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Übungen



6. Stunde Druck- und Temperaturverhalten von realen und idealen Gasen; kritische Erscheinungen; Phasengesetz von Gibbs; Phasendiagramme
Versuche
Diffusion von Gasen durch Tonzylinder; Diffusion von HCl/NH3.
Molekulare Masse nach Viktor Meyer,Kondensation von nitrosen Gasen, Sublimation von Iod





  Zustandsdiagramm von Wasser


Kontrollfragen / Übungsaufgaben
1. Nennen Sie drei Gase, die sich bei Raumtemperatur a) angenähert ideal verhalten bzw. b) die unter Druckanwendung zur Kondensation gebracht werden können.
2. Wann sublimiert einen Substanz. Nennen Sie drei Beispiele für Sublimationsprozesse.
3. Wann schmilzt, wann siedet ein reiner Stoff?
4. Formulieren Sie das Phasengesetz von Gibbs. Wenden Sie das Gesetz auf die Systeme
a) Eis/Wasser/Wasserdampf;
b) Graphit/Diamant/fl. Kohlenstoff/C-Gas
c) Kalk/Calciumoxid/Kohlendioxid
5. Welche Bedeutung haben die Werte der kritischen Punkte (Temperatur, Druck, Volumen, Dichte) für das Verhalten eines Stoffes. Was bedeutet der Hinweis, dass in der Natur Kristalle (z. B. Quarz) unter hydrothermalen Bedingungen  aus wässrigen Lösungen bei 100kbar und 1000 K entstehen? Erklären Sie, wie Kaffee durch Extraktion unter schonenden Bedingungen bei ca. 50oC mit  superkritischem Kohlendioxid von Koffein befreit werden kann.

Lösungen
1. a) Bestandteile der Luft: Sauerstoff, Stickstoff, leichte Edelgase, Wasserstoff; b) Kohlendioxid, Butan, Chlor
2. Gleichgewichtseinstellung fest/gasförmig unterhalb des Schmelzpunktes (Eis verdampft) bzw. wenn der Dampfdruck des Feststoffes bereits vor Erreichen des Schmelzpunktes den Außendruck übersteigt (Iod, Kohlendioxid).
3. Schmelzpunkt: Dampfdruckkurven fest/flüssig schneiden sich; Siedepunkt: Dampfdruck der Flüssigkeit erreicht den Außendruck.
4. Gesetz: Phasen + Zahl der frei variierbaren Parameter = Zahl der unabhängigen Komponenten  + 2; 
a)Wasser, K = 1; F = 0; maximal drei Phasen, dann invariant, ein Tripelpunkt im Diagramm; F = 1; zwei Phasen im Gleichgewicht, univariant, eine Kurve im Zustandsdiagramm, entweder Druck oder Temperatur können vorgegeben werden; F = 2, divariant, nur eine Phase, ein Feld im Zustandsdiagramm, innerhalb dessen P und T in weiten Grenzen frei gewählt werden können.
b) weil nur eine Komponente und stets Dampf (C-Gas) vorhanden, können niemals  die zwei festen Formen (Graphit, Diamant) mit der Schmelze im Gleichgewicht stehen, höchstens Tripelpunkte. Ähnlich Zustandsdiagramm von Schwefel mit der orthorhobischen und der monoklinen festen Form (S. Lehrbuch, Zutsandsdiagramm des Schwefels).
c) Drei Phasen CaO, CaCO3 und CO2, jedoch verbunden über Massenwirkungsgesetz. Deshalb nur 2 Komponenten unabhängig, nicht drei. 3 Phasen + 1 Freiheitsgrad = 2 unabh. Komponenten +2; bei vorgegebener Temperatur ist der CO2-Druck festgelegt.
5. Oberhalb der kritischen Temperatur (T>Tkr) und bei genügend hohen Drücken (P>Pkr) verschwindet die Grenze zwischen flüssiger und dampfförmiger Phase, die Stoffe können im überkritischen Bereich ähnlich wie Flüssigkeiten behandelt werden.  Wasser: hydrothermale Bedingungen der Geologie, unpolares Lösungsmittel Kohlendioxid

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