Physikalische Chemie I Ubung 6¨ FS 2008
Ubung 6 ¨
Ausgabe: Montag, 07.04.2008 Abgabe: Montag, 14.04.2008
Aufgabe 1: Entropie
a) Berechnen Sie die Entropie¨anderung bei der reversiblen isothermen Expansion von 1 mol eines idealen Gases vom Volumen bei 1 bar und 273 K auf das Volumen bei 0.1 bar und 273 K.
b) Berechnen Sie die Entropie¨anderung bei der reversiblen adiabatischen Expansion unter gleichen Bedingungen wie oben.
c) Berechnen Sie die Entropie¨anderung, wenn zwischen 100 g Ar in einem Gasbeh¨alter von 100 dm3 bei anf¨anglich 1000 K und 100 g He in 200 dm3 bei 300 K ein Temperaturausgleich stattfindet. (Sie d¨urfen die W¨armekapazit¨at der W¨ande vernachl¨assigen. Zur Erinnerung:
cV = 32R f¨ur ideale einatomige Gase).
d) Berechnen Sie die Mischungsentropie f¨ur 1000 m3 Luft bei 290 K und 1 bar. Zusammenset- zung der Luft : xN2 = 0.7808, xO2 = 0.2095, xAr = 0.0094, xCO2 = 0.0003.
Aufgabe 2: Entropie¨ anderung in spontanen Schmelzprozessen
Ein 18 g schwerer Eisw¨urfel mit T = 273.15 K soll auf drei verschiedene Arten geschmolzen werden. Bestimmen Sie die Entropie¨anderung in System (=Eisw¨urfel) und Umgebung, sowie die totale Entropiezunahme. Welche Idealisierungen nehmen Sie f¨ur die Umgebung an?
a) Der Eisw¨urfel wird in einem See beiT = 273.15 K geschmolzen.
b) Der Eisw¨urfel wird in einem See beiT = 283.15 K geschmolzen.
c) Der Eisw¨urfel wird in einem w¨armeisolierenden Gef¨ass bei konstantem Druck mit 90 g Wasser bei T = 343.15 K geschmolzen.
Die Schmelzw¨arme von Eis betr¨agt ∆fusH = 6.01 kJ mol−1 bei einer Temperatur von 0◦C und einem Druck von 1 bar. Die molare W¨armekapazit¨at von Wasser betr¨agt bei konstantem Druck cp = 75.33 J K−1mol−1 und darf in den untersuchten Temperaturbereichen als konstant ange- nommen werden.
Aufgabe 3: Entropie und Unordnung
Entropie und Unordnung sind voneinander abh¨angig, wobei einer Zunahme der Entropie eine Zunahme der Unordnung entspricht. In der Regel kann man behaupten, dass Festk¨orper eine h¨ohere Ordnung aufweisen als Fl¨ussigkeiten, welche ihrerseits eine h¨ohere Ordnung aufweisen als Gase. Zudem gilt, dass Mischungen durch mehr Unordnung charakterisiert sind als reine Stoffe.
Wie erkl¨aren Sie sich unter diesen Gesichtspunkten die Tatsache, dass a) Wasser in hinreichend kalten N¨achten gefriert?
b) sich Wasser und Benzol bei Raumtemperatur kaum mischen?
Geben Sie eine qualitative Erkl¨arung. Welche zus¨atzlichen Angaben w¨urden Sie ben¨otigen, um eine quantitative Erkl¨arung angeben zu k¨onnen?
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