Allgemeine Chemie
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Alt 15.04.2018, 23:19   #1   Druckbare Version zeigen
Oregano Hauch Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
Unglücklich Druckänderung bei Reaktion N2 + O2 → NO2

Guten Tag,

ich bin noch ganz am Anfang bei meinen Chemie-Kenntnissen, und hoffe, dass es okay ist, wenn ich meine Frage hier stelle.

Und zwar habe ich folgende Aufgabe zu lösen (s. auch Bild im Anhang): Wie ändert sich der Druck, wenn (nachdem die Temperatur wieder zurückgefallen ist) Stickstoff N2 und Sauerstoff O2 zu Stickstoffdioxid NO2 reagieren, wobei das Volumen konstant bleiben und die Anzahl der Moleküle jeweils gleich sein soll.

Im anderen Bild im Anhang habe ich das, was ich meine, dafür zusammentragen zu müssen, aufgeschrieben. Aber wenn ich nun p2-p1 ausrechnen will, weiß ich erst einmal gar nicht, was ich für T einsetzen soll. Auch habe ich eindeutig verstoßen gegen die Annahme, dass das Volumen ja konstant bleiben soll.

Die 2 als Faktor kommt daher, dass ich dachte, wenn ich das Molvolumen von N bzw. O kenne, ich es mal zwei nehmen muss für N2 bzw. O2, wobei das vermutlich falsch gedacht ist, da das Molvolumen ja ein relativer Wert ist... (also wie Ihr schon merkt: meine Rechnung taugt eher als Beweis, dass ich mich mit der Frage schon selbständig beschäftigt habe, als ein wirklich nützlicher Ansatz zum Lösen der Aufgabe...)

Ist damit eine adiabatische Zustandsänderung gemeint? Und was passiert da überhaupt mit dem Druck?

Wie kann ich die Aufgabe angehen? :-/

Ich würde mich sehr über Hilfe freuen!

LG
Oregano Hauch
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Alt 16.04.2018, 08:13   #2   Druckbare Version zeigen
cg Männlich
Mitglied
Beiträge: 1.032
AW: Druckänderung bei Reaktion N2 + O2 → NO2

Hi Oregano Hauch,

es ist viel einfacher:
Aus der Reaktionsgleichung siehst Du, dass aus einem Molekül N2 und zwei Molekülen O2 -> zwei Moleküle NO2 werden. N2 und O2 verhalten sich fast wie ideale Gase, NO2 nur bei niedrigem Druck und bei Temperaturen erheblich oberhalb des Siedepunktes. Bei diesen Bedingungen werden also aus drei Volumina Edukt -> zwei Volumina Produkt. Wenn die Temperatur des Gases nach der Reaktion die gleiche ist wie vor der Reaktion hast Du also im gegebenen Behältervolumen 2/3 des anfänglichen Gasvolumens. Daraus ergibt sich der Druck.
Wenn der Druck höher und/oder die Temperatur niedriger sind, ergeben sich für das Produkt Abweichungen von der Zustandsgleichung der idealen Gase bzw. das Produkt kondensiert teilweise. In letzterem Fall ergibt sich der Dampfdruck des Produktes.

Freundliche Grüße
cg
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Alt 16.04.2018, 08:18   #3   Druckbare Version zeigen
chemiewolf Männlich
Mitglied
Beiträge: 20.813
AW: Druckänderung bei Reaktion N2 + O2 → NO2

laut Fragestellung geht es um NO, nicht NO2!
__________________
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
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Alt 16.04.2018, 08:36   #4   Druckbare Version zeigen
cg Männlich
Mitglied
Beiträge: 1.032
AW: Druckänderung bei Reaktion N2 + O2 → NO2

"Wie ändert sich der Druck, wenn (nachdem die Temperatur wieder zurückgefallen ist) Stickstoff N2 und Sauerstoff O2 zu Stickstoffdioxid NO2 reagieren."
cg ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.04.2018, 11:29   #5   Druckbare Version zeigen
Fulvenus Männlich
Mitglied
Beiträge: 20.463
AW: Druckänderung bei Reaktion N2 + O2 → NO2

Zitat:
Zitat von cg Beitrag anzeigen
"Wie ändert sich der Druck, wenn (nachdem die Temperatur wieder zurückgefallen ist) Stickstoff N2 und Sauerstoff O2 zu Stickstoffdioxid NO2 reagieren."
Das hat zwar oreganohauch geschrieben,aber die Aufgabe im Original als 2.Anhang(Aufgabe 6) bezieht sich auf Stickstoffmonoxid,in Wort und Formel.
Aber mit dem Rechenweg oben sollte der TES das auch auf NO anwenden können.

Fulvenus!
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Alt 17.04.2018, 22:48   #6   Druckbare Version zeigen
Oregano Hauch Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
AW: Druckänderung bei Reaktion N2 + O2 → NO2

Vielen Dank Euch! Da habe ich echt viel zu kompliziert gedacht. In der zweiten Aufgabe kam die Reaktion 2O2 + N2 --> 2NO2, wo sich der Druck, wie schon cg geschrieben hat, entsprechend um 1/3 verringert.
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Alt 18.04.2018, 01:05   #7   Druckbare Version zeigen
Oregano Hauch Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
AW: Druckänderung bei Reaktion N2 + O2 → NO2

… aber warum zählt man bei pV = NkT eigentlich nur die Moleküle und nicht die Atome, wie es der Chemiker beim Aufstellen der Reaktionsgleichung tut?
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Alt 18.04.2018, 02:14   #8   Druckbare Version zeigen
magician4 Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.973
AW: Druckänderung bei Reaktion N2 + O2 → NO2

Zitat:
… aber warum zählt man bei pV = NkT eigentlich nur die Moleküle und nicht die Atome,
weil nur molekuele ( oder aber einatomige gase) der gasgleichung genuegen, wohingegen die anzahl der atome die da in einem molekuel verbandelt sind (naeherungsweise) komplett banane ist

m.a.w.: helium, wasserstoff und methan haben (ideal betrachtet*)) gleichen platzbedarf pro mol, obschon im ersteren fall 1 atom pro molekuel, im zweiten derer zwei und im dritten fall sogar 5 davon involviert sind


... und das wiederum ist schlicht ein faktum, dass mutter natur halt in dieser weise kaffee kocht.

gruss

Ingo


*)
weniger ideal betrachtet landest du dann bei den gleichungen fuer reale gase, z.b. der Van-der-Waalsgleichung. jedoch: auch da werden keine atome gezaehlt
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Alt 18.04.2018, 03:21   #9   Druckbare Version zeigen
Oregano Hauch Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
AW: Druckänderung bei Reaktion N2 + O2 → NO2

Das ist ja eigentlich auch die Aussage von Avogadros Gesetz, oder nicht? Trotzdem nicht so recht zufriedenstellend, aber vielleicht werde ich das im Verlauf meines Studiums in Quantenphysik & Struktur der Materie besser verstehen.
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Alt 18.04.2018, 07:40   #10   Druckbare Version zeigen
cg Männlich
Mitglied
Beiträge: 1.032
AW: Druckänderung bei Reaktion N2 + O2 → NO2

Richtig. Avogadro hat das herausgefunden. Idealisiert gilt das für Gase weit ab ihres Siedepunktes. Das wird mit der statistischen Verteilung der kinetischen Energie der Teilchen in Abhängigkeit von der Temperatur erklärt.
Genaueres findest Du in Lehrbüchern der Physik und der physikalischen Chemie.

Viel Spass damit.
Freundliche Grüße
cg
cg ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 18.04.2018, 12:10   #11   Druckbare Version zeigen
magician4 Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.973
AW: Druckänderung bei Reaktion N2 + O2 → NO2

Zitat:
Zitat von Oregano Hauch Beitrag anzeigen
Trotzdem nicht so recht zufriedenstellend, (...)
vielleicht hilft dir ja folgende betrachtung ueber den frust zuminmdest ein wenig hinweg:

- alle effekte ergeben sich ganz zwanglos aus der kinetischen gastheorie, wobei insbesondere der energie-gleichverteilungssatz von zentraler bedeutung ist, wenn man als einzig "per saldo" relevante wechselwirkung zwischen teilchen ausschliesslich den impulsuebertag zulaesst(und man sich insbesondere ausschliesslich auf translatorische phaenomene konzentriert)

{\to} das impuls-austauschgeschehen muss die dinge majorisieren, dann sind wir mit der anwendung obiger prinzipien gut im spiel

- damit dem so (naeherungsweise) ist, muss die eigengroesse der teilchen irrelevant gegen das zur verfuegung stehende volumen sein {\to} kleine teilchen , und es sollte keine ( = nur vernachlaessigbar wenig) wechselwirkung ( z.b. elektrostatischer natur ) der teilchen untereinander geben


... und interessanter weise erfuellen gase wie stickstoff, sauerstoff, helium(..) diese forderungen bei "unseren" normalbedingungen gradezu ausgezeichnet*)

wie du siehst: man muss nicht mit den tiefen des quantenmechanischen geschehens anruecken um die dinge zu verstehen, klassische physik reicht hier vollkommen


gruss

Ingo


*)
der (effektive) "durchmesser" eines helium-atoms betraegt 31 pm {\to} sein volumen ~1,56*10-32{\to} ein mol He-atome hat aufsummiert ein gesamtvolumen von 9,39*10-9 m³.
(und nun bitte kein gemecker darueber, dass man kugeln nicht anders als bestenfalls in dichtester kugelpackung stapeln kann, weshalb obige additive summierung eigentlich unzulaessig ist: geschenkt)
das molvolumen des "verteilten gases im raum" betraegt bei normalbedingungen 0,0224 m³ {\to} der eigenplatzbedarf der teilchen verhaelt sich zum gesamtvolumen wie ~4,2*10-7 : 1
{\to} das ist "eigenvolumen gegen beanspruchtes volumen vernachlaessigbar"
... und wie man leicht einsieht gilt sowas auch fuer (etwas) groessere teilchen, und so gesehen eben fuer alle "normalerweise" gasfoermigen verbindungen (denn die sind i.d.r halt eben deshalb gasfoermig, weil sie klein sind, irgendwie: sonst waere naemlich die zweite nebenbedingung - (praktisch) keine WW untereinader - schnell beeintraechtigt)
{\to} der effekt ist dann unabhaengig davon ob das ding nun klein, mittelklein oder besonders klein ist, und somit eben von der speziellen teilchenart unabhaengig
magician4 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 18.04.2018, 18:47   #12   Druckbare Version zeigen
Oregano Hauch Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
AW: Druckänderung bei Reaktion N2 + O2 → NO2

Danke für die ausführliche Antwort. Stimmt, auf das Verhältnis zur Umgebung (zum Umgebungsvolumen) hängt es ab. Das ist tatsächlich fürs Erste zufriedenstellend. :-)

Zitat:
Zitat von magician4 Beitrag anzeigen
der (effektive) "durchmesser" eines helium-atoms betraegt 31 pm {\to} sein volumen ~1,56*10-32{\to} ein mol He-atome hat aufsummiert ein gesamtvolumen von 9,39*10-9 m³.
Wie kommst Du auf diese Größenordnung? Ein Atomkern bewegt sich doch in der Größenordnung Femtometer, Dein Wert geht ja schon an das Wirkungsquantum. Aber Du hast ja auch vom "effektiven" Durchmesser gesprochen. Was meinst Du damit?
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Alt 18.04.2018, 19:19   #13   Druckbare Version zeigen
Fulvenus Männlich
Mitglied
Beiträge: 20.463
AW: Druckänderung bei Reaktion N2 + O2 → NO2

Zitat:
Zitat von Oregano Hauch Beitrag anzeigen
Wie kommst Du auf diese Größenordnung? Ein Atomkern bewegt sich doch in der Größenordnung Femtometer,
Es geht um das Heliumatom,nicht den Atomkern.Zum "Atomdurchmesser" von He hier schauen:https://de.wikipedia.org/wiki/Helium .

Fulvenus!
Fulvenus ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 18.04.2018, 20:15   #14   Druckbare Version zeigen
magician4 Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.973
AW: Druckänderung bei Reaktion N2 + O2 → NO2

vorweg:
erratum: ich hatte dir den durchmesser benennen wollen , hab dir aber mit dem wert " 31 pm" den (berechneten) radius des He nach dieser quelle gegeben - insofern ist dann auch die volumensangabe korrekturbeduerftig auf Veff ~ 1,24 * 10-31 m³ (was jedoch am kern der betrachtung nix aendert: bleibt immernoch vernachlaessigbar)

Zitat:
Aber Du hast ja auch vom "effektiven" Durchmesser gesprochen. Was meinst Du damit?
der "durchmesser" eines atoms (also atomkern in seiner elektronenhuelle) ist eine virtuelle eigenschaft von atomen ( denn die elektronenhuelle, quantenmechanisch gesehen, hoert nach aussen hin nie auf{ \to} so gesehen ist der unendlich)

trotz dieses tieferen befundes gibt es zahlreiche phanomene (gasdiffusion durch poren "definierten" durchmessers usw.), bei denen es so wirkt als haetten die dinger doch einen endlichen radius, waeren also sowas wie kleine kuegelchen mit definierter oberflaeche usw.

ich nannte das "effektiven" durchmesser

diese effekte sind auch bei der kollision von gasteilchen irgendwie relevant ("stoss-querschnitt" u.ae.) und somit innerhalb solcher agrumentationen statthafter weise benutzbar.

es ist einsehbar, dass bei der tieferen natur von atomen die messung solcher effektivgroessen stark von benutzten experiment abhaengt ( gleiches gilt uebrigens fuer die radien von ionen usw.), weshalb die werte auch ggf. leicht variieren, je nach quelle / experiment.

gruss

Ingo

Geändert von magician4 (18.04.2018 um 20:34 Uhr)
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Alt Gestern, 01:35   #15   Druckbare Version zeigen
Oregano Hauch Männlich
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Themenersteller
Beiträge: 6
AW: Druckänderung bei Reaktion N2 + O2 → NO2

Ah, damit ist also der Wert gemeint, den man beim Teilchen-Beschuss von dünnen Schichten herausbekommt.*)
______
*) Also ich meine den effektiven Wirkungsquerschnitt σ:

πr² = σ = (A/N) * (n1-n2)/n1

A = Fläche der Schicht
N = Teilchenzahl der Schicht
n1 = Teilchenzahl, die auf Sicht tritt
n2 = Teilchenzahl, die aus Schicht heraustritt
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