Aggregatzustände

Anorganische Chemie für Ingenieure

Das Kapitel Aggregatzustände in unserem Online-Kurs Anorganische Chemie für Ingenieure besteht aus folgenden Inhalten:

1. Gase

   Aggregatzustände > Gase

   

    Im folgenden Abschnitt werden wirdas Gesetz von Gay-Lussacdas Gesetz von Boyle-Mariotteden Satz von Avogadrodas Gesetz von Amonton  sowiedie allgemeine Gasgleichung für ideale Gasevorstellen.

2. Thermische Zustandsgleichung, spezielle Gaskonstante

   Aggregatzustände > Gase > Thermische Zustandsgleichung, spezielle Gaskonstante

   

   Die thermische Zustandsgleichung für ideale Gase stellt den Grenzfall aller thermischen Zustandsgleichungen für geringe Dichten ($longrightarrow$ geringe Drücke) und hohe Temperaturen dar. Dadurch können das Eigenvolumen der realen Gasteilchen sowie die Kohäsion (Anziehung) zwischen ihnen vernachlässigt werden. Möchten wir ein bestimmtes Gas betrachten, das sich annähernd ideal verhält, können wir auch andere Formen der allgemeinen Gasgleichung benutzen, ...

3. Beispiel: Thermische Zustandsgleichung idealer Gase

   Aggregatzustände > Gase > Thermische Zustandsgleichung, spezielle Gaskonstante > Beispiel: Thermische Zustandsgleichung idealer Gase

   

   In einem Behälter mit dem Volumen von $0,1 m^3$ herrscht ein Druck von 20 MPa. Die Temperatur beträgt $25 °C$ und der Behälter ist mit Sauerstoff gefüllt. Der Sauerstoff soll näherungsweise als ideales Gas angenommen werden. Berechne die Masse des Sauerstoffs!Die thermische Zustandsgleichung ist:$pV = m \; R_i \; T$        Gegeben ist:$V = 0,1m^3$$p = 20 MPa = 20.000.000 Pa$$T = 25°C = 273,45 K + 25 = 298,45 K$$R_i = 259,8 \frac{J}{kg K}$.  Die ...

4. Beispiel 2: Thermische Zustandsgleichung idealer Gase

   Aggregatzustände > Gase > Thermische Zustandsgleichung, spezielle Gaskonstante > Beispiel 2: Thermische Zustandsgleichung idealer Gase

   

   Gegeben sei das obige U-Rohr-Manometer. Das U-Rohr ist oben links geschlossen und mit Stickstoff gefüllt. Danach folgt das Quecksilber mit einem ersichtlichen Höhenunterschied und der Behälter, welcher mit einem beliebigen Gas gefüllt ist. Der Stickstoff soll näherungsweise als ideales Gas gelten. Wie groß ist der absolute Druck in dem Behälter?Bei einem U-Rohr-Manometer berechnet man den absoluten Druck innerhalb des Behälters mit:$p = p_b + \rho \; h \; ...

5. Beispiel 3: Thermische Zustandsgleichung idealer Gase

   Aggregatzustände > Gase > Thermische Zustandsgleichung, spezielle Gaskonstante > Beispiel 3: Thermische Zustandsgleichung idealer Gase

   

   Gegeben sei wieder das in Anwendungsbeispiel 2 gegebene U-Rohr-Manometer, mit der mit Stickstoff gefüllten geschlossenen Säule.Die Angaben sind der Grafik zu entnehmen.Es wird der Säule nun Wärme zugeführt, was dazu führt, dass sich der Stickstoff in der linken Säule um 20mm ausbreitet. Die Druckänderung im Behälter sowie die Dichte- und Längenänderung des Quecksilbers können dabei vernachlässigt werden.Wie groß ist die Temperaturdifferenz ...

6. Gesetze

   Aggregatzustände > Gase > Gesetze

   

   In diesem Abschnitt gehen wir auf folgende Gesetze im Rahmen des Kurses ein:Gesetz von Boyle und Mariotte,Gesetz von Gay-Lussac,Gesetz von Amontons.

7. Beispiel: Goethebarometer

   Aggregatzustände > Gase > Gesetze > Beispiel: Goethebarometer

   

   Gegeben sei obiges Goethe-Barometer. Dieses wurde bei einem mittleren Atmosphärendruck von $p_{amb} = 101.325 Pa$ mit Wasser ($\rho = 998,2 kg/m^3$) gefüllt, wobei die Wasserhöhe im Behälter und in dem Schnabel gleich hoch sind. Ist dies der Fall, so sind Innendruck (im Behälter) und Außendruck gleich hoch. Ändert sich nun der Atmosphärendruck (Außendruck) so ändert sich die Wasserhöhe im Behälter. Das bedeutet also, wird der Atmosphärendruck ...

8. Der feste Zustand

   Aggregatzustände > Der feste Zustand

   

   Als letzten Zustand thematisieren wir nun den festen Zustand eines Stoffes. Ihn kennzeichnet, dass er sowohl form- als auch volumenstabil ist und zudem eine hohe Dichte und geringe Kompressibilität aufweist. Die Kristalle des festen Stoffes sind ferngeordnet und verhalten sich homogen und anisotrop.Auch der feste Zustand eines Stoffes lässt sich nicht durch die allgemeine Zustandsgleichung beschreiben. Im kommenden Kurstext setzen wir unsere Betrachtung fort und untersuchen den kristallinen ...

9. Der kristalline Zustand

   Aggregatzustände > Der feste Zustand > Der kristalline Zustand

   

   Beim kristallinen Zustand eines Stoffes liegen Gitterstrukturen vor. Dabei beschreiben Gitterstrukturen den Aufbau einer Elementarzelle und erlaubt dabei die Charakterisierung der Kristalle eines festen Stoffes. In welche Kategorie der Gitterstruktur ein fester Stoff eingeordnet wird, entscheidet sich anhand der Anordnung der Atome.Insgesamt existieren sieben Kristallsysteme mit 14 verschiedene Gittertypen. Diese Einteilung geht auf Pearson zurück.Aber beachten Sie, dass nur feste Stoffe kategorisiert ...

10. Gittertypen nach Pearson

    Aggregatzustände > Der feste Zustand > Der kristalline Zustand > Gittertypen nach Pearson

    

     Als Unterscheidungsmerkmal wählte Pearson, die Geometrie einer Gitterart. So konnte er anhand von drei Kantenlängen und drei Winkeln zwischen den Kanten sieben Gitterarten eindeutig charakterisieren. Unter zur Hilfenahme von zusätzlichen Symmetriegesichtspunkten erhöht sich die Anzahl der Gitterarten auf 14. Die folgende Tabelle umfasst nochmal alle Gitterarten mit ihren spezifischen Eigenschaften: Gittersystem/GitterartKürzelGitterparameterTypische VertreterKubisch......primitiv$\ ...

11. Sonderfall Glas

    Aggregatzustände > Der feste Zustand > Der kristalline Zustand > Sonderfall Glas

    

    Glas besitzt keine Gitterstruktur. Es gehört zur Gruppe der amorphen Stoffe. Diese Eigenschaft hat in der Vergangenheit oft dazu geführt, dass Wissenschaftler glaubten Glas sei aufgrund seiner unregelmäßigen Struktur eine sehr zähe Flüssigkeit. Das stimmt jedoch nicht. Glas ist ein Feststoff.Der Grund für die fälschliche Einordnung von Glas als Flüssigkeit liegt in den Entdeckungen, die Wissenschaftler an sehr alten Kirchengläsern machten. Hier war ...

12. Chemische Einteilung von Gläsern

    Aggregatzustände > Der feste Zustand > Der kristalline Zustand > Sonderfall Glas > Chemische Einteilung von Gläsern

    

    Das Glas nicht gleich Glas ist, möchten wir Ihnen in diesem Kurstext aufzeigen. Natürlich kennen Sie unterschiedliche Glasarten aus Ihrem Alltag, da gibt es Fensterglas, Sicherheitsglas (in Fahrzeugen), Panzerglas, u.v.m.Wir möchten jedoch im Rahmen dieses Kurses eine Einteilung von nichtmetallischen anorganischen Gläsern hinsichtlich des chemischen Aufbaus vornehmen. Wir werden dabei 5 Kategorien von Gläsern vorstellen, die durch ihre chemische Zusammensetzung unterschieden ...