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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

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Chemisches gleichgewicht

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Entropie und richtung chemischer reaktionen

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Irreversible reaktionen in alltagschemie und lebewesen

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.
...

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.

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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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15. Dez. 2020

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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.

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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.

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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 = CC^c * DD^d / AA^a * BB^b

Dabei ist Kc die Gleichgewichtskonstante und XX 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 nurbeiGasennur 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

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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

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Jana V

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Timo S

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Sudenaz Ocak

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Greenlight Bonnie

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Julia S

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Marcus B

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Sarah L

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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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