Institut für Physikalische und Theoretische Chemie

TU-Braunschweig

  1. Übungsblatt zur Vorlesung Physikalische Chemie I

- Thermodynamik, Kinetik -

Sommersemester 2006

Prof. Dr. K.-H. Gericke, Dipl. Chem. Jan Frähmcke, Dipl. Chem. Sebastian Kauczok

 

1) Ein Biologe betreibt Zellkulturen in einem Brutschrank, der mit einem Luft/CO2-Gemisch begast wird. Es muss ununterbrochen ein Strom von 0,1 l/min CO2 bei 25°C und einem Bar eingeleitet werden. Hierfür gelte das ideale Gasgesetz.

Das CO2 wird einer 20 l-Flasche entnommen, die bei 20°C temperiert ist. Der Biologe möchte nun sieben Tage verreisen. Welcher Druck muss mindestens in der Flasche sein, damit diese während des Urlaubs nicht leer läuft? Gehen Sie davon aus, Sie könnten die Flasche komplett entleeren! Für CO2 unter Hochdruck verwende man die Van der Waals Gleichung mit a = 3,66 bar l2 mol-2 und b = 0,0429 l mol-1­­. Hätte der Biologe eine Überraschung erlebt, wenn er angenommen hätte, CO2 verhalte sich immer ideal?

2) Die Reaktion H2 + I2 à 2HI kommt durch Stöße zwischen einer Reihe von Teilchen in der Reaktionsmischung zustande; Berechnen Sie die Stoßzahlen bei 400 K für Stöße zwischen a) H2 und H2, b) I2 und I2, c) H2 und I2 in einer Gasmischung, in der beide Komponenten Partialdrücke von 0,5 bar haben. Setzen Sie σ(H2) = 0,27 nm2 und σ(I2) = 1.2 nm2.

3) Berechnen Sie die Portionen Spaghetti (80 g pro Portion, 350 kcal/100 g), die Sie essen müssen, wenn sie die äquivalente Energie aufnehmen wollen, die nötig ist, um einen Kubikmeter Wasser von 10°C auf 90°C zu erwärmen (Nutzen Sie die Definition der Kalorie und nehmen Sie an, die Wärmekapazität sei konstant!). Wie groß ist die Geschwindigkeit, auf die Sie ein Auto mit der Masse M = 1000 kg mit dieser Energie beschleunigen können, wenn Sie alle Reibungskräfte vernachlässigen? In welche Höhe können Sie das Auto für denselben Energiebetrag heben?

4) Überkritisches CO2 wird in der Industrie z.B. zur Extraktion von Koffein aus Kaffeepulver verwendet. Bestimmen Sie die kritischen Konstanten pc, Vm,c und Tc von CO2 mit den van-der-Waals-Parametern a = 3,66 bar dm6 mol-2­  und b = 0,0429 dm3 mol-1. Rechnen Sie die van-der-Waals-Gleichung in die Virialgleichung um und geben Sie die Konstanten B und C (d.h. Entwicklung von pVm in Potenzen von 1/Vm) für CO2 als Funktionen der Temperatur an. Nutzen Sie hierfür folgende Beziehung: 1/(1-x) = 1 + x + x2 + x3 + x4 + ….


 

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