Chemisches Rechnen, Grundrechenarten

Anorganische Chemie für Ingenieure

Das Kapitel Chemisches Rechnen, Grundrechenarten in unserem Online-Kurs Anorganische Chemie für Ingenieure besteht aus folgenden Inhalten:

1. Chemisches Rechnen, Grundrechenarten

   Chemisches Rechnen, Grundrechenarten

   

   In diesem Kapitel beginnen wir mit den grundlegenden Rechenarten, die in der anorganischen Chemie benötigt werden. Bevor wir jedoch direkt starten, stellen wir Ihnen im kommenden Kurstext die drei notwendigsten Größen vor.Stoffmenge $ n $Molare Masse $ M $Konzentration $ c $    

2. Stoffmenge, Molare Masse, Konzentration

   Chemisches Rechnen, Grundrechenarten > Stoffmenge, Molare Masse, Konzentration

   

   In diesem Kurstext werden wir Ihnen die chemischen Grundgrößen nacheinander vorstellen. Den Anfang macht dabei die Stoffmenge $n $, gefolgt von der molaren Masse $ M $ und abschließend behandeln wir die Konzentration $ c $ von chemischen Elementen. StoffmengeDie Stoffmenge $ n $ gibt Auskunft darüber wie viele Teilchen in der Stoffportion enthalten sind. Die Einheit in der die Stoffmenge angegeben wird ist mol.Liegt ein Stoff vor, der mit 1 mol angegeben wird, so sind darin ...

3. Chemische Reaktionen, Reaktionsgleichung, stöchiometrische Zahl

   Chemisches Rechnen, Grundrechenarten > Chemische Reaktionen, Reaktionsgleichung, stöchiometrische Zahl

   

   Nun werden wir uns den chemischen Reaktionen der anorganischen Chemie zuwenden. Dabei beginnen wir mit der Definition der Bestandteilen der chemischen Reaktionsgleichung.Wie Sie bereits wissen entstehen Ionen, wenn Atome Elektronen aufnehmen oder abgeben. Dabei können Atome, Ionen oder Atome und Ionen untereinander Bindungen eingehen, woraus dann wiederum neue Verbindungen entstehen. Dargestellt werden diese Verbindungen durch ihre Moleküle.Was sind Moleküle?Unter Molekülen versteht ...

4. Gesetze der Chemie

   Chemisches Rechnen, Grundrechenarten > Gesetze der Chemie

   

   In diesem Kurstext thematisieren wir das Gesetz der Erhaltung der Masse und das Gesetz der Erhaltung der Ladung.Was ist das Gesetz der Erhaltung der Masse?Wenn man eine Reaktionsgleichung, wie im vorangegangenen Kurstext aufstellt, so muss diese immer dem Gesetz der Erhaltung der Masse folgen. Dabei ist Aussage dieses Gesetzes relativ simpel:Gesetz der Erhaltung der MasseDie Masse auf der linken Seite des Reaktionspfeils muss mit der Masse auf der rechten Seite des Reaktionspfeils zu 100 % übereinstimmen.Gesetz ...

5. Beispiel zum Aufstellen einer Reaktionsgleichung

   Chemisches Rechnen, Grundrechenarten > Beispiel zum Aufstellen einer Reaktionsgleichung

   

   In diesem Beispiel zeigen wir Ihnen wie man eine Reaktionsgleichung korrekt aufstellt. Hier reagieren Ammoniak und Sauerstoff zu Wasser und Stickstoffgas. Dabei müssen wir schrittweise die stöchiometrischen Zahlen ergänzen, damit die Reaktionsgleichung auch für das Gesetz der Erhaltung der Masse gilt.Wir fangen damit an, die einzelnen Stoffe, also die Edukte und Produkte aufzuführen:Edukte: Ammoniak $ NH_3 $ und Sauerstoff  $O_2 $Produkte: Wasser $ H_2O $ und Stickstoffgas ...

6. Reaktionsenergie, Reaktionsenthalpie, Satz von Hess

   Chemisches Rechnen, Grundrechenarten > Reaktionsenergie, Reaktionsenthalpie, Satz von Hess

   

   In diesem Kurstext wenden wir uns der Reaktionsenergie zu, welche notwendig ist, damit chemische Reaktionen überhaupt erst ablaufen können. Hierzu tauchen wir ein Wenig in die Thematik der Thermodynamik ein.Anstelle von Reaktionsenergie spricht man vorzugsweise von der Reaktionsenthalpie $ \triangle H_R $.Nimmt die Reaktionsenthalpie einen positiven Wert $ \triangle H > 0 $ an, so spricht man von einer endothermen Reaktion, welche mit einer Energieaufnahme einhergeht. Ist der Wert für ...

7. Chemisches Gleichgewicht

   Chemisches Rechnen, Grundrechenarten > Chemisches Gleichgewicht

   

   Ein chemisches Gleichgewicht besagt, dass die meisten chemischen Reaktionen reversible sind. Reversible daher, weil auf eine Hinreaktion auch immer einer Rückreaktion folgt. Um diesen Sachverhalt zu visualisieren, erhält unsere bisherige Darstellung einer chemischen Reaktionsgleichung anstelle eines rechtsgerichteten Pfeils nun einen Doppelpfeil, den man als Gleichgewichtspfeil bezeichnet und  dessen Einzelpfeile in entgegengesetze Richtungen zeigen. In der nächsten ...

8. Reaktionsrate und Reaktionsgeschwindigkeit

   Chemisches Rechnen, Grundrechenarten > Chemisches Gleichgewicht > Reaktionsrate und Reaktionsgeschwindigkeit

   

   ReaktionsrateStellen wir uns nun vor, es lägen bisher nur die Edukte A und B als Gemisch vor, sobald beide miteinander reagieren beginnt die Hinreaktion. Bei dieser Reaktion sorgt ein reaktionswirksamer Stoß der Edukte für die Entstehung der Produkte (C und D). Wie viele derartiger Stöße im Zeitverlauf $\triangle t $ auftreten, richtet sich immer nach der Konzentration der Edukte. Dabei besteht dabei ein proportionaler Zusammenhang zwischen beiden. Bei der Hinreaktion gilt ...

9. Gleichgewichtskonstante und Gleichgewichtslage

   Chemisches Rechnen, Grundrechenarten > Chemisches Gleichgewicht > Gleichgewichtskonstante und Gleichgewichtslage

   

   In diesem Kurstext thematisieren wir die Gleichgewichtskonstante inkl. Massenwirkungsquotienten und die Gleichgewichtslage auf der Eduktseite und der Produktseite.Gleichgewichtskonstante und MassenwirkungsquotientenJetzt wollen wir noch die Gleichgewichtskonstante $K$ bestimmen und anschließend den Massenwirkungsquotienten bilden.Ausgangsgleichung: $ k_\rightarrow [A][B] = k_\leftarrow [C][D] $Um die Gleichgewichtskonstante $ K $ zu erhalten, stellen wir die Gleichung so um, dass $ k_\rightarrow ...

10. Dynamisches Gleichgewicht

    Chemisches Rechnen, Grundrechenarten > Chemisches Gleichgewicht > Dynamisches Gleichgewicht

    

    Unter dem dynamischen Gleichgewicht versteht man den Zustand, dass ein Gleichgewicht zwischen Edukten und Produkten vorliegt, welches aber im Zeitverlauf immer wieder diesen Zustand verlässt. Zu einem Zeitpunkt liegen mehr Edukte und im nächsten Moment mehr Produkte in der Lösung vor.Bei einer NO-Reaktion liegt im Gleichgewicht eine konstante Konzentration $ K $ von NO-Molekülen vor. Dieser Zustand bleibt aber im Zeitverlauf nicht konstant. So werden einige NO-Moleküle sich ...

11. Einflussfaktoren des Gleichgewichts

    Chemisches Rechnen, Grundrechenarten > Chemisches Gleichgewicht > Einflussfaktoren des Gleichgewichts

    

    Das chemische Gleichgewicht kann durch unterschiedliche Faktoren aus seiner Gleichgewichtslage gebracht werden. Im Rahmen dieses Kurses werden wir auf die drei nachfolgenden Einflussfaktoren eingehen:1. Temperatur $ T $2. Druck $ p $ bei Gasreaktionen3. Konzentration $ c $TemperaturDie Temperatur beeinflusst das chemische Gleichgewicht, weshalb für jede bestimmte Gleichgewichtskonstante  $ K $ immer eine zugehörige Temperatur angegeben wird. Je nachdem in welche Richtung wir das chemische ...

12. Prinzip nach le Chatelier, Prinzip vom kleinsten Zwang

    Chemisches Rechnen, Grundrechenarten > Chemisches Gleichgewicht > Prinzip nach le Chatelier, Prinzip vom kleinsten Zwang

    

    Der Wissenschaftler und Chemiker Henry Louis Le Châtelier formulierte im Jahr 1884 ein Prinzip, welches Vorhersagen der Änderung von Gleichgewichtslagen zulassen sollte und bezeichnete dies als Prinzip vom kleinsten Zwang oder auch Prinzip der Flucht vor dem Zwang. Kernaussage dieses Prinzips war folgende:Prinzip von Le Châtelier: Übt man auf ein im Gleichgewicht befindliches System einen äußeren Zwang aus, also eine Änderung der Temperatur $ T $ , des Drucks ...

13. Chemie in Industriemaßstäben

    Chemisches Rechnen, Grundrechenarten > Chemie in Industriemaßstäben

    

    In diesem Abschnitt stellen wir Ihnen chemische Verfahren vor, die besonders in der chemischen Großindustrie ihre Anwendung finden. Dabei behandeln wir nachfolgend:Haber-Bosch-Verfahren zur Herstellung von AmmoniakOstwaldverfahren zur Herstellung von Salpetersäure aus AmmoniakKontaktverfahren zur Herstellung von Schwefelsäure 

14. Haber-Bosch-Verfahren, Ammoniaksynthese

    Chemisches Rechnen, Grundrechenarten > Chemie in Industriemaßstäben > Haber-Bosch-Verfahren, Ammoniaksynthese

    

    Als erstes Verfahren stellen wir Ihnen das Haber-Bosch-Verfahren vor. Es dient zur Herstellung von Ammoniak ($ NH_3 $).AmmoniakEs ist besonders deshalb so relevant, da Ammoniak in beinahe 90 % aller Düngemittel enthalten ist. Die Wissenschaftler, die dieses Verfahren entwickelt haben, sind die beiden Namensgeber Fritz Haber (Chemiker) und Carl Bosch (Ingenieur). Zu Beginn des 19. Jahrhunderts entdeckten sie, dass sich aus Stickstoff $ N_2 $ und Wasserstoff $ H_2 $ Ammoniak herstellen lässt. ...

15. Ostwaldverfahren, Gewinnung von Salpetersäure

    Chemisches Rechnen, Grundrechenarten > Chemie in Industriemaßstäben > Ostwaldverfahren, Gewinnung von Salpetersäure

    

    Als nächstes Verfahren stellen wir Ihnen das Ostwaldverfahren vor, welches zur Gewinnung von Salpetersäure aus Ammoniak dient.SalpetersäureEs wurde im Jahr 1902 von dem deutschen Chemiker Wilhelm Ostwald patentiert. Oft wird dieses Verfahren dem Haber-Bosch-Verfahren nachgeschaltet, wenn es schon anfangs um die Gewinnung von Salpetersäure geht.  Salpetersäure zählt zu den wichtigsten chemischen Erzeugnissen weltweit und kommt vornehmlich ...

16. Kontaktverfahren, Gewinnung von Schwefelsäure

    Chemisches Rechnen, Grundrechenarten > Chemie in Industriemaßstäben > Kontaktverfahren, Gewinnung von Schwefelsäure

    

    Als letztes Verfahren der Chemie in Industriemaßstäben stellen wir Ihnen nun das Kontaktverfahren vor, welches zur Gewinnung von Schwefelsäure eingesetzt wird.SchwefelsäureEs wurde 1831 von dem britischen Chemiker Peregrine Phillips patentiert und im Jahr 1875 erstmals in der Bergbaustadt Freiberg in einer industriellen Anlage genutzt. Dieses technische Herstellungsverfahren verwendet einen Vanadium-Katalysator auf Kieselgel $ SiO_2 $.Auch Schwefelsäure ...