Warum wird bei einer Ammoniaksynthese 450 Grad Celsius und 30 MPa verwendet?

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Warum wird bei einer Ammoniaksynthese 450 Grad Celsius und 30 MPa verwendet?

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Was ist der Schmelzpunkt von Ethanol?

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Die Ammoniaksynthese erfolgt nach dem Haber-Bosch-Verfahren, bei dem Stickstoff (N₂) und Wasserstoff (H₂) zu Ammoniak (NH₃) reagieren. Die Bedingungen von 450 Grad Celsius und 30 MPa (300 bar) werden aus folgenden Gründen gewählt: 1. **Temperatur (450 °C):** - **Reaktionsgeschwindigkeit:** Eine höhere Temperatur erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit, was zu einer schnelleren Bildung von Ammoniak führt. - **Gleichgewicht:** Die Synthese von Ammoniak ist eine exotherme Reaktion (setzt Wärme frei). Nach dem Prinzip von Le Chatelier würde eine niedrigere Temperatur das Gleichgewicht zugunsten der Ammoniakbildung verschieben. Allerdings wäre die Reaktionsgeschwindigkeit bei zu niedrigen Temperaturen zu gering. 450 °C ist ein Kompromiss zwischen einer ausreichenden Reaktionsgeschwindigkeit und einer akzeptablen Ausbeute. 2. **Druck (30 MPa):** - **Gleichgewicht:** Ein höherer Druck verschiebt das Gleichgewicht der Reaktion nach Le Chatelier zugunsten der Ammoniakbildung, da bei der Reaktion aus vier Gasvolumina (1 N₂ + 3 H₂) zwei Gasvolumina (2 NH₃) entstehen. Ein hoher Druck fördert somit die Bildung von Ammoniak. - **Technische Machbarkeit:** 30 MPa ist ein Druck, der technisch machbar und wirtschaftlich vertretbar ist. Noch höhere Drücke würden zwar die Ausbeute weiter erhöhen, aber auch die Kosten und technischen Herausforderungen erheblich steigern. Diese Bedingungen sind also ein Kompromiss, um eine wirtschaftlich rentable Produktion von Ammoniak zu ermöglichen, indem sowohl die Reaktionsgeschwindigkeit als auch die Ausbeute optimiert werden.

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Wasser zeigt eine besondere Volumenänderung in Abhängigkeit von der Temperatur: - **Von 0 °C bis 4 °C**: Wasser zieht sich beim Erwärmen zusammen, das Volumen nimmt ab. Das ist... [mehr]

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Wasser zeigt eine besondere Volumenänderung in Abhängigkeit von der Temperatur: - **Von 0 °C bis 4 °C**: Wasser zieht sich beim Erwärmen zusammen, das Volumen nimmt ab. Das ist ungewöhnlich, da sich die meisten Stoffe beim Erwärmen ausdehnen. - **Bei 4 °C**: Wasser hat sein kleinstes Volumen und die größte Dichte. - **Über 4 °C**: Wasser dehnt sich beim weiteren Erwärmen aus, das Volumen nimmt zu. **Beim Gefrieren** (unter 0 °C) dehnt sich Wasser stark aus (ca. 9 %), weshalb Eis auf Wasser schwimmt. **Fazit:** Die Volumenänderung von Wasser ist nicht linear und hängt stark von der Temperatur ab, insbesondere im Bereich von 0 °C bis 4 °C.

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Die Volumenänderung von Öl bezieht sich meist auf die Ausdehnung oder das Zusammenziehen des Öls bei Temperaturänderungen. Wie bei den meisten Flüssigkeiten dehnt sich Öl... [mehr]

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Die Volumenänderung von Öl bezieht sich meist auf die Ausdehnung oder das Zusammenziehen des Öls bei Temperaturänderungen. Wie bei den meisten Flüssigkeiten dehnt sich Öl bei Erwärmung aus und zieht sich bei Abkühlung zusammen. Dies wird durch den sogenannten thermischen Ausdehnungskoeffizienten beschrieben. Für viele Mineralöle liegt der Volumenausdehnungskoeffizient (β) etwa bei 0,0007 bis 0,001 pro Kelvin (K⁻¹). Das bedeutet: Pro Grad Celsius Temperaturerhöhung vergrößert sich das Volumen um etwa 0,07–0,1 %. **Beispielrechnung:** Angenommen, du hast 100 Liter Öl bei 20 °C. Wenn sich die Temperatur auf 40 °C erhöht (also um 20 K), ergibt sich die Volumenänderung ΔV: ΔV = Ursprungsvolumen × β × Temperaturänderung ΔV = 100 l × 0,0007 K⁻¹ × 20 K = 1,4 l Das Ölvolumen würde sich also um etwa 1,4 Liter vergrößern. **Wichtig:** Der genaue Wert hängt von der Ölsorte ab. Für präzise Berechnungen solltest du die spezifischen Daten des verwendeten Öls heranziehen.

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Wachs zeigt eine besondere Volumenänderung beim Erwärmen und Abkühlen, insbesondere beim Phasenübergang von fest zu flüssig und umgekehrt: - **Beim Erwärmen (Schmelzen):... [mehr]

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Wachs zeigt eine besondere Volumenänderung beim Erwärmen und Abkühlen, insbesondere beim Phasenübergang von fest zu flüssig und umgekehrt: - **Beim Erwärmen (Schmelzen):** Wachs dehnt sich beim Erwärmen aus. Besonders auffällig ist, dass das Volumen beim Schmelzen sprunghaft zunimmt. Das bedeutet, flüssiges Wachs hat ein größeres Volumen als festes Wachs bei gleicher Masse. - **Beim Abkühlen (Erstarren):** Beim Abkühlen und Erstarren zieht sich Wachs wieder zusammen, das Volumen nimmt ab. Auch hier ist der Volumensprung beim Übergang von flüssig zu fest deutlich. **Praktische Bedeutung:** Diese Volumenänderung wird z.B. in Wachsthermometern oder als Schaltelement in Temperaturreglern genutzt. **Typische Werte:** Die Volumenänderung beim Schmelzen beträgt je nach Wachssorte etwa 10–15 %. Das ist deutlich mehr als bei vielen anderen Stoffen. **Fazit:** Wachs dehnt sich beim Schmelzen stark aus und zieht sich beim Erstarren wieder zusammen. Das ist eine wichtige Eigenschaft, die technisch genutzt wird.

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Beim Erhitzen von Olivenöl auf Temperaturen bis zu 350 °C, insbesondere bei langsamer Temperatursteigerung, laufen verschiedene thermische Zersetzungsprozesse ab. Olivenöl besteht haupts... [mehr]

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Beim Erhitzen von Olivenöl auf Temperaturen bis zu 350 °C, insbesondere bei langsamer Temperatursteigerung, laufen verschiedene thermische Zersetzungsprozesse ab. Olivenöl besteht hauptsächlich aus Triglyceriden, die wiederum aus Fettsäuren (vor allem Ölsäure, Linolsäure und Palmitinsäure) und Glycerin aufgebaut sind. Die wichtigsten Zersetzungsprodukte, die bei diesen hohen Temperaturen entstehen, sind: **1. Freie Fettsäuren:** Durch Hydrolyse und thermische Spaltung werden Triglyceride in freie Fettsäuren und Glycerin gespalten. **2. Glycerin und seine Zersetzungsprodukte:** Glycerin zerfällt bei hohen Temperaturen weiter zu Acrolein (ein stechend riechendes, reizendes Gas), Wasser und anderen kleinen Molekülen. **3. Kurzkettige Aldehyde und Ketone:** Durch Oxidation und Spaltung der Fettsäuren entstehen verschiedene Aldehyde (z. B. Hexanal, Nonanal, Acrolein), Ketone und Alkohole. **4. Kohlenwasserstoffe:** Bei weiterer Zersetzung entstehen gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe, darunter Alkene und Alkane. **5. Acrylsäure und andere Carbonsäuren:** Durch oxidative Prozesse können aus den Fettsäuren kleinere Carbonsäuren wie Acrylsäure, Propionsäure oder Essigsäure entstehen. **6. Polymerisationsprodukte:** Bei sehr hohen Temperaturen können sich Fettsäuren und deren Zersetzungsprodukte zu Polymeren verbinden, was zur Bildung von Lacken und festen Rückständen führt. **7. Rauch und Ruß:** Ab etwa 300 °C beginnt das Öl stark zu rauchen, wobei Rußpartikel und weitere thermische Zersetzungsprodukte entstehen. **8. Weitere toxische Verbindungen:** Neben Acrolein können auch andere gesundheitsschädliche Stoffe wie Benzol, Formaldehyd und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) entstehen. **Fazit:** Die wichtigsten Zersetzungsprodukte von Olivenöl bei langsamer Temperatursteigerung bis 350 °C sind freie Fettsäuren, Glycerin und dessen Zersetzungsprodukte (insbesondere Acrolein), verschiedene Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren, Kohlenwasserstoffe, Polymere, Rauch, Ruß und potenziell toxische Verbindungen wie PAK. Das Erhitzen von Olivenöl auf derart hohe Temperaturen ist aus gesundheitlicher Sicht nicht zu empfehlen, da viele dieser Zersetzungsprodukte gesundheitsschädlich sind.

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Alkohol (Ethanol) verdampft bei einer Temperatur von etwa 78,37 °C (bei Normaldruck, also 1 atm). Das bedeutet, bei dieser Temperatur beginnt Ethanol zu sieden und geht vom flüssigen in den g... [mehr]

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Alkohol (Ethanol) verdampft bei einer Temperatur von etwa 78,37 °C (bei Normaldruck, also 1 atm). Das bedeutet, bei dieser Temperatur beginnt Ethanol zu sieden und geht vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über. Allerdings kann Alkohol auch schon bei niedrigeren Temperaturen langsam verdunsten, da immer ein Teil der Moleküle genug Energie hat, um in die Gasphase überzugehen. Je höher die Temperatur, desto schneller verdampft Alkohol.

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Ein Polyurethanschlauch ist in der Regel für Temperaturen bis etwa 60–80 °C (manche Spezialtypen bis ca. 100 °C) ausgelegt. Wird er auf 150 °C erhitzt, treten folgende Verä... [mehr]

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Ein Polyurethanschlauch ist in der Regel für Temperaturen bis etwa 60–80 °C (manche Spezialtypen bis ca. 100 °C) ausgelegt. Wird er auf 150 °C erhitzt, treten folgende Veränderungen auf: 1. **Weichwerden und Verformung:** Polyurethan beginnt bei Temperaturen über seiner maximalen Einsatztemperatur stark zu erweichen. Der Schlauch verliert seine Formstabilität, kann sich verziehen oder zusammenfallen. 2. **Thermische Zersetzung:** Ab etwa 150 °C beginnt Polyurethan zu zersetzen. Es entstehen dabei Gase und Zersetzungsprodukte, die unangenehm riechen und gesundheitsschädlich sein können. 3. **Verlust der mechanischen Eigenschaften:** Der Schlauch wird spröde, rissig oder klebrig und verliert seine Flexibilität und Festigkeit. 4. **Verfärbung:** Es kann zu einer deutlichen Verfärbung (Vergilbung oder Bräunung) kommen. **Fazit:** Ein Polyurethanschlauch ist für 150 °C nicht geeignet. Er wird bei dieser Temperatur dauerhaft beschädigt und unbrauchbar. Für Anwendungen in diesem Temperaturbereich sollten hitzebeständigere Materialien wie Silikon oder PTFE verwendet werden.

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Um die Temperatur zu berechnen, ab der die Reaktion \[ 2 \mathrm{Al(OH)_3} \rightarrow \mathrm{Al_2O_3} + 3 \mathrm{H_2O} \] freiwillig (also spontan) abläuft, nutzt man die Gibbs-Helmholtz-Gle... [mehr]

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Um die Temperatur zu berechnen, ab der die Reaktion \[ 2 \mathrm{Al(OH)_3} \rightarrow \mathrm{Al_2O_3} + 3 \mathrm{H_2O} \] freiwillig (also spontan) abläuft, nutzt man die Gibbs-Helmholtz-Gleichung: \[ \Delta G = \Delta H - T \Delta S \] Die Reaktion läuft freiwillig ab, wenn \(\Delta G < 0\). Der kritische Punkt ist, wenn \(\Delta G = 0\): \[ 0 = \Delta H - T \Delta S \implies T = \frac{\Delta H}{\Delta S} \] **1. Standardbildungsenthalpien (\(\Delta H_f^\circ\)) und Standardentropien (\(S^\circ\)) nachschlagen:** | Verbindung | \(\Delta H_f^\circ\) [kJ/mol] | \(S^\circ\) [J/(mol·K)] | |--------------------|-------------------------------|-------------------------| | Al(OH)\(_3\) (s) | -1276 | 65 | | Al\(_2\)O\(_3\) (s)| -1676 | 51 | | H\(_2\)O (g) | -242 | 189 | **2. Reaktionsenthalpie (\(\Delta H\)) berechnen:** \[ \Delta H = [\Delta H_f^\circ(\mathrm{Al_2O_3}) + 3 \cdot \Delta H_f^\circ(\mathrm{H_2O})] - [2 \cdot \Delta H_f^\circ(\mathrm{Al(OH)_3})] \] \[ = [-1676 + 3 \cdot (-242)] - [2 \cdot (-1276)] \] \[ = [-1676 - 726] - [-2552] \] \[ = -2402 + 2552 = +150\, \text{kJ} \] **3. Reaktionsentropie (\(\Delta S\)) berechnen:** \[ \Delta S = [S^\circ(\mathrm{Al_2O_3}) + 3 \cdot S^\circ(\mathrm{H_2O})] - [2 \cdot S^\circ(\mathrm{Al(OH)_3})] \] \[ = [51 + 3 \cdot 189] - [2 \cdot 65] \] \[ = [51 + 567] - 130 \] \[ = 618 - 130 = 488\, \text{J/K} \] **4. Temperatur berechnen:** \[ T = \frac{\Delta H}{\Delta S} \] Achte auf die Einheiten: \(\Delta H = 150\,000\, \text{J}\), \(\Delta S = 488\, \text{J/K}\): \[ T = \frac{150\,000}{488} \approx 307\, \text{K} \] **Antwort:** Die Umwandlung von Al(OH)\(_3\) in Al\(_2\)O\(_3\) und H\(_2\)O läuft ab etwa **307 K** (ca. 34 °C) freiwillig ab. **Hinweis:** Die Werte können je nach Quelle leicht variieren. Für eine präzise Berechnung sollten die exakten Werte aus einer zuverlässigen Datenbank verwendet werden.

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Wenn eine kohlensäurehaltige Flüssigkeit (wie Mineralwasser oder Limonade) in einer geschlossenen Flasche unter Druck steht, bleibt das darin gelöste CO₂ (Kohlendioxid) in der Flüs... [mehr]

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Wenn eine kohlensäurehaltige Flüssigkeit (wie Mineralwasser oder Limonade) in einer geschlossenen Flasche unter Druck steht, bleibt das darin gelöste CO₂ (Kohlendioxid) in der Flüssigkeit gelöst. Die Flasche steht meist unter Überdruck, weil sich das CO₂ bei der Abfüllung unter Druck in der Flüssigkeit löst. Wird die Flasche geöffnet, fällt der Druck plötzlich auf den normalen Umgebungsdruck ab. Dadurch kann das CO₂ nicht mehr vollständig in der Flüssigkeit gelöst bleiben und beginnt, in Form von Gasblasen auszutreten. Dieser Prozess ist mit einer sogenannten "adiabatischen Entspannung" verbunden: Beim plötzlichen Druckabfall kühlt sich die Flüssigkeit ab, weil das ausgasende CO₂ Energie (Wärme) benötigt, um vom gelösten Zustand in den gasförmigen Zustand überzugehen (Verdampfungswärme). Wenn die Flüssigkeit bereits sehr nahe an ihrem Gefrierpunkt ist, kann diese plötzliche Abkühlung ausreichen, um sie spontan gefrieren zu lassen. Das Gefrieren geschieht dann oft schlagartig ("spontan"), weil die Flüssigkeit zuvor unterkühlt war – sie war also schon kälter als ihr Gefrierpunkt, ohne dass sich Eiskristalle gebildet hatten. Das Öffnen der Flasche und das Ausperlen des CO₂ sorgen für kleine Störungen (Keime), an denen das Wasser plötzlich gefriert. Zusammengefasst: Die spontane Gefrierung beim Öffnen einer kohlensäurehaltigen Flasche entsteht durch den plötzlichen Druckabfall, das Ausgasen des CO₂ (was die Flüssigkeit weiter abkühlt) und die Tatsache, dass die Flüssigkeit oft unterkühlt ist und durch die Erschütterung und das Ausgasen plötzlich gefriert.

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Der Schmelzpunkt von Butan liegt bei etwa -138,3 °C.

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Der Schmelzpunkt von Butan liegt bei etwa -138,3 °C.

Kategorie: Chemie Tags: Butan Schmelzpunkt Temperatur

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Der Schmelzpunkt von Ethanol liegt bei etwa -114,1 °C.

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Der Schmelzpunkt von Ethanol liegt bei etwa -114,1 °C.

Kategorie: Chemie Tags: Ethanol Schmelzpunkt Temperatur