Big Bang HTL 2, Schulbuch

78 Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) 5.9 In welche Richtung geht’s? Freiwilligkeit von Reaktionen Im letzten Kapitel der chemischen Reaktion geht es darum, wie man bestimmen kann, ob eine Reaktion „freiwillig“, „von allein“ bzw. „spontan“ abläuft oder nicht. Dazu muss man vieles von vorherigen Kapiteln wissen und zu einer einzigen Gleichung zusammenführen, also wiederhole noch- mal gut! In diesem Kapitel geht es also um Freiwilligkeit oder Spon- tanität. Zuerst sollten wir diesen Begriff chemisch definie- ren: Eine Reaktion verläuft dann freiwillig, wenn sie – nach einem ev. Zuführen der Aktivierungsenergie – von alleine weiterläuft, ohne dass man weitere Energie zuführen muss. Solche Reaktionen heißen exergone Reaktionen. Reaktionen dagegen, in die man ständig Energie hinein- stecken muss, damit sie überhaupt laufen, heißen endergon oder „nicht freiwillig“. Eine reversible Reaktion kann nur in eine Richtung freiwillig verlaufen, in die Gegenrichtung verläuft sie unfreiwillig. Z. B. bei H 2 O 2 erfolgt nur die Zersetzung in H 2 O und O 2 freiwillig (exergon), zur Bildung von H 2 O 2 muss man ständig Energie zuführen (endergon) ( F39 ). Im Rückblick auf Kap. 5.1 und auch aus den Erfahrungen im Alltag weiß man, dass exotherme Reaktionen eher dazu neigen, freiwillig = exergon zu verlaufen. Es gibt aber auch exergone Reaktionen, die endotherm sind, also unter Energieaufnahme verlaufen. Das merkt man dann z. B. an einer Abkühlung des Reaktionsgefäßes. Es muss also noch mind. einen Faktor geben, der Einfluss auf die Freiwilligkeit von Reaktionen hat (siehe Versuch 5.8). Was ist die Entropie? Was gibt sie an? Lies nach in Band 1, Kap. 9.6. Was ist die Aktivierungsenergie? Siehe Kap. 5.2. Was passiert „von allein“? Die Zersetzung von Wasser- stoffperoxid in H 2 O und O 2 oder die Bildung von Wasserstoffperoxid aus Wasser und Sauerstoff? Was kann an einer chemischen Reaktion „unordent- lich“ sein? F37 F38 F39 F40 Dieser Faktor heißt Entropie S . Die Entropie ist ein Maß für die Unordnung eines Systems. Je größer die Unordnung, desto größer der Wert der Entropie ( F37 ). Wie kann bei einer chemischen Reaktion Unordnung größer oder kleiner werden? Nun hauptsächlich durch einen Wechsel der Aggregatzu- stände! Während in Feststoffkristallen ein hohes Maß an Ordnung herrscht, nimmt der Grad der Ordnung beim Über- gang in den flüssigen und erst recht beim Übergang in den gasförmigen Zustand immer mehr ab. Dadurch nimmt gleichzeitig der Wert der Entropie zu, es wird unordentlicher ( F40 ). Reaktionen laufen umso eher freiwillig ab, je mehr der Wert der Entropie steigt. Durch die Aggregatzustände spielt natürlich auch die Tem- peratur von Reaktionen bei der Beurteilung der Freiwilllig- keit eine Rolle. Alle diese Punkte (Enthalpieänderung, Entropieänderung, Temperatur), gipfeln nun in einer einfachen Gleichung, der Gibbs-Helmholtz-Gleichung: D G = D H – T · D S D G … Gibbs-Energie D H … Enthalpieänderung der Reaktion T … Temperatur D S … Entropieänderung D G > 0: bedeutet: die Reaktion verläuft endergon, man muss also ständig Energie zuführen D G < 0 bedeutet: die Reaktion verläuft exergon, also frei- willig, man muss entweder gar keine Energie zuführen, oder nur die Aktivierungsenergie. V 5.8 L Schwamm heben Geräte Becherglas 250ml, Schwamm, Glasstab, Bariumhydroxid- Octahydrat (Ba(OH) 2 · 8H 2 O ), Ammoniumthiocyanat (NH 4 SCN) Durchführung: Becherglas auf einen feuchten Schwamm stellen, 15g Bariumhydroxid-Octahydrat und 5g Ammoniumthiocyanat abwägen und ins Becherglas geben. Mit dem Glasstab um- rühren. Becherglas hochheben! Aufgabe: Was hat der Versuch mit „spontan“ und „endotherm“ zu tun? Was entsteht bei dem Versuch (Geruch!)? Lies den letzten Absatz des Kapitels und gib an, wodurch bei diesem Versuch die Entropie ansteigt! e Nur z Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv