Osmose Gase, Flüssigkeiten, Feste Stoffe. Inhalt Osmose Die Pfeffersche Zelle Vant Hoffsches...
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Osmose
Gase, Flüssigkeiten, Feste Stoffe
Inhalt
• Osmose
• Die Pfeffersche Zelle
• Van’t Hoffsches Gesetz
Diffusion
Gleichverteilung beider Komponenten maximiert die Entropie
Die treibende Kraft für die Diffusion ist die Wärmebewegung
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
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
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.
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 , ,
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
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)
Umkehrosmose zur Wassergewinnung in kleinen Schiffen
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
Groß Anlagen zur Meerwasser Entsalzung
• Quelle: http://www.hydrology.uni-kiel.de/lehre/seminar/ws04-05/frerk_meerwasserentsalzung.pdf
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
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
finis
Lösungsmittel
Lösung
Kapillare
Semipermeable Membran