Anorganische Chemie
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Anorganische Chemie Anorganik ist mehr als nur Salze; hier gibt es Antworten auf Fragen rund um die "unbelebte Chemie" der Elemente und ihrer Verbindungen.

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Alt 05.11.2018, 19:04   #1   Druckbare Version zeigen
Dr. Schnecke Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 87
H/D-Austausch

Hallo zusammen,


als ich kürzlich mit einem Kollegen sprach, sind wir auf dieses Thema gekommen:


Mischt man äquimolare Mengen reines H2O und D2O, was wird dann geschehen? Bildet sich ein Gleichgewicht der beiden Stoffe zusammen mit HDO? Wie werden etwa die Verhältnisse sein und wie lange dauert dies bei RT ohne die Zugabe einer H+ oder D+ Quelle?


Anders herum: Kann es reines HDO geben, oder bildet sich aufgrund der schlechteren Dissoziation von D2O --> D+ + OD- dann sogar D2O?


Viele Grüße,
Dr. Schnecke
__________________
C6H6...
...ein Ring, sie alle zu knechten.
Dr. Schnecke ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 05.11.2018, 19:11   #2   Druckbare Version zeigen
Fulvenus Männlich
Mitglied
Beiträge: 21.154
AW: H/D-Austausch

Es wird ein Gemisch der drei Spezies entstehen,auf eine vollständige Umsetzung zu HDO wird es mWn nicht hinauslaufen.
Beachte,daß die H-O- und D-O-"Energien" sich leicht unterscheiden.

Fulvenus!
Fulvenus ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 06.11.2018, 04:00   #3   Druckbare Version zeigen
Jonas__  
Mitglied
Beiträge: 37
AW: H/D-Austausch

Zur Geschwindigkeit,
sobald deine Stoffe anständig durchmischt sind, ist der Austausch fertig.
Der H/D Austausch geschieht indem aus Wasserstoffbrückenbindungen/vollständige Bindungen werden und umgekehrt, vgl. Grotthuß-Mechanismus.
Die Reaktion ist rein Diffusions-/Konvektionskontrolliert.
Jonas__ ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 06.11.2018, 08:08   #4   Druckbare Version zeigen
jag Männlich
Mitglied
Beiträge: 18.103
AW: H/D-Austausch

Sehe ich anders. Das Durchmischen oder Konvektion führt zu keinerlei intermolekularen Austauschreaktionen. Vielmehr müssen aktiv OH- bzw. OD-Bindungen gelöste werden, so dass H2DO+ entshet, aus dem dann HDO gebildet wird. Die Geschwindigkeit wird bestimmt durch die unterschiedliche OH-/OD-Bindungsdizzoziation.

Gruß

jag
__________________
Die Lösung auf alle Fragen ist "42".
Aus gegebenem Anlass: Alle Rechnungen überprüfen, da keine Gewähr. - Fragen bitte im Forum stellen.
jag ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 06.11.2018, 08:14   #5   Druckbare Version zeigen
chemiewolf Männlich
Mitglied
Beiträge: 21.723
AW: H/D-Austausch

@jag: wie schätzt du die Geschwindigkeit dabei ein? Das sollte doch unmittelbar erfolgen.
__________________
The State Senate of Illinois yesterday abandoned its Committee on Efficiency and Economy for reasons of 'efficiency and economy'.
De Moines Tribune, 6 February 1955
einfach mal eine Fanta trinken
chemiewolf ist gerade online   Mit Zitat antworten
Alt 06.11.2018, 09:25   #6   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 5.564
AW: H/D-Austausch

Zitat:
Zitat von jag Beitrag anzeigen
Sehe ich anders. Das Durchmischen oder Konvektion führt zu keinerlei intermolekularen Austauschreaktionen. Vielmehr müssen aktiv OH- bzw. OD-Bindungen gelöste werden, so dass H2DO+ entshet, aus dem dann HDO gebildet wird. Die Geschwindigkeit wird bestimmt durch die unterschiedliche OH-/OD-Bindungsdizzoziation.

Gruß

jag
Was aber nicht heißt, dass die Durchmischung im Vergleich zu dem realen Austausch so langsam ist, dass die Austauschgeschwindigkeit vernachlässigbar ist.

Wasser sollte man nicht als isoliertes Molekül betrachten. Der Längenunterschied dieser Bindungen ist gerade ca. das Doppelte (95pm vs. 180pm) und durch die Molekularbewegung und Schwingungen ziemlich veränderlich. Außerdem existiert die für einen Bindungsänderung nötige Nahordnung im flüssigen Wasser nahezu permanent. Es muss also bei einer oft zutreffenden günstigen Position lediglich eine kleine Veränderung im Elektronensystem erfolgen und schon ist da was ausgetauscht.

Das erklärt auch den hohen Grad der Autoprotolyse (pKw = 14, pK[NH3]=32 ) und die extrem hohen Protonenleitfähigkeit (im Vergleich zur sonstigen Ionenleitfähigkeit) in Wasser.

Die Reaktionsgeschwindigkeit hat aber im Endeffekt nichts mit der Frage zu tun, denn es geht um den thermodynamischen Endzustand. Zunächst würde ich hier annehmen, dass man die statistische Verteilung H2O : HDO : D2O = 1 : 2 : 1 hat. Ich habe keine Information darüber, ob ein Deuterium die relative Bindungsstärke (und damit die absolute Wwahrscheinlichkeit) zum anderen D/H beeinflusst. Nur dann hätte man eine Abweichung von der statistischen Verteilung.
__________________
Philippus Theophrastus Aureolus Bombastus von Hohenheim: Allein die Dosis machts, daß ein Ding kein Gift sei.

Erfahrung: Wenn es so einfach wäre, hätte es schon längst jemand gemacht
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deuterium, wasser, wasserstoff

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