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Berechnung von Stoffmengenanteilen bei Gasen aus Pulvergemisch

Fragen rund um die anorganische Chemie (inkl. Ionenlotto)

Moderator: Chemiestudent.de Team

Lastipasti

Berechnung von Stoffmengenanteilen bei Gasen aus Pulvergemisch

Beitrag von Lastipasti »

Hallo,

ich habe ein Pulvergemisch, welches ich bei 1000°C reagieren und in einer zugeschweißten Ampulle entgasen lassen will. Das entstehende Gas soll dann in der Ampulle entlang eines thermischen Gradienten nach oben zirkulieren und aus der Gasphase sollen sich wiederum kristalline Verbindungen bilden. Nun habe ich folgendes Startmaterial:

CuSO4*5H2O = 0,3895 g
CuO = 0,0414 g
NaCl = 0,0304 g
KCl = 0,0388 g

Und möchte basierend auf dem Startmaterial die Stoffmengen von folgenden Gasphasen abschätzen: H2O(g), O2(g), SO2(g), HCl(g) und CuCl(g), indem ich annehme, dass aus dem Startmaterial seperat für jedes Gas die maximale Stoffmenge erhalten werden kann (heißt wenn ich die maximale Stoffmenge von O2 haben will, dann berücksichtige ich CuO und CuSO4*5H2O als Startmaterial und bedenke nicht, wie viel an O bereits in H2O oder SO2 vorliegt). Diese Informationen brauche ich, um dann letztlich den maximalen Gasdruck sowie das maximale Gasvolumen abzuschätzen. Wie genau berechne ich für diese Zusammensetzung jeweils die Stoffmengenanteile korrekt?

Gruß,
Lastipasti
Chemik-Al

Re: Berechnung von Stoffmengenanteilen bei Gasen aus Pulvergemisch

Beitrag von Chemik-Al »

Du willst also dieses Stoffgemisch auf 1000°C erhitzen und die dabei entstehnden Gase in eine ampulle leiten und diese zuschweißen?
Die qualitative Zusammensetzung des Gasgemisches sollte aus O2,SO2/SO3,H2O und HCl bestehen,aber eine genaue zusammensetzung ist so nach meiner Ansicht nicht zu berechnen.Zwar könnte man aus der eingesetzten Stoffmenge an Kupfersulfat die maximale Menge an SO3(-> SO2 + O2) berechnen,aber schon die Zersetzung des SO3 und auch die von CuO zu Cu2O ist eine Gleichgewichtsreaktion,dessen Einstellung nicht so einfach zu berechnen ist.Das dann noch in diesem "Reaktionsgemisch":--??
Was ist der Hintergrund dieser Frage/des Versuchs?

Chemik-Al.
Nobby
Assi-Schreck
Assi-Schreck
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Re: Berechnung von Stoffmengenanteilen bei Gasen aus Pulvergemisch

Beitrag von Nobby »

Lastipasti

Re: Berechnung von Stoffmengenanteilen bei Gasen aus Pulvergemisch

Beitrag von Lastipasti »

Chemik-Al hat geschrieben: 13.06. 2022 19:06 Du willst also dieses Stoffgemisch auf 1000°C erhitzen und die dabei entstehnden Gase in eine ampulle leiten und diese zuschweißen?
Die qualitative Zusammensetzung des Gasgemisches sollte aus O2,SO2/SO3,H2O und HCl bestehen,aber eine genaue zusammensetzung ist so nach meiner Ansicht nicht zu berechnen.Zwar könnte man aus der eingesetzten Stoffmenge an Kupfersulfat die maximale Menge an SO3(-> SO2 + O2) berechnen,aber schon die Zersetzung des SO3 und auch die von CuO zu Cu2O ist eine Gleichgewichtsreaktion,dessen Einstellung nicht so einfach zu berechnen ist.Das dann noch in diesem "Reaktionsgemisch":--??
Was ist der Hintergrund dieser Frage/des Versuchs?

Chemik-Al.
Die Stoffe liegen bereits in der zugeschweißten Ampulle wenn das Pulver auf 1000°C erhitzt wird. Der Versuchsaufbau ist ähnlich wie in der Arbeit unten beschrieben, nur mit dem Unterschied, dass ich keine Schmelze produzieren will aus der eine Gasphase austritt, sondern mein gesamtes Startmaterial entgasen (oder sublimieren) möchte. In den Geowissenschaften verwenden wir den Begriff entgasen häufiger :wink:

--> https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com ... 18JE005911

Der Hintergrund, warum ich die Stoffmengenanteile berechnen möchte, ist der, dass ich den maximalen Gasdruck in der Ampulle abschätzen will um zu sehen, wann und warum einige Ampullen (die ähnlich sind zu diesem Versuchsaufbau aber leicht andere Zusammensetzungen haben) explodieren wenn ich sie schnell abkühle. Die Abkühlung erfolgt dabei so, dass ich die Ampulle aus dem Vertikalofen nehme und sie dann einfach in kaltes Wasser tauche um den Versuch zu quenchen). Ich habe über mehrere Experimente beobachtet, dass wenn ich z.B. statt CuSO4*5H2O getrocknetes CuSO4 verwende und nichts an dem Versuchsaufbau ansonsten ändere, die Ampulle immer intakt bleibt. Und da das Volumen der verwendeten Ampullen nur ca. 5.5-6 cm^3 beträgt, gehe ich davon aus, dass der interne Gasdruck für die Explosionen verantwortlich ist. Daher will ich versuchen diesen irgendwie abzuschätzen.
Nobby
Assi-Schreck
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Re: Berechnung von Stoffmengenanteilen bei Gasen aus Pulvergemisch

Beitrag von Nobby »

Die Abkühlung erfolgt dabei so, dass ich die Ampulle aus dem Vertikalofen nehme und sie dann einfach in kaltes Wasser tauche um den Versuch zu quenche
Ist das nicht eher ein Problem der Ampulle. Woraus besteht die. Von 1000 °C auf RT ist doch ein ziemliches Delta auch für ein Quarzglas.
Ja und 5 H2O erzeugen doch einen gewissen Druck.

p= nRT/V

0,0078 mol * 8,314 J/molK *1273K/6*10^-6 m^3 = 137,6 bar

Da die Ampullen nur mit wasserhaltigen Kupfersulfat zerplatzen, ist eine Entstehung von anderen Gasen kaum auszugehen.
Chemik-Al

Re: Berechnung von Stoffmengenanteilen bei Gasen aus Pulvergemisch

Beitrag von Chemik-Al »

Es hätte hier wohl eine Abschätzung des Volumens an Wasserdampf,bzw. des resultierenden Drucks für eine bestimmte Temperatur gereicht.
Wobei das Bersten ja anscheinend erst beim Abkühlen erfolgt,aber dann doch nur bei dem Pentahydrat.Das könnte auf "Streßfraktur" hindeuten,also einer zuerst hohen Belastung von Innen durch den Wasserdampfdruck und dann das schockartige Abkühlen,wo der Gasdruck in der Ampulle wohl länger besteht als die schnelle Abkühlung der Ampullenaussenfläche.
Insgsatm ist mir noch nicht klar,was bei dem Versuch insgesamt bzgl. Geochemie heraus kommen soll.

Cheimk-Al.
Lastipasti

Re: Berechnung von Stoffmengenanteilen bei Gasen aus Pulvergemisch

Beitrag von Lastipasti »

Also was ich mit dem Versuch bezwecken will, ist eine Rekonstruktion der Bildungsbedingungen bestimmer Minerale in natürlichen Fumarolen über ein großes Temperaturprofil hinweg. In Fumarolen sieht man häufig in Abhängigkeit der Temperaturen unterschiedlichen Mineralisationszonen wo bestimmte Minerale wie zum Beispiel Halide, Oxide oder Sulfate/Sulfide auskristallisieren. Oxide kristallisieren zum Beispiel primär zwischen 700-1000°C aus, während viele komplexere Halide nur bei Temperaturen zwischen 200-400°C auftreten. Allerdings kann man die Bildungsbedingungen der einzelnen Minerale bisher noch nicht sehr gut einschätzen, da in natürlichen Fumarolen häufig die Temperaturen stark schwanken können, die Geochemie der Gase sich verändert oder einfach schlichtweg ein chemischer Austausch der sauren Gase mit dem umgebenden Gestein stattfindet (zumindest solange, bis die Oberflächen der umgebenden Gesteine durch Sublimate oder Verkrustungen zugewachsen sind. Als Sublimate werden dabei Minerale beschrieben, die direkt aus der Gasphase ausfallen während Verkrustungen aus Reaktionen zwischen Gestein, Gas und möglicherweise fluiden Phasen gebildet werden). Das unter möglichst kontrollierten Bedingungen versuchen zu reproduzieren ist sehr schwierig bis gar unmöglich. Deshalb gibt es nur wenige Ansätze wie z.B. der oben beschriebene Versuchsaufbau, wo man basierend auf einer festen Zusammensetzung versucht die Ablagerungsmillieus vereinzelter Minerale bei einem festgelegten thermischen Gradienten auszukartieren. Mehr Informationen zu dem Versuchsaufbau finden sich auch ansonsten in dieser Arbeit, auch wenn im Gegensatz zu meinem Versuch hier eine basaltische Schmelze erzeugt wird:

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com ... 18JE005911
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