Kryoskopie und Ebullioskopie als kolligative Eigenschaften - Lösung siedet und gefriert später als das reine Lösungsmittel?
Video in TIB AV-Portal:
Kryoskopie und Ebullioskopie als kolligative Eigenschaften - Lösung siedet und gefriert später als das reine Lösungsmittel?
Formal Metadata
Title |
Kryoskopie und Ebullioskopie als kolligative Eigenschaften - Lösung siedet und gefriert später als das reine Lösungsmittel?
|
Title of Series | |
Part Number |
34
|
Author |
|
Contributors |
|
License |
CC Attribution - NonCommercial 3.0 Germany:
You are free to use, adapt and copy, distribute and transmit the work or content in adapted or unchanged form for any legal and non-commercial purpose as long as the work is attributed to the author in the manner specified by the author or licensor. |
Identifiers |
|
Publisher |
|
Release Date |
2013
|
Language |
German
|
Production Year |
2013
|
Production Place |
Jülich
|
Content Metadata
Subject Area | |
Keywords | Physikalische Chemie Thermodynamik |

00:00
River delta
Lecture/Conference
Density
Mixture
Kryoskopie
Solvent
Solvent
Solution
Ebullioskopie
General chemistry
Solution
00:45
Lecture/Conference
Mixture
Röt
Law of mass action
02:02
Gelöster Stoff
Lecture/Conference
Mixture
Solvent
Solution
Sugar
Solution
Solution
02:57
River delta
Gelöster Stoff
Lecture/Conference
Solvent
Solution
Sugar
Stoffmengenanteil
05:21
River delta
Lecture/Conference
Solvent
Solution
Solution
07:26
Verdampfungswärme
River delta
Gelöster Stoff
Lecture/Conference
Solvent
Stoffmengenanteil
08:08
River delta
Gelöster Stoff
Lecture/Conference
Lipopolysaccharide
Solvent
Solution
Reinwasser
08:56
River delta
Ethylene glycol
Lecture/Conference
Konzentrierte Lösung
Sunscreen
Kryoskopie
Solvent
Solution
Ebullioskopie
Reinwasser
Antifreeze
00:02
Heute diskutieren wir die unterschiedlichen Eigenschaften von Lösemittel und Lösung. Das Verhalten einer Mischung hängt von den energetischen und entropischen Im Detail beschreibt dies die Theorie von FLORY und HUGGINS. Der einfachste Fall liegt bei idealen Mischungen vor: Hier sind sowohl Mischungsvolumen als auch Mischungsenthalpie gleich Null. (delta(V)mix=0; delta(H)mix=0) Die Eigenschaft einer idealen Mischung (z.B. Siedetemperatur, Schmelztemperatur, Dichte, etc.) liegt
00:48
immer zwischen den Eigenschaften der reinen Komponenten: In der typischen graphischen Darstellung des Eigenschaftsdiagramms befindet sich am linken Rand der Abszisse die "blaue" Komponente, am rechten Rand die "rote" Komponente. Die Eigenschaften (auf der Ordinate aufgetragen) der Mischungen verbinden die Eigenschaften der
01:19
reinen Komponenten in einer Linie ohne Minimum oder Maximum. Wenn wir zwei ideale Mischung als zwei Phasen in Kontakt bringen, ergibt sich eine einfache Beziehung zwischen der Konzentration der Übergangskomponenten in Phase I und Phase II. Analog zum Massenwirkungsgesetz ist der Quotient der betreffenden Konzentrationen im Gleichgewicht konstant. Diese Gesetzmäßigkeit heißt im Falle eines Extraktionsgleichgewichts NERNSTscher Verteilungssatz; bei der Formulierung
02:04
für die Absorption spricht man vom HENRYschen Gesetz. und diese Gesetzmäßigkeit in Bezug auf den Dampfdruck heißt 1. RAOULTsches Gesetz. Wir wollen zunächst Mischungen betrachten, die man klassisch als "Lösungen" bezeichnet. Komponente A ist das Lösemittel und ist relativ leichtflüchtig (hoher Dampfdruck) Die Komponente
02:35
B ist der gelöste Stoff; dieser ist so schwerflüchtig, dass sein Dampfdruck praktisch nicht messbar ist. Die homogene Mischung aus A und B wird klassisch als "Lösung" bezeichnet. Wenn wir beispielsweise Zucker in Wasser auflösen, entsteht die klassische
02:59
Zuckerlösung. Das reine Lösemittel besitzt eine Siedetemperatur T*(vap) (mit Stern gekennzeichnet) und eine Gefriertemperatur T*(fus) (mit Stern gekennzeichnet) Wie ändern sich Siedepunkt und Gefrierpunkt bei einer Lösung? (Vergleich T(vap) <->T*(vap) und T(fus) <->T*(fus)) Aus dem 1. RAOULTsche Gesetz folgt, dass der Dampfdruck über einer Lösung niedriger ist als der Dampfdruck über dem reinen Lösemittel. Die Dampfdruckerniedrigung delta(p)A ist proportional zum Stoffmengenanteil des gelösten Stoffes x(B) Wenn wir 2% Zucker im Wasser lösen, dann sinkt der Dampfdruck des Wassers um zwei Prozent ab. Wir zeichnen in ein p-T-Diagramm die Dampfdruckkurven vom Lösemittel (schwarz) und von der Lösung (grün). Wir finden die Siedepunkt des reinen Lösemittels (Schnittpunkt Dampfdruckkurve mit p°-Isobare) bei T(S) (entspricht T*(Vap)); die Lösung siedet aber erst bei einer höheren Temperatur T(S)´ T(S)´ (entspricht T(vap) - erst dort erreicht der Dampfdruck der Lösung den Außendruck p° Die Dampfdruckerniedrigung delta(p)A führt zu einer Siedepunkts- erhöhung delta(T)S delta(T)S (entspricht delta(T)vap) Zur quantitativen Berechnung der Siedepunktserhöhung benötigen wir die CLAPEYERONsche Gleichung
04:54
(welche die Dampfdruckkurve beschreibt) und das 1. RAOULTsche Gesetz (welche die Dampfdruckerniedrigung beschreibt) Durch Kombination dieser beiden Gleichungen erhalten wir einen Ausdruck für die Siedepunkts- erhöhung. Eine Lösung siedet nicht nur "später" als das Lösemittel (bei einer
05:21
höheren Temperatur), eine Lösung gefriert auch "später" als ein Lösemittel (bei einer niedrigeren Temperatur) Diese Gefrierpunktserniedrigung delta(T)fus delta(T)fus (fus=fusion) können wir mit einem ähnlichen Ansatz berechnen. Die drei Eigenschaften - Dampfdruckerniedrigung delta(p)A - Siedepunktserhöhung delta(T)vap und - Gefrierpunktserniedrigung delta(T)fus gehören zusammen mit dem - osmotischen Druck Pi zu den sogenannten kolligativen Eigenschaften. Das sind Eigenschaften von Lösungen, die nur von der Anzahl der gelösten Teilchen abhängig sind - nicht aber von der Art der gelösten Teilchen. Wenn in zwei Lösungen gleichen Volumens die gleiche Anzahl gelöster Teilchen vorliegt, besitzen diese beiden Lösungen identische kolligative Eigenschaften. Hier sehen Sie eine vollständigere Darstellung der p-T-Diagramme von Lösemittel (schwarz) Lösemittel (schwarz) und Lösung (grün) Die Siedetemperaturen liegen dort, wo die Dampfdruckkurven die Isobare des des Außendrucks p° schneiden. ((nochmal)) Hier sehen Sie eine vollständigere Darstellung der p-T-Diagramme
07:04
von Lösemittel (schwarz) und Lösung (grün) Die Siedetemperaturen liegen dort, wo die Dampfdruckkurven die Isobaren des Außendrucks p° schneiden. beim Lösemittel Das Lösemittel siedet bei einer niedrigeren Temperatur als die Lösung. Durch Kombination von
07:28
CLAPEYRONscher Gleichung mit dem 1. RAOULTschen Gesetz erhalten wir
07:34
folgende Beziehung für die Siedepunktserhöhung delta(T)vap= RT² mal M(A) (Molmasse des Lösemittels) durch delta(H)vap (Verdampfungsenthalpie des Lösemittels) mal x(B) (Stoffmengenanteil des gelösten Stoffes) Die Stoffkonstanten des Lösemittels können wir zusammenfassen und das Konzentrationsmaß von Molenbruch x in Molalität b ändern und erhalten dann folgende
08:09
einfache Beziehung für die Siedepunktserhöhung delta(T)vap: ebullioskopische Konstante k(eb) mal Molalität b(B) des gelösten Stoffes. Die ebullioskopischen Konstanten der verschiedenen Lösemittel sind tabelliert Für Wasser ist k(eb)=0,514 K*kg/mol - wenn ich ein Mol irgendeiner Substanz in einem Kilogramm Wasser löse, siedet die Lösung bei 0,514 °C höherer Temperatur als reines Wasser (also bei 100,5 °C statt 100,0°C). Für die Gefrierpunktserniedrigung
08:52
liefert die Rechnung eine analoge Gleichung (das sog. 2. RAOULTsche Gesetz).
08:59
Wir erhalten für delta(T)fus: (minus) kryoskopische Konstante k(kr) mal Molalität b(B) mal VAN´T HOFFscher Faktor i (Der VAN´T HOFFscher Faktor i gibt an, in wie viel Teilchen ein Stoff dissoziiert, wenn er gelöst vorliegt) Die kryoskopischen Konstanten der verschiedenen Lösemittel sind tabelliert. Für Wasser ist k(kr) = 1,86 K*kg/mol. k(kr) = 1,86 K*kg/mol. Wenn wir ein Mol irgendeiner Substanz in 1 kg Wasser lösen, gefriert das Wasser bei einer um 1,86 °C tieferen Temperatur als reines Wasser. (T(fus)=-1,86 °C; T*(fus)=0°C) Man kann den Gefrierpunkt von Wasser senken, wenn man darin Substanzen auflöst. Wir lösen 1,7 Liter Glykol (ein bekanntes Frostschutzmittel) in 3,3 Liter Wasser und erhalten eine Lösung mit der Molalität b(Glykol)=7,5 mol/kg. b(Glykol)=7,5 mol/kg. Nach dem 2. RAOULTschen Gesetz führt dies zu einer Gefrierpunktserniedrigung von - 14 Kelvin (oder - 14°C) Man kann jede kolligative Eigenschaft, also auch die Gefrierpunktserniedrigung analytisch nutzen, um Molmassen gelöster Substanzen zu ermitteln (ein beliebter Praktikumsversuch). Üblicherweise werden mehrere, verschieden konzentrierte Lösungen hergestellt und ermitteln dann deren Gefrierpunktserniedrigungen delta(T)fus. Beliebt ist dabei als Konzentrationsmaß das Massenverhältnis m* Wir erhalten
