osmose gase, flüssigkeiten, feste stoffe. inhalt osmose die pfeffersche zelle vant hoffsches gesetz
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Osmose
Gase, Flüssigkeiten, Feste Stoffe
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Inhalt
• Osmose
• Die Pfeffersche Zelle
• Van’t Hoffsches Gesetz
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Diffusion
Gleichverteilung beider Komponenten maximiert die Entropie
Die treibende Kraft für die Diffusion ist die Wärmebewegung
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Diffusion bei der Osmose nur in einer Richtung
1 1/sDer Teilchenfluss durch die Fläche A ist proportional zum Konzentrationsgradienten
1 1/m Konzentrationsgradient
D1
1/(m·s)Diffusionskonstante
dx
dnAD
dt
dN
dx
dn
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Osmose
Lösungsmittel
Lösung
Kapillare
Semipermeable Membran
Bei dünner Kapillare bleibt die Konzentration während des Anstiegs des osmotischen Drucks, d. h. der Höhe der Säule, praktisch konstant
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Die Pfeffersche Zelle
Lösungsmittel
Lösung
Kapillare
Semipermeable Membran
Wilhelm Pfeffer (9.3.1845-31.1.1920), ursprünglich Apotheker, lehrte als Professor für Botanik in Bonn, Basel und 1878-1887 in Tübingen. Er führte, neben wesentlichen pflanzenphysiologischen Forschungen, grundlegende osmotische Untersuchungen durch.
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Formel Anmerkung
Van’t Hoffsches Gesetz
Osmotischer Druck
Anzahl der im Volumen V der Lösung befindlichen Mol des gelösten Stoffes
Volumen der Lösung, allgemeine Gaskonstante und Temperatur in K
Van’t Hoffsches Gesetz
TRV Stoff
Stoff
TRV , ,
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Steighöhe und osmotischer Druck in der Pfefferschen Zelle
hgLsg
hgLsg
Formel Anmerkung
Osmotischer Druck in der Pfefferschen Zelle
Steighöhe in der Kapillare
Spezifisches Gewicht der Lösung
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Versuch: Die Pfeffersche Zelle
• Wasser diffundiert osmotisch durch eine semipermeable Wand in eine Zuckerlösung, – Der Anstieg der Lösungssäule in der Kapillare
zeigt den steigenden Druck • Der hydrostatische Druck steigt, trotz
nahezu konstanten Gesamt-Volumens der Lösung (Hydrostatisches Paradoxon)
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Umkehrosmose zur Wassergewinnung in kleinen Schiffen
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Umkehrosmose• Anwendung: Salzwasser wird unter
Druck bis zu 60 bar durch eine halbdurchlässige (semipermeable) Membran gepresst und dabei fast zu 100 Prozent entsalzt– Anlagen für Yachten mit 12-Volt-
Bordspannung erzeugen etwa 20 Liter Trinkwasser je Stunde
Energieverbrauch je Tonne Frischwasser:• Umkehrosmose ca. 2 kWh• Mehrstufige Verdampfer-
Entsalzungsanlage ca. 100 kWh • Verdampfung ohne Wärme-
Rückgewinnung ca. 600 kWh
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Groß Anlagen zur Meerwasser Entsalzung
• Quelle: http://www.hydrology.uni-kiel.de/lehre/seminar/ws04-05/frerk_meerwasserentsalzung.pdf
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Mehrstufige Meerwasserentsalzung
• Eine mehrstufige Verdampfungsanlage benötigt - durch Nutzung der „Abwärme“ der bei höherer Temperatur arbeitenden Stufen- nur etwa 120 kWh pro Tonne entsalztes Wasser
Quelle: www.hydrology.uni-kiel.de/lehre/seminar/ws04-05/frerk_meerwasserentsalzung.pdf
Erwärmung des Wassers auf 115° CDie unterschiedlichen Drucke werden mit Kompressoren
eingestellt
„Süßwasser“
Das einfließende Meerwasser kühlt den
Wärmetauscher, an dem der „Meer“-Wasserdampf
kondensiert
Das in den Wärmetauschern
vorgewärmte Meerwasser wird auf
115°C erhitzt
Das überhitzte Meerwasser verdampft in
der ersten Stufe unter Überduck
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Zusammenfassung
• Osmose: Diffusion von Teilchen des Lösungsmittels zur Lösung, dabei baut sich der osmotische Druck auf– π·V = ν·R·T [J] van’t Hoffsche Gleichung– π [Pa] osmotischer Druck– V [m3] Volumen der Lösung– ν [mol] Anzahl der im Volumen V der Lösung
befindlichen Mol des gelösten Stoffes– R [J/(mol·K)] allgemeine Gaskonstante– T [K] Temperatur in K
• Umkehrosmose: Mit mechanischer Energie wird die Lösung durch eine semipermeable Membran gedrückt um den gelösten Stoff vom Lösungsmittel zu trennen– Anwendung: Meerwassersalzung
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finis
Lösungsmittel
Lösung
Kapillare
Semipermeable Membran