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RGT-Regel, Maxwall-Boltzmann Verteilung und Zerteilungsgrad

RGT-Regel, Maxwall-Boltzmann Verteilung und Zerteilungsgrad

 RGT-REGEL, MAXWALL-BOLTMANN-VERTEILUNG, ZERTEILUNGSGRAD ... 26.01.2021
CHEMIE: RGT-REGEL, MAXWALL-BOLTMANN-VERTEILUNG,
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RGT-REGEL, MAXWALL-BOLTMANN-VERTEILUNG, ZERTEILUNGSGRAD ... 26.01.2021 CHEMIE: RGT-REGEL, MAXWALL-BOLTMANN-VERTEILUNG, ZERTEILUNGSGRAD ... AUFGABE 1: Was versteht man unter der RGT-Regel? Allgemein steht die Abkürzung „RGT“-Regel für die Reaktions Geschwindigkeit - Temperatur- Regel, weshalb, wie es auch schon der Name vermuten lässt, zwischen der Reaktions- sie einen Zusammenhang geschwindigkeit und der Temperatur beschreibt. Uns allen ist bekannt, dass je höher die Temperatur eines Stoffes ist, desto schneller verlaufen chemische Reaktionen und laut der RGT-Regel steigert sich die Reaktionsgeschwindigkeit sogar das Doppelte bis Vierfache nach einer Temperaturerhöhung von ca. 10 °C bzw. 10 K. um Q{10} Q10 - Wert VT₁ VT₂ Diese Regel lässt sich mit der Stoßtheorie begründen, denn der Grund hierfür liegt in der leichteren Überwindung der Aktivierungsschwelle bei einer höheren Aktivierungsenergie. Also das bedeutet mit anderen Worten, dass sich durch die Temperaturerhöhung die Teilchen schneller bewegen können, was dazu führt, dass innerhalb der Reaktion mehr Stoßmöglichkeiten entstehen und je mehr Teilchen zusammenstoßen, desto höher ist die Geschwindigkeit der Reaktion. Reaktionsgeschwindigkeit Die RGT-Regel wird durch den Q10 - Wert beschrieben, wobei dieser den Faktor angibt mit dem die Reaktions- geschwindigkeit bei einer Temperatur- erhöhung ansteigt. V₁ bezeichnet die Reaktionsgeschwindigkeit bei der Temperatur T1, sodass V₁2 für die Reaktionsgeschwindigkeit bei der Temperatur T2 steht. T1 ist dabei immer die niedrigere Temperatur und T2 ist die um 10°C höhere Temperatur Temperatur Allgemein zeigt die Maxwell-Boltzmann- Verteilung, dass nicht alle Teilchen die gleiche Geschwindigkeit haben und somit bereits bei geringeren Temperaturen Teilchen...

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genügend Energie haben, um in den gasförmigen Aggregatzustand zu wechseln, wobei der Anteil der Teilchen mit der notwendigen Energie für die Reaktion bzw. mit der steigenden Temperatur steigt. Kristina Henke (4. Semester) Zum Schluss sollte man jedoch beachten, dass die RGT-Regel nicht generell gilt, denn es gibt auch Reaktionen bei denen die Reaktionsgeschwindigkeit bei höheren Temperaturen abnimmt oder gleichermaßen Reaktionen die eine höhere bzw. niedrigere Temperatur- erhöhung als 10 °C benötigen, um eine doppelte Reaktionsgeschwindigkeit zu erreichen. AUFGABE 2: Erläutern Sie den Begriff Maxwell-Boltzmann-Verteilung. Unter der Maxwell-Boltzmann-Verteilung bzw. unter der maxwellschen Geschwindigkeits- verteilung versteht man die Faustregel für Teilchengeschwindigkeiten in einem Gas, die sich in einem thermischen Gleichgewicht befinden. 12 11 10 ģ 9 Relative Häufigkeitsdichte fin 1 500 Reaktionsgeschwindigkeit -200 °C -100 °C 1000 4 2,4 0°C Temperatur 100 °C 200 1500 +10 °C 300 °C 400 °C 2000 3000 Teilchengeschwindigkeit in m/s 2500 700 C 800 °C 900 °C 1000 °C 3500 4000 4500 RGT-REGEL, MAXWALL-BOLTMANN-VERTEILUNG, ZERTEILUNGSGRAD ... 26.01.2021 AUFGABE 3: Warum reagiert Zinkpulver schneller mit Salzsäure als Zinkspäne und wenden Sie auf diese Reaktion den Begriff "Zerteilungsgrad" an. Um die Frage zu beantworten, warum Zinkpulver schneller mit Salzsäure als Zinkspäne reagiert, sollten wir uns zunächst mit dem Zerteilungsgrad beschäftigen. Unter dem Zerteilungsgrad eines Stoffes versteht man das Verhältnis einer Oberfläche zum Volumen. Eine Kugel hat beispielsweise einen sehr geringen Zerteilungsgrad, während ein Würfel mit dem gleichen Volumen einen erheblich höheren Zerteilungsgrad aufweist aufgrund des größeren Oberflächeninhaltes. Um das auf die Chemie zu übertragen, laufen dort Reaktionen von zwei Festkörpern an der Grenzoberfläche dieser beiden Stoffe ab. Je höher der Zerteilungsgrad eines Stoffes also ist, desto größer ist die Oberfläche an der Reaktionen stattfinden können und desto schneller läuft die Reaktion ab. Was jedoch beachtet werden sollte, ist, dass es sich beim Zerteilungsgrad jedoch um eine qualitative Messgröße handelt, wo bedeutet, dass sich kein exakter Zahlenwert angeben lässt. Durch dieses Wissen lässt sich die obere Frage nun beantworten, denn das Zinkpulver besitzt hier den höheren Zerteilungsgrad aufgrund der größeren Oberfläche, wodurch die Reaktion mit der Salzsäure im Vergleich zu den Zinkspänen schneller verläuft. Ein ähnliches Beispiel, welches wir schon behandelt haben, war dieses mit dem 1 kg Braten und dem 1 kg Hackfleisch, wobei sich die Frage gestellt hat, ob der 1kg Braten wirklich länger frisch bleibt oder eben nicht. Dabei wurde deutlich, dass diese Aussage der Wahrheit entspricht, aufgrund der kleineren Kontakt und Anstoßfläche des Bratens, denn dadurch ist der Zerteilungsgrad geringer und die Reaktion findet im Vergleich zu dem Hackfleisch langsamer statt, weshalb er länger frisch bleibt. Die Reaktionszeit ist vor allem von der Menge der Ausgangsstoffe Zink und Salzsäure abhängig, aber auch von der Oberflächenbeschaffenheit des Zinks (Zerteilungsgrad), von der Konzentration und von der Temperatur. AUFGABE 4: Erstellen Sie für die Reaktion von Zink mit Salzsäure ein Konzentrations-Zeit- Diagramm. Werten Sie den Kurvenverlauf kurz aus. Anhand des Graphen lässt sich nun erkennen, dass die Konzentration der Reaktion der Salzsäure mit zunehmender Zeit abnimmt und proportional Zn + HCI → ZnCl₂ + H₂ Auf der x-Achse des Graphen wird die Zeit t in Minuten angegeben und auf der y-Achse wird die Konzentration in Mol pro Liter angegeben. In diesem Falle wird am Graph die Konzentration von H30+ angegeben, was uns nicht weiter stören wird und beachtet werden sollte, weil Salzsäure immer als Lösung vorhanden ist. Kristina Henke (4. Semester) 1 0,8 Reaktionsgeschwindigkeit bei der Reaktion von HCI mit Zink in Abhängigkeit von der Zeit c (H30*) in mol/l V (H₂) in ml 0,6 0,4 0,2 0 0 Ac 1 Beim Zerteilen eines Stoffes nimmt die reaktionsbereite Oberfläche zu. ΔΙ -22 Staub, Oberfläche am größten 2 3 ΔΕ 4 5 6 7 8 9 50 40 30 20 10 0 t in min RGT-REGEL, MAXWALL-BOLTMANN-VERTEILUNG, ZERTEILUNGSGRAD ... 26.01.2021 dazu verhält sich auch die Reaktionsgeschwindigkeit. Dieses Ergebnis ist eher wenig verwunderlich, denn wenn wir dieses Experiment übertragen und uns vorstellen, dass zum Beispiel 10.000 Männer und 10.000 Frauen in einem Raum eingesperrt sind und die Aufgabe haben Paare zu bilden, wird es immer länger dauern je mehr Paare sich gebildet haben einen Partner zu finden. Also mit zunehmender Zeit erhöht sich die Anzahl der gebildeten Paare (Konzentration der Paare wird größer), die Anzahl der Solo-Personen nimmt im gleichen Maße ab (Konzentration der Solo-Personen sinkt). Die Paarbildung nimmt ab, je größer die Anzahl der gebildeten Paare ist, das bedeutet es dauert immer länger bis sich Paare bilden. Man kann also sagen, dass die Paarbildungszeit (Reaktionsgeschwindigkeit) sich vergrößert je kleiner die Anzahl der der Solo- Personen (Konzentration der Solo-Personen) ist. QUELLEN TEXTQUELLEN https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/chemie/artikel/rgt-regel# https://de.m.wikipedia.org/wiki/RGT-Regel#:~:text=Die%20RGT- Regel%20(Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel,%20auch%20van-%E2%80%99t- Hoff%E2%80%99sche%20Regel)%20ist%20eine,erh%C3%B6hten%20Temperatur%20dop pelt%20bis%20dreimal%20so%20schnell%20ablaufen. https://www.spektrum.de/lexikon/chemie/maxwell-boltzmann-verteilung/5637 https://chemiezauber.de/inhalt/q4/kinetik-eine- uebersicht/reaktionsgeschwindigkeit.html https://www.chemie.de/lexikon/Maxwell-Boltzmann-Verteilung.html https://de.wikipedia.org/wiki/Maxwell-Boltzmann-Verteilung VIDEOQUELLEN https://studyflix.de/chemie/rgt-regel-1921 https://www.youtube.com/watch?v=GB3S78te5wk Kristina Henke (4. Semester)

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Unter der Maxwell-Boltzmann-Verteilung bzw. unter der maxwellschen Geschwindigkeits- verteilung versteht man die Faustregel für Teilchengeschwindigkeiten in einem Gas, die sich in einem thermischen Gleichgewicht befinden. 12 11 10 ģ 9 Relative Häufigkeitsdichte fin 1 500 Reaktionsgeschwindigkeit -200 °C -100 °C 1000 4 2,4 0°C Temperatur 100 °C 200 1500 +10 °C 300 °C 400 °C 2000 3000 Teilchengeschwindigkeit in m/s 2500 700 C 800 °C 900 °C 1000 °C 3500 4000 4500 RGT-REGEL, MAXWALL-BOLTMANN-VERTEILUNG, ZERTEILUNGSGRAD ... 26.01.2021 AUFGABE 3: Warum reagiert Zinkpulver schneller mit Salzsäure als Zinkspäne und wenden Sie auf diese Reaktion den Begriff "Zerteilungsgrad" an. Um die Frage zu beantworten, warum Zinkpulver schneller mit Salzsäure als Zinkspäne reagiert, sollten wir uns zunächst mit dem Zerteilungsgrad beschäftigen. Unter dem Zerteilungsgrad eines Stoffes versteht man das Verhältnis einer Oberfläche zum Volumen. Eine Kugel hat beispielsweise einen sehr geringen Zerteilungsgrad, während ein Würfel mit dem gleichen Volumen einen erheblich höheren Zerteilungsgrad aufweist aufgrund des größeren Oberflächeninhaltes. Um das auf die Chemie zu übertragen, laufen dort Reaktionen von zwei Festkörpern an der Grenzoberfläche dieser beiden Stoffe ab. Je höher der Zerteilungsgrad eines Stoffes also ist, desto größer ist die Oberfläche an der Reaktionen stattfinden können und desto schneller läuft die Reaktion ab. Was jedoch beachtet werden sollte, ist, dass es sich beim Zerteilungsgrad jedoch um eine qualitative Messgröße handelt, wo bedeutet, dass sich kein exakter Zahlenwert angeben lässt. Durch dieses Wissen lässt sich die obere Frage nun beantworten, denn das Zinkpulver besitzt hier den höheren Zerteilungsgrad aufgrund der größeren Oberfläche, wodurch die Reaktion mit der Salzsäure im Vergleich zu den Zinkspänen schneller verläuft. Ein ähnliches Beispiel, welches wir schon behandelt haben, war dieses mit dem 1 kg Braten und dem 1 kg Hackfleisch, wobei sich die Frage gestellt hat, ob der 1kg Braten wirklich länger frisch bleibt oder eben nicht. Dabei wurde deutlich, dass diese Aussage der Wahrheit entspricht, aufgrund der kleineren Kontakt und Anstoßfläche des Bratens, denn dadurch ist der Zerteilungsgrad geringer und die Reaktion findet im Vergleich zu dem Hackfleisch langsamer statt, weshalb er länger frisch bleibt. Die Reaktionszeit ist vor allem von der Menge der Ausgangsstoffe Zink und Salzsäure abhängig, aber auch von der Oberflächenbeschaffenheit des Zinks (Zerteilungsgrad), von der Konzentration und von der Temperatur. AUFGABE 4: Erstellen Sie für die Reaktion von Zink mit Salzsäure ein Konzentrations-Zeit- Diagramm. Werten Sie den Kurvenverlauf kurz aus. Anhand des Graphen lässt sich nun erkennen, dass die Konzentration der Reaktion der Salzsäure mit zunehmender Zeit abnimmt und proportional Zn + HCI → ZnCl₂ + H₂ Auf der x-Achse des Graphen wird die Zeit t in Minuten angegeben und auf der y-Achse wird die Konzentration in Mol pro Liter angegeben. In diesem Falle wird am Graph die Konzentration von H30+ angegeben, was uns nicht weiter stören wird und beachtet werden sollte, weil Salzsäure immer als Lösung vorhanden ist. Kristina Henke (4. Semester) 1 0,8 Reaktionsgeschwindigkeit bei der Reaktion von HCI mit Zink in Abhängigkeit von der Zeit c (H30*) in mol/l V (H₂) in ml 0,6 0,4 0,2 0 0 Ac 1 Beim Zerteilen eines Stoffes nimmt die reaktionsbereite Oberfläche zu. ΔΙ -22 Staub, Oberfläche am größten 2 3 ΔΕ 4 5 6 7 8 9 50 40 30 20 10 0 t in min RGT-REGEL, MAXWALL-BOLTMANN-VERTEILUNG, ZERTEILUNGSGRAD ... 26.01.2021 dazu verhält sich auch die Reaktionsgeschwindigkeit. Dieses Ergebnis ist eher wenig verwunderlich, denn wenn wir dieses Experiment übertragen und uns vorstellen, dass zum Beispiel 10.000 Männer und 10.000 Frauen in einem Raum eingesperrt sind und die Aufgabe haben Paare zu bilden, wird es immer länger dauern je mehr Paare sich gebildet haben einen Partner zu finden. Also mit zunehmender Zeit erhöht sich die Anzahl der gebildeten Paare (Konzentration der Paare wird größer), die Anzahl der Solo-Personen nimmt im gleichen Maße ab (Konzentration der Solo-Personen sinkt). Die Paarbildung nimmt ab, je größer die Anzahl der gebildeten Paare ist, das bedeutet es dauert immer länger bis sich Paare bilden. Man kann also sagen, dass die Paarbildungszeit (Reaktionsgeschwindigkeit) sich vergrößert je kleiner die Anzahl der der Solo- Personen (Konzentration der Solo-Personen) ist. QUELLEN TEXTQUELLEN https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/chemie/artikel/rgt-regel# https://de.m.wikipedia.org/wiki/RGT-Regel#:~:text=Die%20RGT- Regel%20(Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel,%20auch%20van-%E2%80%99t- Hoff%E2%80%99sche%20Regel)%20ist%20eine,erh%C3%B6hten%20Temperatur%20dop pelt%20bis%20dreimal%20so%20schnell%20ablaufen. https://www.spektrum.de/lexikon/chemie/maxwell-boltzmann-verteilung/5637 https://chemiezauber.de/inhalt/q4/kinetik-eine- uebersicht/reaktionsgeschwindigkeit.html https://www.chemie.de/lexikon/Maxwell-Boltzmann-Verteilung.html https://de.wikipedia.org/wiki/Maxwell-Boltzmann-Verteilung VIDEOQUELLEN https://studyflix.de/chemie/rgt-regel-1921 https://www.youtube.com/watch?v=GB3S78te5wk Kristina Henke (4. Semester)