EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Reaktionsenthalpie – Exotherm – Endotherm – Standardbildungsenthalpie 3.4 Thermochemie 78 78 Thermochemie behandelt den Umsatz von Energie im Zuge einer chemischen Reaktion. Außerdem wird die Frage beantwortet, welche Reaktionen überhaupt möglich sind und unter welchen Bedingungen sie ablaufen können. Ohne Berücksichtigung des Zeitfaktors werden Größen besprochen, die für den Ablauf einer Reaktion maßgeblich sind. Die Reaktionsenthalpie ∆ H R Jede chemische Verbindung besitzt eine bestimmte innere Energie . Durch Reakti- on entstehen neue Stoffe mit einer anderen inneren Energie. Den Energieumsatz bei konstantem Druck nennt man Reaktionsenthalpie ∆ H R . Sie ist als Differenz (Symbol ∆) der Summe (Symbol ∑) aller Enthalpien der Pro- dukte und der Summe aller Enthalpien der Edukte festgelegt. ∆ H R = ∑ H Produkte – ∑ H Edukte exotherm – endotherm Besitzen die Produkte einen geringeren Energieinhalt als die Edukte, so wird die Energiedifferenz in Form von Wärme oder anderer Energieformen (Licht, elektri- sche Energie, etc.) an die Umgebung abgegeben. Solche Reaktionen nennt man exotherm – die Reaktionsenthalpie besitzt ein negatives Vorzeichen. Sind die Produkte energetisch höher liegend, muss die Energiedifferenz aus der Umgebung aufgebracht werden. Man spricht von endothermen Reaktionen – die Reaktionsenthalpie ist positiv. Reaktionsenthalpien hängen von den Bedingungen ab, bei denen sie gemessen werden. Daher wurden Standardbedingungen, gekennzeichnet mit ∅ festgelegt. (Abb. 78–1) Standardbildungsenthalpie ∆H f ∅ Einzelenthalpien H sind nicht messbar. Es wird daher ein Bezugszustand gewählt: Die Bildungsenthalpie ∆ H f ∅ (f … engl. formation) von Elementen bei Standard- bedingungen in ihrer energieärmsten Form wurde gleich null gesetzt. Durch Bestimmung der Reaktionsenthalpien, die bei der Bildung einer Verbin- dung aus den Elementen entsteht, erhält man die Standardbildungsenthalpie ∆ H f ∅ einer Verbindung (meist kurz Bildungsenthalpie genannt). Die Standardbildungsenthalpie ∆ H f ∅ bezieht sich immer auf 1 Mol der gebildeten Verbindung und besitzt daher die Einheit kJ/mol. H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) → H 2 O(l) ∆ H R ∅ = ∆ H f ∅ = –285,8 kJ/mol Tabelle Seite 316 zeigt die Standardbildungsenthalpien ∆ H f ∅ einiger Stoffe. Berechnung von Reaktionsenthalpien ∆H R ∅ ∆ H R ∅ = ∑∆ H f ∅ Produkte – ∑∆ H f ∅ Edukte Beachte: Die Bildungsenthalpien der einzelnen Stoffe müssen immer mit den stö- chiometrischen Faktoren multipliziert werden. Beispiel C + CO 2 → 2 CO ∆ H R ∅ = ∑∆ H f ∅ Produkte – ∑∆ H f ∅ Edukte ∆ H R ∅ = 2 · ∆ H f ∅ (CO) – [∆ H f ∅ (C) + ∆ H f ∅ (CO 2 )] ∆ H R ∅ = 2 · (– 110,5) – (0) – (– 393,5) = 172,5 kJ ⇒ endotherme Reaktion Standardbedingungen Temperatur: T ∅ = 298 K Druck: p ∅ = 1 bar Konzentration: c ∅ = 1 mol/L Abb. 078–1: Standardbedingungen Berechne die Reaktionsenthalpie ∆ H ∅ R für die folgenden Reaktionen und interpretiere das Ergebnis: 1. Erdgasspaltung von Methan mit Wasser- dampf CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2 2. Bildung von Hydrogenchlorid (alt: Chlor- wasserstoff) aus den Elementen H 2 (g) + Cl 2(g) → 2 HCl (g) 3. Zersetzung von Distickstoffpentoxid 2 N 2 O 5 (s) → 4 NO 2(g) + O 2(g) Üb Übungen 78.1 bis 78.3 Kalorimeter Bei der Verbrennung der Probe wird die Wärmemenge Q frei, die das um- gebende Wasser erwärmt. Die spezi- fische Wärmekapazität von Wasser beträgt 4,2 J/K • g. Anhand des Tem- peraturanstieges und der Masse des Wassers kann man die freigesetzte Wärmemenge Q berechnen. Substanz Wasser Thermometer Probenhalterung Zündstromleitung Sauerstoffzuleitung Rührer Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv