WikiDer > Komponente (Chemie)

EIN Komponente ist in der Chemie eine Einheit von Molekülen, die einen Teil von a . bilden thermodynamisches System. Ein System wird so in Komponenten unterteilt, dass die Anzahl der Komponenten möglichst gering ist, die chemische Zusammensetzung des Systems jedoch vollständig beschrieben wird.^[1] Ein System kann Lösung bestehen aus mehreren Komponenten, bestehen aber auch aus unterschiedlichen Phasen (Flüssigkeit, Fest oder gasförmig), die alle aus einer oder mehreren Komponenten bestehen können. Dabei kann eine bestimmte Komponente in mehreren Phasen auftreten.

Anzahl der Komponenten in einem System

Die Anzahl der Komponenten in einem System ist gleich der Anzahl Chemikalien abzüglich der Zahl Reaktionen zwischen diesen Stoffen abzüglich der Anzahl der Beschränkungen. Ein Beispiel für eine Einschränkung ist beispielsweise ein Unterschied in Oxidationszustand zwischen den Substanzen auf beiden Seiten der Reaktion. In die Anzahl der Reaktionen werden nur Reaktionen aufgenommen, die tatsächlich ablaufen, nicht mögliche Reaktionen, die unter anderen Bedingungen (Druck, Temperatur) ablaufen.

In einem flüssigen System Wasser (H₂O), auch die geladenen Teilchen (Ionen) Hydronium (H₃Ö) und Hydroxid (OH⁻). Die drei Teilchenarten befinden sich im Gleichgewicht, was durch folgende Reaktion beschrieben wird:

${displaystyle mathrm {2 H_{2}O ightleftharpoons H_{3}O^{ } OH^{-}!} }$

In diesem System sind drei Chemikalien vorhanden; es gibt eine Reaktion und es gibt eine Einschränkung (eine Ladungsdifferenz). Daher gibt es in diesem System nur eine Komponente (3 - 1 - 1 = 1).

Komponenteneigenschaften

Diagramm, das das Volumen einer Lösung aus den Komponenten Wasser (H₂O) und Ethanol (C₂huh₅OH) zeigt sich bei unterschiedlichen Stoffmengenanteilen. Das Gesamtvolumen nimmt ab, wenn Wasser und Ethanol gemischt werden.

Das Menge an Staub in einem System kann sie neben chemischen Stoffen oder Phasen auch in Komponenten ausgedrückt werden. Die Menge einer bestimmten Komponente (die Konzentration) wird in diesem Fall ausgedrückt in Molenbruch X. Der Molenbruch der Komponente A in einem System mit den Komponenten A, B und C ist die Menge von A geteilt durch die Menge aller Komponenten zusammen:

${displaystyle X_{A}={frac {n_{A}}{sum _{n}}}={frac {n_{A}}{n_{A} n_{B} n_{C}}}}$

Darin ist n_ein die relative Menge der Komponente A, n_B die relative Menge der Komponente B und n_C die relative Menge der Komponente C.^[2]

Die Eigenschaften einer Komponente werden als partielle molare Eigenschaften bezeichnet. Diese Eigenschaften können von den Eigenschaften der reinen Komponente unter normale Bedingungen.

Wenn mehrere Komponenten eine Lösung bilden, wird jede Komponente Volumen zur Lösung beitragen. Die Wechselwirkung der Partikel auf atomarer Skala sorgt jedoch dafür, dass das Volumen des Ganzen fast immer kleiner ist als das Gesamtvolumen der Komponenten. Mit anderen Worten, wenn die Komponenten gemischt werden, nimmt das Volumen ab. Es partielles molares Volumen ist der relative Anteil jeder Komponente am Gesamtvolumen. Dies ist fast immer weniger als das Volumen des Bauteils im reinen Zustand unter normale Bedingungen. Die molaren Teilvolumina aller Komponenten zusammen sind gleich dem Gesamtvolumen:

${displaystyle V_{m {Lösung}}=Summe _{i}v_{i}=v_{A} v_{B} v_{C} cdots }$

Darin V. ist_Lösung das Gesamtvolumen der Lösung, ich de Index der Komponenten und v_ich das partielle Molvolumen der Komponente i.

Auf die gleiche Weise Gibbs freie Energie in einem System sind nicht nur eine Summe der Gibbs-Energien der Komponenten im reinen Zustand, sondern hängen von den Stoffmengenanteilen ab. Bestimmte Anteile der Komponenten sind günstig (sie haben eine relativ niedrige Gibbs'sche freie Energie), andere weniger. Der Anteil jeder Komponente an der freien Gibbs-Energie wird als bezeichnet Chemisches Potential des Bauteils. Das chemische Potential gibt den Einfluss von a unendlich klein kleine Änderung des Stoffmengenanteils der Komponente an der Gibbs'schen freien Energie im System (wenn die andere intensive Variablen wie Temperatur und Druck bleibt gleich):

${displaystyle mu _{i}=left({frac {partial G}{partial X_{i}}}ight)_{T,P,chi _{j},jeq i}}$

Wo μμ_ich steht für das chemische Potential der Komponente i, G für die Gibbssche freie Energie und χ_ich für den Molenbruch der Komponente i. Die Begriffe hinter den Klammern geben an, welche intensiven Variablen gleich bleiben sollen: Temperatur (T), Druck (P) und der Stoffmengenanteil anderer Komponenten (χ_ja, du ${displaystyle eq }$ ich).^[3] Die chemischen Potenziale von Komponenten sind wichtige Eigenschaften in der Thermodynamik, denn sie bestimmen zusammen mit Temperatur- und Druckänderungen, wie sich die freie Energie der Gibbs in einem System ändert und damit in welche Richtung ein Prozess spontan wird ablaufen:

${displaystyle dG=VdP-SdT-Summe _{i}mu _{i}dchi _{i}}$,

wobei G die freie Gibbs-Energie ist, V die Volumen des Systems, dP die Druckänderung, S die Entropie, dT die Temperaturänderung, μμ_ich das chemische Potential der Komponente i und dχ_ich die Änderung des Molenbruchs der Komponente i.^[4] Das wird der Grundgleichung der Thermodynamik erwähnt.

Einfluss der Anzahl der Komponenten

Generell gilt: Je mehr Komponenten ein System besteht, desto größer ist die Anzahl der Freiheitsgradef vom System.

Die Anzahl der Freiheitsgrade hängt auch von der Anzahl der Phasenp Im System. Das Verhältnis zwischen der Anzahl der Komponenten c, die Anzahl der Phasen und die Anzahl der Freiheitsgrade wird beschrieben durch die Phasenregel:

${Anzeigestil f=2 c-p}$

Diese Regel gilt nur, wenn ein System in Balance und es wird angenommen, dass dieses Gleichgewicht nur von abhängt intensive Variablen wie Temperatur, Druck und die Konzentrationen von Komponenten in den verschiedenen Phasen.