DE3231309A1 - Bromine-vapour gas engine - Google Patents
Bromine-vapour gas engineInfo
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Abstract
Description
Bezeichnung der Erfindung:Title of the invention:
Es handelt sich um einen Bromdampfniederdruckturbinenantrieb, der unter Ausnutzung des geringen Siedepunkts mit Hilfe von Restwärme ab 59 Grad Celsius Niederdruckdampf erzeugt.It is a low-pressure bromine vapor turbine drive that taking advantage of the low boiling point with the help of residual heat from 59 degrees Celsius Generates low pressure steam.
Der Antrieb der Turbinenschaufel erfolgt über einen Düsenausstoßkopf am oberen Kopfteil der Druckkesselanlage.The turbine blade is driven by a nozzle ejection head at the top of the pressure boiler system.
Unter Berücksichtigung der Dichte,Brom flüßig = 3,14 läßt sich bei einer Konstruktionshöhe von 30 m,ein Druck von 9,357 at ( Atmosphäre ) erreichen.Diese Höhe ist die Voraussetzung für den Rücklauf des nach der Expansien verflüßigten und kondensierten Bromgases.DaB verflüßgte Bromgas läuft außerhalb der Druckkessel -anlage zurück auf den Kesselboden, wo das Brom erneut mit Hilfe des Wärmetauschers erneut auf mindesten 59 ° Cel. erwärmt wird.Taking into account the density, bromine liquid = 3.14 can be found at a construction height of 30 m, a pressure of 9.357 at (atmosphere) can be achieved Height is the prerequisite for the return of the liquefied after the expansion and condensed bromine gas. Liquefied bromine gas runs outside the pressure vessel -plant back to the boiler bottom, where the bromine again with the help of the heat exchanger is heated again to at least 59 ° Cel.
Der Wärmetauscher wird mit einer anderen Flüßigkeit ( z.B. Wasser) betrieben.Dieses geschieht mit Sonnenernergie ( Kollektoren o.a.) Als geeignet hierfür gilt auch die Rest-oder Kühlwärme von Kraft' bzw. Atomkraftwerken.Auch die Wärme einer Müllverbrennungsanlage ist für den Betrieb geeignet.The heat exchanger is filled with another liquid (e.g. water) This is done with solar energy (collectors, etc.) As suitable for this The residual or cooling heat from power or nuclear power plants also applies, as does the heat a waste incineration plant is suitable for operation.
Das Prinzip der Anlage beruht im wesentlichen auf folgendes: Erwärmen-Dampfdruckerzeugung-Dampfabgabe an Turbine-Expansion-Kondensieren.The principle of the system is essentially based on the following: heating-steam pressure generation-steam emission on turbine-expansion-condensing.
Der Übergang von der gasförmigem in die flüssige Phase erfolgt durch Zugabe von Kondensationskernen(kl.Teilehen ).Die Konden -sation erfolgt auch nach dem System der Langmuirsche Kettenreaktion, weil hier ein bromdampfreiches Gasgemisch vorliegt.Eine weitere zusätzliche Kühlung kann erfolgen mit einem Aufwindkraftwerk, außerdem sind weitere bekannte Kätemittel zur Kühlung des Dampfes auf dem Markt.The transition from the gaseous to the liquid phase takes place through Addition of condensation nuclei (small parts). The condensation also takes place after the system of the Langmuir chain reaction, because here a gas mixture rich in bromine vapor A further additional cooling can be done with a updraft power plant, In addition, other known refrigerants for cooling the steam are on the market.
Ziele der Erfindung: Kraft u. Ernergieerzeugung ohne Primärernergie.Objectives of the invention: power and energy generation without primary energy.
Vorteile: Keine Belastung der Umwelt,keine Kosten für den Transport und Lieferung von Öl,Kohle,Gas,Uran o.a.Advantages: no pollution of the environment, no costs for transport and delivery of oil, coal, gas, uranium etc.
Entwicklangsstand: Mit Hilfe der heutigen Technik ohne große Entwicklungskosten erstellbar.State of development: With the help of today's technology without major development costs can be created.
Kosten für die Realisierung: Nur ein Bruchteil der bis heute üblichen Kraftwerksanlagen.In Verbindung mit dem bereits in Spanien erbauten Aufwindkraftwerks und der Sonnenstrahldurchläßigen großen flächenüberspannenden Anlage zur Gemüseu. Gbstkulturen besonders für die heißen Zonen der Erde geeignet.Realization costs: Only a fraction of what is still common today In connection with the updraft power plant already built in Spain and the large, area-spanning plant for vegetables, which is permeable to sunlight. Fruit crops particularly suitable for the hot zones of the earth.
Vorwort : Die zur Zeit mrhandenen Heizstoffe wie öl.Kohle u.a. organische sind nur begrenzt vorhanden und mit Sicherheit zum Verheizen ungeeignet. (zu itueJ Auch die zur Zeit bekannten Kernernergietechniken sind mit Rücksicht auf die Entsorgung ungeeignet.Es wird noch Jahrzente dauern, bis die Beherschung des Kernplasmas( Gasgemisch aus positiven Ionen, Elektronen, Lichtqu@nten und an-und unangeregten Atomen und Molekülen ) soweit vorgeschritten ist, das eine Anwendung für die Menschheit möglich ist.Foreword: The currently available heating fuels such as oil, coal and other organic are only available to a limited extent and certainly unsuitable for heating purposes. (to itueJ The currently known core energy technologies are also with regard to disposal It will take decades before the nuclear plasma (gas mixture from positive ions, electrons, light sources and excited and unexcited atoms and Molecules) has progressed so far that an application for humanity is possible is.
Auf lange Sicht sollte deshalb die vorhandene Sonnenernergie Anwendung finden.Ein Anfang ist mit Solarzellen etc.bereits gemacht.In the long term, the existing solar energy should therefore be used A start has already been made with solar cells etc.
Ein weiterer Versuch die Sonnenernergie zu nutzen ist der hier entwickelte Nie'derdruckbromdampfmotor.Als besonders geeignet wurde das Element Brom mit seinem gQhstigen Siedepunkt von 590Ce1 gefunden.Selbstverständlich sind auch andere Stoffe mit einem Siedepunkt von ca 45 Grad Cel bis ca 100 Grad Cel hierfür geeignet.Another attempt to use solar energy is the one developed here The element bromine with its Appropriate boiling point of 590Ce1 found. Other substances are of course also possible with a boiling point of about 45 degrees Cel to about 100 degrees Cel suitable for this.
Zum Beispiel : Pentan Sdp 36° Hexan " 690 Heptan " 980Grad Cel Auf diese Kohlenwasserstoffe ( Alkane ) soll zunächst verzichtet werden, weil hier mit Sicherheit technische Probleme auftreten werde n.For example: pentane bp 36 ° hexane "690 heptane" 980 degrees Cel Auf these hydrocarbons (alkanes) should initially be dispensed with, because here with Security technical problems will arise n.
Das Element Brom bietet alle Eigenschaften, wie z.B. günstiger Sdp. von 59 Grad Cel, diese Temperatur zur Verdampfung ist ohne großen technischen Aufwand durch Sonneneinstrahlung auf eine genügend große Fläche mit wasserbetriebenen Rohr-und Leitungs -systemen zu erreichen.Die Ubertragung der hiermit gewonnenen Wärme mit Hilfe eines Wärmetauscher ist technisch durchfüjhrbar.The element bromine offers all the properties, such as a cheap bp. of 59 degrees Cel, this temperature for evaporation is without great technical effort by exposure to sunlight on a sufficiently large area with water-powered pipe and Line systems to achieve the transfer of the heat obtained with it Using a heat exchanger is technically feasible.
Den erforderlichen Betriebsdruck auf die Antriebsturbine kann zunächst mit Drücken zwischen 3 und 10 at erfolgen.Da bei dieser Anwendung der Sonnenernergie kein hoher Leistungsgrad erreicht wird,ist dieses absolut zweitrangig,weil keine Betriebskosten anfallen.Bei Reihenbetrieb mehrerer Anlagen ( ca 10 ) ist jedoch eine Annehmbare Energieleistung zu erreichen.The required operating pressure on the drive turbine can initially with pressures between 3 and 10 at. As with this application the solar energy a high level of performance is not achieved, this is absolutely secondary because none Operating costs are incurred. However, if several systems are operated in series (approx. 10) achieve acceptable energy performance.
Im folgenden wird nur zur Erklärung des Systems auf die allgemein bekannten Gasgesetze etc.eingegangen.Eine Berechnung erfolgt zunächst nicht,diese wird erst später entsprechend der Erfordernissen aufgestellt.The following is only to explain the system to the general known gas laws etc. are not initially calculated, these will only be set up later according to requirements.
Beschreibung Die mit Gleichdruckschaufel angetriebene Turbine wird mit erhitzten und komprimierten Bromdampf angetrieben.Die erzeugte Kraft wird mit einer Antriebswelle oberhalb der Anlage auf einen Generator übertragen. Description The turbine driven by a constant pressure blade is powered by heated and compressed bromine vapor. The generated force is powered by a drive shaft above the system is transmitted to a generator.
Das flüßige Brom befindet sich in einer mit hochwertigen Keramik verkleideten Wanne und wird mit Hilfe geeigneter Wärmetauscher in der Bromflüßigkeit auf die erforderliche Temperatur gebracht.The liquid bromine is in a high-quality ceramic clad Tub and with the help of a suitable heat exchanger in the bromine liquid on the brought the required temperature.
Bei Ereichen der Siedepunkttemperatur bildet sich der Bromdampf und wird auf den erforderlichen Dampfdruck komprfiert.When the boiling point temperature is reached, the bromine vapor is formed and is compressed to the required vapor pressure.
Durch Steuerung der Düsen im mehrdüsigen Düsenkopf wird die Turbine in Rotation gesetzt.The turbine is activated by controlling the nozzles in the multi-nozzle nozzle head set in rotation.
Nach Abgabe des komprimierten Bromdampfes auf die Turbinen-Schaufeln erfolgt unmittelbar die Expansion des Dampfes im genügend groß bemessenen Expansionsbereich-.Schon hier beginnt auch der Dampf mit der Kondensation und wird im oberen Behälterraumbereich mit Hilfe aufgehängter Glas stäbe weiter in den flüßigen Zustand zurück versetzt.Das Kondensat fließt durch die Fallrohre zurück in die mit Brom gefüllte Wanne und wird hier erneut erhitzt.Durch den in der Dampfkammer vorhandenen Kompressionsdruck erfolgt entsprechend ein Flüßigkeitsstand im Fallrohr. (Gegendruckausgleich) Wichtig ist es, bei einer gewünschten höheren Betriebsdruck -erfordernis von z.B. 6 at eine entsprechend höhere Flüßigkeit.After the compressed bromine vapor has been released onto the turbine blades the expansion of the steam takes place immediately in a sufficiently large expansion area - already This is also where the steam begins to condense and is in the upper area of the container With the help of suspended glass rods further returned to the liquid state Condensate flows back through the downpipes into the bromine-filled pan and becomes reheated here, due to the compression pressure in the steam chamber accordingly a liquid level in the downpipe. (Back pressure compensation) is important it, at a desired higher operating pressure requirement of e.g. 6 at one correspondingly higher liquid.
standspiegel von ca 20 meter über dem Bromflüßigkeitspiegel in der unteren Wanne einzustellen.Dieses erfolgt zweckmäßig dadurch, das die Gesamthöhe der Anlage um die gleiche Höhen -differenz eingestellt bzw errichtet wird.level of about 20 meters above the bromine level in the This is best done by adjusting the total height the system is set or erected by the same height difference.
Aufgrund des relativ großen Gewichtes des Bromdampfes von 7,59 g/l ist die Niederschlagsneigung ( Schwerkraft )besonders für dieses System geeignet.Da Brom bekanntlich zu den Halogenen gehört, ist besondere Vorsorge durch sorgfältige Material -wahl zu treffen.Die Behäterräume werden ohne Ausnahme mit hochwertigen Keramkmaterial verkleidet.Auch für den Düsenkopf und die Antriebsturbine sollte ein geeigneter WerKstoff Verwendung finden.Due to the relatively large weight of the bromine vapor of 7.59 g / l the tendency to precipitation (gravity) is particularly suitable for this system Bromine is known to be one of the halogens, so special precautionary measures must be taken Material selection must be made. Without exception, the container rooms are made with high-quality Ceramic material clad. Also for the nozzle head and the drive turbine find a suitable material to be used.
Als erste Variante wird ein Lösungsvorschlag in Form einer sonnengeheizten Warmwasseranlage zeichneriseh vorgestellt.The first variant is a proposed solution in the form of a sun-heated one Hot water system presented in drawings.
Erst nach einer Stentierung wird mit dem Bau eines Modells begonnen und ex2te Wärme-u.Geräteberechnungen aufgestellt-.Only after stenting does the construction of a model begin and ex2te heat and equipment calculations.
Darstellung und Kurzbeschreibung Der Bromgas-dampf-motor nutzt die günstige niedrige Siedepunkttemperatur von unter 60 Grad Celsius aus.Presentation and brief description The bromine gas engine uses the favorable low boiling point temperature of below 60 degrees Celsius.
Der Motor kann mit Sonnenernergie ( Globalstrahlung ) Rest- u. Prozesswärme von Heiz- u. E - Werken betrieben werden.The motor can use solar energy (global radiation) to generate residual and process heat are operated by heating and electrical works.
Die Baukosten sind im Vergleich mit herkömmlichen Energierzeugungsanlagen , insbesondere Kernernergie als sehr gering anzusehen.The construction costs are in comparison with conventional power generation systems , especially core energy to be regarded as very low.
Der Betrieb des Bromdampfmotors kann von den gemäßigten Zonen,Globalstrahlung ca 100 Rcal/cm2 und Jahr bis 200I(cal/cm2 am Äquator vorgenommen werden.Es muB lediglich eine entsprechende Ginstrahlungsfläche zu -grunde gelegt werden.The operation of the bromine vapor engine can be from the temperate zones, global radiation about 100 Rcal / cm2 and year up to 200I (cal / cm2 at the equator) a corresponding gin radiation surface should be laid as a foundation.
Die Anwendung des Brommotors in Verbindung mit einer Müllverbrennungsanlage ist besonders zu empfehlen.The use of the bromine engine in connection with a waste incineration plant is particularly recommended.
Als Nachteil ist die Verbindung mit Metallen anzusehen, weil der Brom diese Stoffe angreift. Es steht jedoch genügendErsatzmaterial ( Baustoffe ) z.B. Beton mit Keramikverkleidung etc. zur Verfügung.Der erzeugte Betriebsdruck kann ohne Schwierigkeit von Betonkostruktionen aufgenommen werden. Dieses ist im o.g.Projekt bereits vorgesehen.A disadvantage is the connection with metals, because the bromine attacks these substances. However, there is enough substitute material (building materials) e.g. Concrete with ceramic cladding etc. is available. The generated operating pressure can be can be absorbed by concrete structures without difficulty. This is in the above project already planned.
A n m e r k u n g e n zum Element Brom Ordnungszahl 35,Atomgewicht 79,909, Valenzen 1,3,5,7 Schmelztemperatur bei 760 760 torr -7,3 Grad Celsius-Siedepunkt 58,78 Grad Cel.F o u tting s about the element bromine atomic number 35, atomic weight 79.909, valences 1,3,5,7 melting temperature at 760 760 torr -7.3 degrees Celsius boiling point 58.78 degrees Cel.
Dichte fest 3,14 g/cm3, flüßig 3.119 ,Gas 7,59 g/l bei 760 Torr und o Grad Cel.Density solid 3.14 g / cm3, liquid 3.119, gas 7.59 g / l at 760 Torr and o degrees Cel.
Die Nuklidenmasse 79 Br Gas 78,918348 " 8i Br flüß. 80,916344 Gasförmige Elemente existieren im allgemeinen in molekularer Form ; Molekül Brom = Br2 Im normalen Zustand nimmt 1 mol des gasförmigen Stoffes Brom einen Raum von ungefähr 22,4 Liter ein Normalvolumen Vmn = 22,414 m3/kmol ( DIN 1343 ) Die Masse des Bromatoms mBrAtom = ###### = 13,26951179. 10 - 23 g Molvolumen des zweiatomigen Br2 bei o Grad Cel 7,59 g : 11 = 2 x 79,909 g : X X=21,o8 bei o Grad und 2730 Kelwin 760 Torr NL Bromatome , rund 79,909 haben ein Volumen von 79,909 / 3,119 = 25,62007054.Die dicht Brom flüßig = 3,119 Der durchmesser beträgt etwa 1 A = 10 -8 NL Bromgasatome haben ein Volumen von 79,909 / 0,00759 = 1o528 ,33 cm3 Verhältnis flüßig / gasförmig 10528,33 / 25,62 = 410,9418423 Vergleich : 311,9 / 0,00759 = 410 ,94 rund 1 : 411 Auf den nächsten Seiten wird eine kurze Darstellung der Gasgesetze und sonstigen bekannten Naturgesetze gegeben.The nuclide mass 79 Br gas 78.918348 "8i Br flüß. 80.916344 Gaseous elements generally exist in molecular form; Molecule bromine = Br2 In the normal state, 1 mol of the gaseous substance bromine occupies a space of approximately 22.4 liters, a normal volume Vmn = 22.414 m3 / kmol (DIN 1343) The mass of the bromine atom mBrAtom = ###### = 13.26951179. 10 - 23 g molar volume of diatomic Br2 at o degrees Cel 7.59 g: 11 = 2 x 79.909 g: XX = 21, o8 at o degrees and 2730 Kelwin 760 Torr NL bromine atoms, around 79.909 have a volume of 79.909 / 3.119 = 25.62007054. The dense bromine liquid = 3.119 The diameter is about 1 A = 10 -8 NL bromine gas atoms have a volume of 79.909 / 0.00759 = 1o528.33 cm3 ratio liquid / gaseous 10528.33 / 25.62 = 410.9418423 comparison: 311.9 / 0.00759 = 410.94 around 1: 411 On the following pages a short description of the gas laws and other known laws of nature is given.
D ie Ag g r e g a t z u s t ä n d e Die typischen Eigenschaften der Stoffe in ihren verschiedenen Aggregatzuständen lassen sich mit einem Modell, das einen Aufbau der Nlateric aus diskreten Teilchen nimmt, sehr gut verstehen; die vorzügliche Übereinstimmung zwischen experimenteller Erfahrung und Berechnungen auf Grund dieses »Partikelmodelles« vor allein an Gasen bildet einen Hauptbeweis für seine Richtigkeit. T he Ag g r e g a t a t a d e s The typical properties of the Substances in their various physical states can be identified with a model that understand a structure that Nlateric takes from discrete particles very well; the excellent agreement between experimental experience and calculations This "particle model" based on gases alone is the main evidence for its correctness.
Im festen Zustand besitzen die Substanzen eine bestimmte Form ulltl ein bestitnmtes Volumen; sie sind nur in geringem hlaß zusammendrückbar. Diese Eigenschaften weisen darauf hin, daß die Teilchen eines Stoffes im festen Zustand raumlich fixiert sind, wobei sie durch » Kohäsionskräfte« aneinander gebunden sind. Sind die Teilchen regelmäßig angeordnet, so spricht man von einem »Gitter« (vgl. Abb. 2) Die Gitterordnung besonders großer Teilchen kann heute im Elektronenmikroskop direkt sichtbar gemacht werden (Abb. 3) In Kristallen ist die geometrische Anordnung der Teilchen innerhalb größerer Bereiche völlig regelmäßig; in »amorphen« Stoffen, wie z.B. Glas oder Kunstharzen, sind zwar die Teilchen auch stark aneinander gebunden, jedoch besteht hier keine bestimmte Ordnung. Das typische Merkmal eines kristallinen Stoffes ist also die gesetzmäßige Gitterordnung und nicht etwa die Kristallflächen mit ihren charakteristischen Winkeln; letztere sind eine Folge der Gittersymmetrien! Wird nun ein fester, kristalliner Stoff langsam erwärmt, so führt man Energie zu, welche sich als kinetische Energie der Teilchen äußert. Diese rotieren oder pendeln immer rascher um ihre Schwerpunktslage, bis schließlich ihre Energie so groß ist, daß das Gitter zusammenbricht: Der Stoff schmilzt. In der Flüssigkeit sind die Teilchen nicht mehr geordnet, und sie können sich stärker bewegen als im festen Zustand; die Anziehungskräfte zwischen ihnen sind aber nocll so groß, daß der Zusammenhalt der Substanz bestehen bleibt. Erst beim Erreichen des Siedepunktes, d. h. beim Verdampfen, lösen sich die Teilchen voneinaiider, so daß sie sich im Gaszustand völlig frei und unabhängig voneinander bewegen können. In the solid state, the substances have a certain form a certain volume; they are only slightly compressible. These properties indicate that the particles of a substance are spatially fixed in the solid state are, whereby they are bound to one another by "cohesive forces". Are the particles regularly arranged, one speaks of a "grid" (see Fig. 2) The grid order Today, particularly large particles can be made directly visible in the electron microscope (Fig. 3) In crystals the geometrical arrangement of the particles is within larger areas completely regular; in "amorphous" materials such as glass or synthetic resins, Although the particles are also strongly bound to one another, there is none here certain order. The typical characteristic of a crystalline substance is thus regular lattice order and not the crystal faces with their characteristic ones Angles; the latter are a consequence of the lattice symmetries! Now becomes a solid, crystalline one Material slowly warms up, so one adds energy, which turns out to be kinetic energy the particle expresses. These rotate or oscillate faster and faster around their center of gravity, until finally their energy is so great that the grid collapses: the fabric melts. In the liquid, the particles are no longer ordered, and they can move more than in the solid state; the attractions between them but are still so great that the substance remains cohesive. First when the boiling point is reached, d. H. when evaporating, the particles dissolve of one another, so that in the gas state they are completely free and independent of one another can move.
Die Abstände zwischen ihnen sind dann im Vergleich zur eigenen Größe sehr groß. The distances between them are then compared to your own size very large.
Zur Zerstörung der festen Gitterordnung muß beim Schmelzen ein bestilnmter Wärmebetrag aufgewendet werden (Schmelzwärme): Ebenso ist zur Überwindung der Kohäsionskräfte beim Sieden eine bestimmte Wärmemenge nötig (Verdampfungswärme). Trotz weiterer Wärmezufuhr steigt deshalb während des Schmelzens und Siedens die Temperatur nicht weiter an, bis alle Substanz geschmolzen bzw. verdampft ist (Abb.4) Umgekehrt wird bei der Kondensation eines Gases zur Flüssigkeit und beim Erstarren (Gefrieren) einer Flüssigkeit je eine entsprechende Wärmemenge wieder frei. In order to destroy the fixed lattice order, a cut must be made during melting Amount of heat to be expended (heat of fusion): Likewise is to overcome the cohesive forces A certain amount of heat is required for boiling (heat of vaporization). Despite further Heat supply therefore does not increase the temperature during melting and boiling continue until all substance has melted or evaporated (Fig.4) during the condensation of a gas to a liquid and during solidification (freezing) each liquid releases a corresponding amount of heat.
Nun können aber auch schon unterhalb des Siedepunktes besonders energiereiche Teilchen die Flüssigkeit verlassen (die Flüssigkeit tcrdunstet); die weiiiger sclinellen Teilchen bleiben in der Flüssigkeit zurück, und diese wird kiihler. Da sich die verdunsteten Teilchen wie Gasteilchen ebenfalls frei bewegen, können sie sich aus dem Gefäß entfernen. Aus der Flüssigkeit entweichen weitere Teilchen, bis sie schließlich völlig verdunstet ist. Hält man jedoch das Gefäß verschlossen, so werden zwar zunächst immer mehr Teilchen in den Dampfraum übergehen, hingegen geraten Teilchen, die während ihrer Bewegung nahe zur Flüssigkeitsoberfläche gelangen, dort unter die Wirkung der von den Flüssigkeitsteilchen ausgehenden Kräfte und werden » eingefangen «. Es stellt sich deshalb mit der Zeit ein für die betreffende Temperatur charakteristisches Gleichgewicht ein; der Raum über der Flüssigkeit wird mit Dampf gesättigt. Den Druck, den dieser AUF DIE WAND ausübt bezeichnet man mit Dampfdruck. But now even below the boiling point, particularly high-energy Particles leave the liquid (the liquid evaporates); the white lines Particles remain in the liquid and it becomes cooler. Since the evaporated particles such as gas particles can also move freely, they can get out remove from the vessel. More particles escape from the liquid until they finally do has completely evaporated. However, if you keep the vessel closed, then initially more and more particles pass into the vapor space, on the other hand particles get during their movement get close to the surface of the liquid, there under the action of the forces emanating from the liquid particles and are "captured". It is therefore characteristic of the temperature in question over time Balance one; the space above the liquid becomes saturated with steam. The pressure, which this exerts ON THE WALL is called steam pressure.
Die Moleküle Gase sind in weitem Maß komprimierbar. Sie dehnen sich beim Erwärmen stark aus. Um den Zustand einer bestimmten Menge einer gasförmigen Substanz zu erfassen, müssen Druck (p), Temperatur (t) und Volumen (V) bekannt sein. Man bezeichnet diese Größen als Zustandsgrößen. Sie zeigen untereinander gewisse Beziehungen, die merkwürdigerweise bei allen Gasen gleich sind (wenigstens bei Temperaturen von oberhalb - 100°C und bei nicht allzu hohen Drucken): Gesetz von BOYLE-MARIOTTE (bei konstanter Temperatur) p1 # V1=p2 # V2=K (1) Gesetz von GAY-LussAc (bei konstantem Druck) oder bei Verwendung der absoluten Temperatur v K (2) #=#.The molecules of gases can be compressed to a large extent. They expand a lot when heated. In order to determine the state of a certain amount of a gaseous substance, pressure (p), temperature (t) and volume (V) must be known. These quantities are called state quantities. They show certain relationships with one another which, strangely enough, are the same for all gases (at least at temperatures above - 100 ° C and at not too high pressures): BOYLE-MARIOTTE's law (at constant temperature) p1 # V1 = p2 # V2 = K (1) Law of GAY-LussAc (at constant pressure) or when using the absolute temperature v K (2) # = #.
Gesetz von AMONTON (bei konstantem Volumen) Diese drei Beziehungen können durch eine einzige ausgedrückt werden: Zustandsgleichung der Gase: p V = R T Genaue Untersuchungen zeigen jedoch, daß auch bei Zimmertemperatur und Atmosphärendruck die meisten Gase in ihrem Verhalten durch die Zustandsgleichung nicht genau beschrieben werden können. Gase, welche die Zustand gleichung befolgen, werden ideale Gase genannt; bei Zimmertemperatur verhalten sich Wasserstoff und Helium annähernd ideal.AMONTON's law (at constant volume) These three relationships can be expressed by a single one: The equation of state of the gases: p V = RT However, exact investigations show that the behavior of most gases cannot be precisely described by the equation of state, even at room temperature and atmospheric pressure. Gases that obey the equation of state are called ideal gases; At room temperature, hydrogen and helium behave almost ideally.
Die zunächst sehr befrelndend erscheinende Tatsache, daß bei allen idealen Gasen die Beziehungen zwischen Druck, Temperatur und Volumen durch dieselbe Zustandsgleichung beschrieben werden können, erfordert eine Erklärung. Diese wird durch die »kinetische Gastheorier, d. h. die theoretische Durcharbeitung des Partikelmodelles, angewandt auf den Gaszustand, ermöglicht.The fact that at first seems very refreshing that with all of them ideal gases the relationships between pressure, temperature and volume through the same Equation of state can be described requires an explanation. This will by the "kinetic gas theories, d. H. the theoretical working through of the particle model, applied to the gas state.
Nach diesem Modell bewegen sich in einem Gas die Teilchen regellos durcheinander und üben keine Anziehungskräfte aufeinander aus. Die Teilchen stoßen sehr häufig elastisch zusammen oder auf die Gefäßwand. Die Summe aller Stöße der Teilchen auf die Gefäßwand ergibt den Gasdruck; ist keine Wantl vorhanden, so breitet sich das Gas als Folge der regellosen Bewegung im Raum gleichmäßig aus. Die Temperatur eines Gases wird durch die mittlere kinetische Energie seiner Teilchen bestimmt. Bei höheren Temperaturen bewegen sich die Teilchen durchschnittlich schneller; Teilchen geringerer Masse bewegen sich rascher als Teilchen größerer Masse. Die absolute Temperatur ist der mittleren kinetischen Energie der Teilchen direkt proportional; bei gleicher Temperatur besitzen die Teilchen eines Gases im Durchschnitt die gleiche Energie. Mit zunehmender Temperatur wächst der Gasdruck (d( r Impuls der Teilchen, m u, nimmt zu); der Druck ist auch um so gröber, je Inehr Teilchen pro Volumeneinheit vorhanden sind.According to this model, the particles in a gas move randomly around one another and do not exert any forces of attraction on one another. The particles very often collide elastically or against the vessel wall. The sum of all impacts of the particles on the vessel wall gives the gas pressure; if there is no wantl, the gas spreads evenly in space as a result of the irregular movement. The temperature of a gas is determined by the mean kinetic energy of its particles determined. At higher temperatures, the particles move faster on average; Particles of lesser mass move faster than particles of greater mass. The absolute temperature is directly proportional to the mean kinetic energy of the particles; at the same temperature, the particles of a gas have on average the same energy. The gas pressure increases with increasing temperature (d (r momentum of the particles, mu, increases); the pressure is also the greater, the more particles are present per unit volume.
Nun ternuchlässigt das Modell allerdings die Anzie@ungskräfte zwischen den Gasteilchen und betrachtet die Teilchen als punktförmige Partikeln, berücksichtigt also das Eigenrolu@@en der Teilchen nicht. Das Modell kann also nur näherungsweise richtig sein. Das von dern durch die Zustandsgleichung idealer Gase beschriebene abweichende Verhalten der »realen Gase« ist vor allem darauf zurückzuführen, daß auch bei Zimmertemperatur zwischen den Gasteilchen (allerdings nur schwache !) Anzi@hungskräfte wirksam sind. Now, however, the model disregards the forces of attraction between the gas particles and considers the particles as point-like particles thus not the eigenrolu @@ en of the particles. The model can only approximate be right. That described by dern by the equation of state of ideal gases The different behavior of the "real gases" is mainly due to the fact that even at room temperature between the gas particles (but only weak!) attractive forces are effective.
Für den Gasdruck liefert die kinetische Gastheorie folgenden Ausdurck: n = Anzahl Teilchen/Volumen 2 m # v2 p = #n# m = Masse der Teilchen 3 2 v = mittlere Geschwindigkeit der Nehmen wir nun gleiche Volumina von zwei verschiedenen Gasen, die sich bei gleicher Temperatur befinden und unter demselben Druck stehen, so ist 2 m1#v@ 2 m2#v@ #n1#=#n2# 3 2 3 2 Da nun die mittlere kinetische Energie der Teilchen der absoluten Temperatur proportional ist und die beiden Volumina voraussetzungsgemäß gleich groß sind, wird n1 = n2 Bei gleicher Temperatur und gleichem Druck enthalten gleiche Raumteile verschiedener (idealer) Gase gleich viele Teilchen.The kinetic gas theory gives the following expression for the gas pressure: n = number of particles / volume 2 m # v2 p = # n # m = mass of the particles 3 2 v = mean velocity of the Let us now assume the same volumes of two different gases that are at are at the same temperature and are under the same pressure, then 2 m1 # v @ 2 m2 # v @ # n1 # = # n2 # 3 2 3 2 Da is the mean kinetic energy of the particles is proportional to the absolute temperature and the two volumes are the same size as required, n1 = n2 At the same temperature and pressure, the same parts of space of different (ideal) gases contain the same number of particles.
Diese Aussage, der Satz von AVOGADRO, wurde bereits um 1811 von AVOGADRO als Hypothese ausgesprochen. Sie ist aber, wie wir gezeigt haben, eine Folgerung aus dem Partikelmodell der idealen Gase und gilt streng nur für diese.This statement, the AVOGADRO theorem, was made by AVOGADRO as early as 1811 pronounced as a hypothesis. But, as we have shown, it is a consequence from the particle model of the ideal gases and applies strictly only to these.
Für praktische Zwecke kann man diese Aussage jedoch ohne großen Fehler auf die meisten gebräuchlichen Gase anwenden.For practical purposes, however, this statement can be made without major mistake apply to most common gases.
In gemeinsamer Arbeit fanden die beiden Forscher GAY-LUSSAC1) und v. HUM-BOLDT2) bei der Untersuchung von chemischen Vorgangen, an welchen Gase beteiligt sind, auffallende Gesetzmäßigkeiten.Working together, the two researchers found GAY-LUSSAC1) and v. HUM-BOLDT2) when investigating chemical processes in which gases are involved are striking regularities.
Bei der Zerlegung von 11 asser durch die Elektrolyse (S. 46) entstehen Wasserstoff und Sauerstoff im Volumenverhältnis 2 : 1. Im gleichen Verhaltnis vereinigen sich die beiden Gase bei der Wassersynthese. Führt man die Synthese oberhalb 100°C durch (z.B. in einem durch eine Heizspirale erhitzten Glasrohr [Abb. 70]), so beobachtet man, daß dabei 2 Volumina Wasserdampf entstehen. Ebenso vereinigt sich ein Raumteil Wasserstoff mit einem Raumteil Chlor zu zwei Raumteilen Chlorwasserstoff. Durch katalytische Oxydation laßt sich Kohlenoxid in Kohlendioxid überführen; zwei Raumteile Kohlenoxid ergeben mit einem Raumteil Sauerstoff zwei Raumteile Kohlendioxid: 2 Raumteile H + 1 Raumteil O # 2 Raumteile H2O 1 Raumteil H + 1 Raumteil Cl # 2 Rauniteile HCI 2 Raumteile CO + 1 Raumteil O 2 2 Raulnteile CO2 Im Gegensatz zu den Massenverhältnissen sind also die Volumenverhältnisse bei Gasreaktionen stets einfach und ganzzalllig').When 11 water is broken down by electrolysis (p. 46) Hydrogen and oxygen in a volume ratio of 2: 1. Combine in the same ratio the two gases in water synthesis. If the synthesis is carried out above 100 ° C (e.g. in a glass tube heated by a heating coil [Fig. 70]) that this creates 2 volumes of water vapor. A part of the room also unites Hydrogen with one part by volume of chlorine to two parts by volume of hydrogen chloride. By catalytic oxidation converts carbon oxide into carbon dioxide; two parts of the room With one part of oxygen, carbon oxide results in two parts of carbon dioxide: 2 Room parts H + 1 room part O # 2 room parts H2O 1 room part H + 1 room part Cl # 2 room parts HCI 2 room parts CO + 1 room part O 2 2 room parts CO2 In contrast to the mass ratios the volume ratios in gas reactions are therefore always simple and whole-numbered ').
Nun sind aber nach AVOGADRO in gleichen Raumteilen bei gleichen Bedingungen gleich viele Teilchen vorhanden.Now, according to AVOGADRO, the same parts of the room are under the same conditions the same number of particles are present.
Die Sauerstoffteilchen müssen sich bei der Bildung des Wassers geteilt haben. I )a nun ein Wasserteilchen mindestens ein Sauerstoffatoln enthält und die Atome bei chemischen Reaktionen als unteilbar betrachtet werden müssen, besteht offenbar das Sauerstoffteilchen alls zwei Atomen. Die Volumenverhältnisse bei der Synthese von Chlorwasserstoff zeigen in gleicher Weise, daß auch die Wasserstoff- und Chlorteilchen aus zwei Atomen bestehen. Solche Teilchen, die aus mehreren Atomen bestehen und in sich abgeschlossen sind, nennt man Moleküle oder Molekeln (la molécule frz. bzw. molecula lat. @@ kleine Masse). The oxygen particles have to split up when the water is formed to have. I) a now contains a water particle at least one oxygen atom and the Atoms must be regarded as indivisible in chemical reactions apparently the oxygen particle with two atoms. The volume ratios at the Synthesis of hydrogen chloride show in the same way that the hydrogen and chlorine particles are made up of two atoms. Such particles made up of several atoms exist and are self-contained, are called molecules or molecules (la molécule French or Molecula Latin @@ small mass).
Der Satz von AVOGADRO führt also zu der wichtigen Erkenntnis, daß die Teilchen von Elementen wie Sauerstoff, Wasserstoff, Chlor und auch Stickstoff oder von Verbindungen wie Wasser, Kohlenoxid, Kohlendioxid, Chlorwasserstoff usw. aus mehreren @tomen zusammengesetzt sind und als selbständige Einheiten eristieren.The AVOGADRO theorem thus leads to the important finding that the particles of elements like oxygen, hydrogen, chlorine and also nitrogen or from compounds such as water, carbon oxide, carbon dioxide, hydrogen chloride, etc. are composed of several @toms and exist as independent units.
Die Formeln O2, H2, Cl2, N2 und H2O, CO, CO2 sowie HCl geben daher hier die Zusammensetzung der Moleküle wieder. The formulas O2, H2, Cl2, N2 and H2O, CO, CO2 and HCl therefore give here the composition of the molecules again.
Durch die Anwendung der »Hypothese« von AVOGADRO auf die Volumenverhaltnisse bei Gasreaktionen gelang es erstmals, das Zahlenverhältnis der Atome in Verbindungen eindeutig festzulegen und dalllit die Verhältnisse der Atommassen zu bestimmen. lin Wasser müssen zwei Wasserstoffatome auf ei Sauerstoffatom kommen, da sich die Gase im Volumenverhältnis 2:1 verbinden. By applying AVOGADRO's "hypothesis" to volume ratios in gas reactions it was possible for the first time to determine the ratio of atoms in compounds to be clearly defined and then to determine the proportions of the atomic masses. In water there must be two hydrogen atoms on an oxygen atom, since the Connect gases in a volume ratio of 2: 1.
Das experimentell gefundene Massenverhältnis von 1: (angenähert)
8 führt auf das Verhältnis der Atommassen mH:mO = 1:16. Im Chlorwasserstoff ist
hingegen das Zahlenverhältnis der Atome 1 : 1, das Massenverhältnis von 1 : 35,5
entspricht also auch dem Verhältnis der Atommassen. Bei den Zeitgenossen von AVOGADRO,
insbesondere bei DALTON und BERZZLIUS, stieß indessen seine Iiypothese fast ausnahmslos
auf Ablehnung, da es offenbar den damaligen Chemikern sehr schwer fiel, den Unterschied
zwischen DALTONS unteilbaren Atomen und AVOGADROS teilbaren Molekülen der Elemente
zu erfassen und die beiden Teilchen in die richtige Beziehung zueinander zu setzen.
Aus diesen Gründen herrschte in der ersten Halfte. des 19. Jahrhunderts in bezug
auf Atommassen (Atomgewichte) und Schreibweise chemischer Formeln und Gleichungen
eine beispiellose Verwirrung. Erst CAN@@ZZARO1) vermochte 1858 (also nach dem Tode
von WOGADRO!) dem Satz von AVOGADRO zu allge@@ mer Anerkennung zu verhelfen und
begründete damit die Atommassenskala auf der Basis des Wasserstoffes (die Masse
des H-Atoms wurde als Einheit gewählt). | Ebenso wie die Massen der Atome werden
auch die Massen der Moleküle in u 1/12 des C-Isotops der Masse 12,0000 u) angegeben.
Die Massen von Molekülen sind nach AVOGADRO leicht zu bestimmen; wägt man nämlich
bei gleichen Bedingungen gleiche Raumteile zweier Gase, so verhalten sich deren
Massen wie die Teilchenmassen, weil nlan von beiden Gasen gleich viele Teilchen
wägt. Die Molekülmassen verschiedener Gase verhalten sich also wie ihre Gasdichten
(Ta-Tabelle @ Gasdichte und Molvolumen einiger Gase
I)a nun nach AVOGADRO gleich viele Teilchen idealer Gase bei gleichen Bediiigungen den gleichen Raum einnehmen, nimmt ein Mol jedes idealen Gases bei gleichen Bedingungen das gleiche Volumen ein: Molvolumen=Volumen von 1 Gramm-Mol=22,4 Liter (bei 0°C und 760 Torr). I) a now, according to AVOGADRO, the same number of particles of ideal gases with the same Conditions occupy the same space, one mole of each ideal gas takes up equal volume under the same conditions: mole volume = volume of 1 gram-mole = 22.4 Liters (at 0 ° C and 760 Torr).
Um die Molekülmasse zu bestimmen, kann man einfach die Masse von 22,4 Liter der betreffenden Substanz im Gaszustand ermitteln. Niißt man das Volumen nicht bei Normalbedingungen, so muß es mittels der Zustandsgleichung auf Normalbedinguiigen (0°C = 273°K; 760 Torr) umgerechnet werden. To find the molecular mass, one can simply use the mass of Determine 22.4 liters of the substance in question in the gas state. You need the volume not under normal conditions, it must be based on normal conditions by means of the equation of state (0 ° C = 273 ° K; 760 Torr).
Durch Anwendung des Satzes von AvoGADRo lassen sich allerdings nur Molekülmassen flüchtiger oder zumindest verhältnismäßig leicht verdampfbarer Substanzen bestimmen. Von Verbindungen, die wie z. B. Rohrzucker nicht unzersetzt verdampfen, läßt sich die Molekülmasse nicht auf diese Weise ermitteln. Man kann aber in solchen Fällen die Substanz in einem geeigneten Lösungsmittel lösen und aus den gemessenen Werten der Siedepunktserhöhung oder der Erniedrigung des Schmelzpunktes die Molekühnasse berechnen. By applying the AvoGADRo theorem, however, only Molecular masses of volatile or at least relatively easily evaporable substances determine. Of connections that such. B. Do not evaporate undecomposed cane sugar, the molecular mass cannot be determined in this way. But you can in such Cases dissolve the substance in a suitable solvent and remove the measured Values of the increase in the boiling point or the decrease in the melting point indicate the molecular mass to calculate.
Ist nämlich in einem Lösungsmittel ein nichtflüchtiger Stoff gelöst, so befinden sich auch gelöste Teilchen an der Flüssigkeitsoberfläche, so daß das Verdunsten (das Entweichen von Lösungsmittelteilchen aus der Lösung) erschwert wird. Der Dampfdruck einer Lösung ist deshalb bei einer bestimmten Temperatur kleiner als der Dampfdruck des reinen Lösungsmittels. L)ie Erniedrigung des Dampf druckes ist abhängig von der in einem bestinllnten Flüssigkeitsvolulnen gelösten Anzahl Teilchen, also proportional der Anzahl der darin gelösten Mole. 1 Mol einer beliebigen Substanz in einem bestimmten Volumen ein- und derselben Flüssigkeit gelöst, ergibt immer die gleiche Dampfdruckerniedrigung. If a non-volatile substance is dissolved in a solvent, so there are also dissolved particles on the surface of the liquid, so that the Evaporation (the escape of solvent particles from the solution) is made more difficult. The vapor pressure of a solution is therefore lower at a certain temperature than the vapor pressure of the pure solvent. L) the lowering of the steam pressure depends on the number dissolved in a given volume of liquid Particles, i.e. proportional to the number of moles dissolved in them. 1 mole of any Substance dissolved in a certain volume of one and the same liquid, results always the same vapor pressure reduction.
Als Folge des niedrigeren Dampfdruckes zeigt eine Lösung einen höheren Siedepunkt und tieferen Schmelzpunkt als das reine Lösungsmittel (Abb.6). Siedepunktserhöhung (#Eg) und Schmelzpunktserniedrigung (#Eg) sind ebenfalls proportional der in einem bestimmten Flüssigkeitsvolumen gelösten Anzahl Diole und können damit zur Molekülmassenbestimmung dienen.As a result of the lower vapor pressure, a solution shows a higher one Boiling point and lower melting point than the pure solvent (Fig.6). Boiling point increase (#Eg) and melting point depression (#Eg) are also proportional to the one certain volume of liquid dissolved number of diols and can thus be used to determine the molecular mass to serve.
Versucht man nun durch Messung der Schmelzpunktserniedrigung oder der Siedepunktserhöhung die Molekülmassen von Salzen zu bestimmen, so erhält Inan immer ganz abnorm hohe H'erte. 58,5 g Kochsalz (NaCI), also eine Grammformeleinheit, in einem Liter Wasser gelöst, ergeben beispielsweise ein #Eg von fast 3,7°C, also beinahe den doppelten molaren Wert. Eine Lösung von 95 g Magnesiumchlorid (MgCl2) in einem Liter Wasser gibt nahezu den dreifachen molaren #Eg-Wert, eine Lösung von 1 3d, g Aluminiumchlorid (AICI3) in einem Liter Wasser sogar annähernd den vierfachen #Eg-Wert. Wir müssen daraus schließen, daß Salzlösungen mehr Teilchen enthalten, als ihren Formeln entspricht: 58,5 g NaCl enthalten 2 NL-Teilchen 95 g MgCI2 enthalten 3 NL-Teilchen 133,5 g AICI3 enthalten 4 NL-Teilchen Energie, d. h. die » Fähigkeit, Arbeit zu leisten«, existiert in verschiedenen Formen: Wärme, elektrische, mechanische Energie usw., und kann als kinetische (Bewegungs-)Energie (z. B. Energie einer rollenden Kugel; Wärme als kinetische Energie kleinster Teilchen) oder potentielle Energie in Erscheinung treten (z. B. If one tries now by measuring the lowering of the melting point or To determine the molecular mass of salts based on the increase in the boiling point, that is how Inan obtained it always abnormally high values. 58.5 g table salt (NaCI), i.e. one gram formula unit, Dissolved in one liter of water, for example, results in a #Eg of almost 3.7 ° C, i.e. almost double the molar value. A solution of 95 g of magnesium chloride (MgCl2) in one liter of water gives almost three times the molar # Eg value, a solution of 1 3d, g aluminum chloride (AICI3) in one liter of water is almost four times as much # Eg value. We must conclude from this that salt solutions contain more particles, as corresponds to their formulas: 58.5 g NaCl contain 2 NL particles contain 95 g MgCl2 3 NL particles 133.5 g of AICI3 contain 4 NL particles Energy, d. H. the "ability to do work" exists in different forms: warmth, electrical, mechanical energy, etc., and can be used as kinetic (motion) energy (e.g. energy of a rolling ball; heat as kinetic energy of smallest particles) or potential energy appear (e.g.
Energie einer gespannten Feder oder eines Sprengstoffes). Potentielle und kinetische Energie wie auch die verschiedenen Energieformen überhaupt können weitgehend ineinander umgewandelt werden.Energy of a tensioned spring or an explosive). Potential and kinetic energy as well as the various forms of energy in general are largely converted into one another.
Jede Energieform wird in einer besonderen Einheit gemessen; die mechanische in Joule und mkp, die elektrische in Elektronenvolt (eV) oder Kilowattstunden (kWh), die der Gase in Literatmosphären, die Wärme in Kalorien usw.Each form of energy is measured in a special unit; the mechanical in joules and mkp, the electrical in electron volts (eV) or kilowatt hours (kWh), that of gases in liter atmospheres, heat in calories, etc.
Jeder chemische Vorgang ist mit einem Energieumsatz verknüpft. Die freiwerdende oder verbrauchte Energie wird als »Reaktionswärme« oder »Wärmetönung« bezeichnet, weil die Energie sehr häufig in Form von Wärme frei wird.Every chemical process is linked to an energy expenditure. the Energy that is released or consumed is called "reaction heat" or "warmth of heat" because the energy is very often released in the form of heat.
Zur Abkünung der Reaktionswärme dient das Symbol #H. Bei exothermen Vorgängen wird Energie frei; #H erhält dann - der in der physikalischen Chemie üblichen Konvention folgend - negatives Vorzeichen: Die Substanzen verlieren Energie an die Umgebung. Man gibt also das Vorzeichen von #H vom Standpunkt der Stoffe ausl Bei endothermen Reaktionen schreibt man dll mit positivem Vorzeichen: die Produkte sind energiereicher als die Ausgangsstoffe. Die Tatsache, daß als Begleiterscheinung chemischer Vorgänge Energie abgegeben oder aufgenommen wird, zeigt, daß offenbar jedem Stoff eine bestimmte Energiemenge (ein » Energieinhalt«) zugeschrieben werden muß, die natürlich im festen Zustand am kleinsten, im gasförmigen Zustand am größten ist. Führt man nun eine chemische Reaktion bei konstanter Temperatur aus (haben also die Endstoffe die gleiche Temperatur wie die Ausgangsstoffe), so wird die Reaktionswärme gleich der Differenz zwischen den Energieinhalten der Ausgangs- und der Endstoffe.The symbol #H is used to reduce the heat of reaction. With exotherms Processes are released energy; #H then receives - the usual one in physical chemistry Following convention - negative sign: The substances lose energy to the Surroundings. So one gives the sign of #H from the point of view of the substances endothermic reactions are written dll with a positive sign: the products are more energetic than the raw materials. The fact that as a concomitant phenomenon Chemical processes give off or absorb energy, shows that evidently a certain amount of energy (an "energy content") can be assigned to each substance must, which of course is smallest in the solid state and largest in the gaseous state is. If you now carry out a chemical reaction at constant temperature (have So the end materials have the same temperature as the starting materials), so the heat of reaction equal to the difference between the energy content of the starting materials and the end materials.
Reaktionswärmen werden gewöhnlich in kcal angegeben und auf einen
Umsatz von so vielen Grammen, wie den Atom- und Molekülmassenzahlen entspricht Tabelle
2 Umrechnungsfaktoren für verschiedene Energieeinheiten
Die Kenntnis von Reaktionswärmen ist nicht nur in theoretischer Hinsicht, sondern auch für technisch wichtige Vorgänge von Bedeutung. Oft läßt sich jedoch wegen experimenteller Schwierigkeiten eine bestimmte Reaktionswärme nicht direkt messen. Hingegen kann man in solchen Fällen häufig den Endzustand aus den Ausgangsstoffen über einen Umweg erreichen, der für die Messung geeigneter ist. Nach dem Satz von HESS') (»Gesetz der konstanten Wärmesummen «) hängt nämlich die Reaktionswärme eines bestimmten Vorganges nicht vom Weg ab, d. h. sie ist insgesamt immer dieselbe, ob man den Vorgang direkt oder in voneinander getrennten Schritten durchführt.The knowledge of the heats of reaction is not only from a theoretical point of view, but also important for technically important processes. Often, however, can a certain heat of reaction not directly due to experimental difficulties measure up. On the other hand, in such cases, the final state can often be derived from the starting materials via a detour that is more suitable for the measurement. According to the theorem of HESS ') (»law of constant heat sums«) depends on the heat of reaction of a certain process does not go astray, d. H. overall it is always the same, whether the process is carried out directly or in separate steps.
Die Bildungswärme von Kohlenmonoxid läßt sich nur indirekt bestimmen,
weil liohlenstoff bei der Verbrennung stets - wenn auch in gewissen Fällen nur spurenweise
- Kohlen dioxid bildet. Hingegen kann man folgende Wärmetönungen direkt messen:
C + O2 # CO2 |#H = -96 kcal CO + 1/2 O2 # CO2 |#H = -67,4 kcal Nach dem Satz von
HESS erhält man bei der Verbrennung von 12 g Kohlenstoff zu CO2 gleichviel Wärme,
wenn sie direkt oder über CO als Zwischenstufe führt:
Die Bildungswärmen (die bei der Bildung einer Verbindung aus den Elementen in ihrem »Normalzustand« [d. h. bei 0°C und 760 Torr] freigesetzten oder verbrauchten Wärmen; 5. 50) werden häufig zur Berechnung von Reaktionswärmen benutzt (siehe S. 51). Überwiegen die freiwerdenden Bildungswärmen der Produkte über die (aufzuwendendenl) Bildungswärmen der Edukte, so verläuft der betreffende Vorgang exotherm. Ist dagegen die Summe der Bildungswärmen der Endstoffe wesentlich kleiner als die Summe der Bildungswärmen der Ausgangsstoffe, so ist der Vorgang unter Umständen überhaupt nicht ausführbar.The heats of formation (those in the formation of a compound from the elements in their "normal state" [i.e. H. at 0 ° C and 760 Torr] released or consumed To warm; 5. 50) are often used to calculate the heats of reaction (see p. 51). Do the heat of formation released by the products predominate over the (to be expended) If the educts form heat, the relevant process is exothermic. Is against the sum of the heats of formation of the end materials is much smaller than the sum of the Warmth of formation of the starting materials, this is what the process may be like at all not executable.
Man beobachtet sehr häufig, daß viele exotherme Reaktionen » von selbst «, d. h.It is very often observed that many exothermic reactions "take place by themselves «, D. H.
freiwillig, eintreten. Es besteht also bei chemischen Vorgängen ebenso wie in der Mechanik eine offensichtliche Tendenz zur Erreichung eines energieärmeren Zustandes, d. h. eines Zustandes, dessen Gesamtenergie unter den betreffenden äußeren Bedingungen einen minimalen Wert darstellt (» Prinzip vom Energieminimum«). Aus diesem Grund stellen die Bildungswärmen ein ungefähres Maß der Stabilität von Verbindungen dar: Verbindungen mit großer negativer Bildungswärme bilden sich sehr leicht aus den Elementen, sind also schwer wieder in diese zu zerlegen und damit » stabil«. Das Prinzip vom Energieminimum ist nun allerdings kein unter allen Umständen streng gültiges Gesetz; es gibt auch Vorgänge, die endotherm und trotzdem freiwillig verlaufen (ganz besonders bei höherer Temperatur). Der Grund dafür ist, daß neben dem Streben nach minimaler Gesamtenergie eine weitere Tendenz, die Zunahme der Unordnung, für den Ablauf einer Reaktion bestimmend ist. Vergrößerung der Unordnung, z. B.voluntarily, enter. So it is the same with chemical processes as in mechanics there is an obvious tendency to achieve a lower energy level State, d. H. a state whose total energy is below the relevant external Conditions represents a minimum value (»principle of energy minimum«). the end For this reason, the heats of formation represent an approximate measure the Stability of connections represents: connections with a large negative heat of formation form very easily from the elements, so they are difficult to break down into them again and thus "stable". The principle of the energy minimum is now however not under law strictly applicable in all circumstances; there are also processes that are endothermic and nevertheless run voluntarily (especially at higher temperatures). The reason for this is that in addition to striving for minimal total energy, there is another tendency the increase in disorder determines the course of a reaction. enlargement the clutter, e.g. B.
durch Vermehrung der Teilchenzahl oder durch Übergang vom festen in den flüssigen oder den gasförmigen Zustand, begünstigt den freiwilligen Ablauf eines Vorganges. Die »Triebkrafi« einer Reaktion wird deshalb sowohl durch die Reaktionswärme wie durch die entstehende Unordnung bestimmt. Vorgänge, die mit einer Abgabe von Energie verbunden sind, verlaufen nur dann freiwillig, wenn die Ordnung nicht wesentlich größer wird. Freiwillige endotherme Vorgänge, wie das Verdampfen oder Lösen, sind stets mit einer starken Zunahme der Unordnung verknüpft. Weiteres über das Unordnungs- (oder Entropie-)Prinzip siehe »Chemie « S. 152ff. by increasing the number of particles or by moving from the solid in the liquid or the gaseous state, favors the voluntary process of a process. The "driving force" of a reaction is therefore both through the heat of reaction as determined by the resulting disorder. Operations that start with a submission of Energy connected, proceed voluntarily only when the order is not essential gets bigger. Voluntary endothermic processes, such as evaporation or dissolution, are always associated with a sharp increase in disorder. More about the disorder (or entropy) principle see "Chemistry" p. 152ff.
Nun gibt es aber sehr zahlreiche Fälle, in denen Stoffe, die energiereich sind und miteinander exotherm reagieren könnten, dies aus verschiedenen Gründen nicht tun. Man spricht dann von »gehemmten« oder auch von metastabilen Systemen. But there are very numerous cases in which substances are rich in energy and could react exothermically with one another for various reasons do not do. One then speaks of "inhibited" or metastable systems.
Ein Beispiel dafür bildet eine Mischung von Wasserstoff und Sauerstoff, welche ohne äußeren Anlaß nicht explodiert, sondern eine » Zündung « (durch elektrischen Funken, Flamme oder einfach Wärme) benötigt. Solche Systeme brauchen zur Reaktion eine Zufuhr von »Aktivierungsenergie«. An example of this is a mixture of hydrogen and oxygen, which does not explode without an external cause, but rather an "ignition" (by electrical Spark, flame or just heat) is required. Such systems need to respond a supply of "activation energy".
Der Verlauf einer solchen Reaktion läßt sich in einer graphischen Darstellung sehr gut zum Ausdruck bringen (AbbZ 7 ). Zwischen Anfangs- und Endzustand steht jeweils als » Erwrgieberg« die Aktivierungsenergie. Auch im Fall einer exotherlnen Reaktion muli diese » Barriere « zuerst überschritten werden, bevor die Reaktionswärme frei werden kann. Die freiwerdende Wärme kann nachher zur Aktivierung weiterer Teilchen genügen, d.h. hält dann die Temperatur konstant oder erhöht sie sogar noch, so daß der Vorgang selbständig weiterläuft, nachdem die Ausgangsstoffe einmal aktiviert worden sind. Bei endothermen Reaktionen wird nachher nicht genügend Energie frei, um die Stoffe auf der notwendigen Temperatur zu halten; es muß deshalb fortwährend Wärme zugeführt werden. The course of such a reaction can be shown in a graph Express the representation very well (Fig. 7). Between the initial and final state The activation energy is always displayed as an »energy mountain«. Even in the case of an exothermic The reaction must first cross this "barrier" before the heat of reaction can become free. The heat released can subsequently activate further particles suffice, i.e. then keeps the temperature constant or even increases it so that the process continues automatically after the starting materials have been activated have been. With endothermic reactions, not enough energy is released afterwards, to keep the fabrics at the necessary temperature; it must therefore go on and on Heat can be supplied.
Der in diesen Abbildungen als Abszisse gewählte » Reaktionsweg « stellt die Folge @@@@ Vorgängen dar, in welchen die reagierenden Teilchen getrennt und ncu gruppiert werden. Bei allen Reaktionen, die eine wenn auch nur geringe Aktivierungsenergie benötigen, erfolgt die Trennung und Neubildung der Bindungen nicht schlagartig, sondern in einem stetigen Übergang, also ohnc daß eigentliclle Bindungsbrüche auftreten. Der »Energieberg « der Abbildungen 153a und b stellt dann den Zustand dar, in welchem die alten. Bindungen noch nicht vollständig getrennt, die neuen Bindungen aber auch noch nicht völlig ausgebildet Sill(l.The "reaction path" selected as the abscissa in these figures represents the sequence @@@@ represent processes in which the reacting particles are separated and ncu can be grouped. In all reactions that have an activation energy, even if only a small one need, the separation and re-formation of the bonds does not occur suddenly, but in a continuous transition, i.e. without any actual breakages of ties. The "mountain of energy" in Figures 153a and b then represents the state in which the old. Bindings not yet completely separated, but so have the new bindings not yet fully trained Sill (l.
Man nennt diesen Zustand den »Übergangszustand« oder den »aktivierten Komplex«. Eine Betrachtung des Ablaufes der Reaktion von Jod init Wasserstoff wird dies verdeutlichen,| L e e r s e i t e This state is called the “transitional state” or the “activated state Complex". A consideration of the course of the reaction of iodine with hydrogen will be make this clear, | L e r s e i t e
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DE19823231309 DE3231309A1 (en) | 1982-08-23 | 1982-08-23 | Bromine-vapour gas engine |
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