ΔG = ΔH - T * ΔS

Dabei ist:

  • ΔG: Änderung der freien Energie
  • ΔH: Reaktionsenthalpie
  • T: Temperatur
  • ΔS: Entropieänderung

Highlight:

  • ΔG positiv: endotherme Reaktion
  • ΔG negativ: exotherme Reaktion
  • ΔG = 0: Gleichgewichtszustand

Diese thermodynamischen Prinzipien helfen zu verstehen, warum bestimmte chemische Reaktionen spontan ablaufen und andere nicht. Sie sind grundlegend für das Verständnis des chemischen Gleichgewichts und seiner Anwendungen wie das Haber-Bosch-Verfahren.

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Chemisches Gleichgewicht und Massenwirkungsgesetz

Das chemische Gleichgewicht ist ein zentrales Konzept in der Chemie. Es beschreibt einen Zustand, in dem Hin- und Rückreaktion mit gleicher Geschwindigkeit ablaufen, sodass die Konzentrationen der beteiligten Stoffe konstant bleiben.

Bei umkehrbaren Reaktionen können die Produkte durch Energiezufuhr wieder in die Edukte zurückgeführt werden. Im dynamischen Gleichgewicht liegen Edukte und Produkte nebeneinander vor.

Beispiel: Ethansäure + Ethanol ⇌ Ethansäureethylester + Wasser

Das Massenwirkungsgesetz beschreibt quantitativ die Konzentrationen der Stoffe im Gleichgewicht:

Kc = [C]^c * [D]^d / [A]^a * [B]^b

Dabei ist Kc die Gleichgewichtskonstante und [X] die Konzentration der Stoffe.

Highlight: Eine Gleichgewichtskonstante > 1 bedeutet, dass die Produkte überwiegen, bei < 1 überwiegen die Edukte.

Äußere Faktoren können das Gleichgewicht beeinflussen:

  • Konzentrationserhöhung der Edukte begünstigt die Produktbildung
  • Druckerhöhung begünstigt die Seite mit weniger Gasteilchen (nur bei Gasen)
  • Temperaturerhöhung begünstigt die endotherme Reaktionsrichtung

Definition: Das Prinzip des kleinsten Zwanges besagt, dass ein Gleichgewichtssystem einer Störung so ausweicht, dass der Zwang vermindert wird.

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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

Stefan S

iOS user

Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.

Samantha Klich

Android user

Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.

Anna

iOS user

Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

iOS user

Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!

Lena M

Android user

Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️

Timo S

iOS user

Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!

Sudenaz Ocak

Android user

Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

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Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

Android user

Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

Marcus B

iOS user

Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

Android user

Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

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