Thermodynamik in der Chemie: Exotherme und Endotherme Reaktionen leicht erklärt

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Thea🪴

12.4.2021

Chemie

Chemische Energetik

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Chemie

Chemische reaktionen und ihre mechanismen

Vergleich von eigenschaften

Vergleich der eigenschaften von ausgangsstoffen und estern mithilfe eines einfachen strukturmodells

Thermodynamik in der Chemie: Exotherme und Endotherme Reaktionen leicht erklärt

Name: Knowunity
Brand: Knowunity

Die Thermodynamik Chemie untersucht Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen. Zentrale Konzepte sind exotherme und endotherme Reaktionen, der erste Hauptsatz der Thermodynamik und die Unterscheidung zwischen offenen und geschlossenen Systemen. Wichtige Größen sind die innere Energie, Reaktionsenergie, Reaktionswärme und Enthalpie. Die Energetik erklärt, wie Energie bei chemischen Prozessen aufgenommen oder abgegeben wird.

• Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet werden kann.
• Exotherme Reaktionen geben Energie an die Umgebung ab, endotherme Reaktionen nehmen Energie auf.
• In offenen Systemen findet Stoff- und Energieaustausch statt, in geschlossenen nur Energieaustausch.
• Die Änderung der inneren Energie entspricht der Summe aus Reaktionswärme und geleisteter Arbeit.
• Energiediagramme veranschaulichen den Energieverlauf von Reaktionen inklusive Aktivierungsenergie.

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12.4.2021

4562

Chemische Energetik/Thermodynamik
Definition
In der Energetik bzw. Thermodynamik bezeichnet einen festgelegten räumlichen Bereich, in dem si

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Innere Energie, Reaktionsenergie und Reaktionswärme

Die innere Energie U eines Systems ist eine zentrale Größe in der Thermodynamik Chemie, jedoch nicht direkt messbar. Stattdessen wird die Änderung der inneren Energie ΔU bei einer chemischen Reaktion betrachtet.

Definition: Die Änderung der inneren Energie ΔU, auch Reaktionsenergie genannt, ergibt sich aus der Differenz der inneren Energie nach und vor der Reaktion: ΔU = U₂ - U₁

Die bei einer Reaktion freigesetzte oder aufgenommene Energie wird als Reaktionswärme Q bezeichnet. Diese kann experimentell mit einem Kalorimeter gemessen werden.

Example: In einem Kalorimeter wird die bei einer chemischen Reaktion freiwerdende Energie an das umgebende Wasser übertragen und der Temperaturunterschied gemessen.

Am Beispiel der Reaktion von Zink mit Salzsäure zu Zinkchlorid und Wasserstoff lässt sich der Unterschied zwischen geschlossenen und offenen Systemen verdeutlichen:

In einem geschlossenen System: Die messbare Reaktionsenergie bei konstantem Volumen beträgt -156,5 kJ.
In einem offenen System: Die messbare Reaktionsenergie bei konstantem Druck beträgt -154 kJ.

Highlight: Die Reaktionsenergie ΔU ist in beiden Fällen gleich, aber bei konstantem Druck wird weniger Wärme abgegeben, da ein Teil der Energie in Volumenarbeit umgewandelt wird.

Bei konstantem Volumen wird die gesamte Reaktionsenergie in Wärme umgewandelt, sodass Reaktionsenergie und Reaktionswärme gleich sind. Bei konstantem Druck muss die Volumenarbeit W berücksichtigt werden.

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Enthalpie und Energiediagramme

In der Thermodynamik Chemie spielt die Enthalpie H eine wichtige Rolle, insbesondere bei Reaktionen unter konstantem Druck in offenen Systemen.

Definition: Die Enthalpie H ist eine definierte Größe, die energetische Berechnungen bei konstantem Druck vereinfacht. Bei Reaktionen unter konstantem Druck ist die Reaktionswärme gleich der Reaktionsenthalpie ΔH.

Für die Beziehung zwischen innerer Energie, Reaktionswärme und Volumenarbeit gelten folgende Formeln:

ΔU = Q + W $Änderung der inneren Energie = Reaktionswärme + Volumenarbeit$
ΔU = Q - p·ΔV
Q = ΔU + p·ΔV
W = -p·ΔV

Highlight: Bei einer Reaktion mit Volumenzunahme hat die Volumenarbeit einen negativen Wert, das System verrichtet Arbeit an der Umgebung. Bei einer Volumenabnahme ist es umgekehrt.

Energiediagramme veranschaulichen den Energieverlauf von exothermen und endothermen Reaktionen:

Example:

Bei einer exothermen Reaktion liegt die Energie der Endstoffe unter der der Ausgangsstoffe, Energie wird freigesetzt.

Bei einer endothermen Reaktion liegt die Energie der Endstoffe über der der Ausgangsstoffe, Energie wird benötigt.

Die Energiediagramme berücksichtigen auch die Aktivierungsenergie EA, die überwunden werden muss, damit eine Reaktion stattfindet.

Vocabulary: Die Aktivierungsenergie EA ist die Energiebarriere, die überwunden werden muss, damit eine chemische Reaktion ablaufen kann.

Diese Konzepte der Energetik Mensch helfen, chemische Reaktionen und ihre energetischen Aspekte besser zu verstehen und zu quantifizieren.

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Philipp, iOS User

Die App ist sehr einfach und gut gestaltet. Bis jetzt habe ich immer alles gefunden, was ich gesucht habe :D

Lena, iOS Userin

Ich liebe diese App ❤️, ich benutze sie eigentlich immer, wenn ich lerne.

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Innere Energie, Reaktionsenergie und Reaktionswärme

Definition: Die Änderung der inneren Energie ΔU, auch Reaktionsenergie genannt, ergibt sich aus der Differenz der inneren Energie nach und vor der Reaktion: ΔU = U₂ - U₁

Die bei einer Reaktion freigesetzte oder aufgenommene Energie wird als Reaktionswärme Q bezeichnet. Diese kann experimentell mit einem Kalorimeter gemessen werden.

Example: In einem Kalorimeter wird die bei einer chemischen Reaktion freiwerdende Energie an das umgebende Wasser übertragen und der Temperaturunterschied gemessen.

Am Beispiel der Reaktion von Zink mit Salzsäure zu Zinkchlorid und Wasserstoff lässt sich der Unterschied zwischen geschlossenen und offenen Systemen verdeutlichen:

In einem geschlossenen System: Die messbare Reaktionsenergie bei konstantem Volumen beträgt -156,5 kJ.
In einem offenen System: Die messbare Reaktionsenergie bei konstantem Druck beträgt -154 kJ.

Highlight: Die Reaktionsenergie ΔU ist in beiden Fällen gleich, aber bei konstantem Druck wird weniger Wärme abgegeben, da ein Teil der Energie in Volumenarbeit umgewandelt wird.

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Enthalpie und Energiediagramme

In der Thermodynamik Chemie spielt die Enthalpie H eine wichtige Rolle, insbesondere bei Reaktionen unter konstantem Druck in offenen Systemen.

Definition: Die Enthalpie H ist eine definierte Größe, die energetische Berechnungen bei konstantem Druck vereinfacht. Bei Reaktionen unter konstantem Druck ist die Reaktionswärme gleich der Reaktionsenthalpie ΔH.

Für die Beziehung zwischen innerer Energie, Reaktionswärme und Volumenarbeit gelten folgende Formeln:

ΔU = Q + W $Änderung der inneren Energie = Reaktionswärme + Volumenarbeit$
ΔU = Q - p·ΔV
Q = ΔU + p·ΔV
W = -p·ΔV

Highlight: Bei einer Reaktion mit Volumenzunahme hat die Volumenarbeit einen negativen Wert, das System verrichtet Arbeit an der Umgebung. Bei einer Volumenabnahme ist es umgekehrt.

Energiediagramme veranschaulichen den Energieverlauf von exothermen und endothermen Reaktionen:

Example:

Bei einer exothermen Reaktion liegt die Energie der Endstoffe unter der der Ausgangsstoffe, Energie wird freigesetzt.

Bei einer endothermen Reaktion liegt die Energie der Endstoffe über der der Ausgangsstoffe, Energie wird benötigt.

Die Energiediagramme berücksichtigen auch die Aktivierungsenergie EA, die überwunden werden muss, damit eine Reaktion stattfindet.

Vocabulary: Die Aktivierungsenergie EA ist die Energiebarriere, die überwunden werden muss, damit eine chemische Reaktion ablaufen kann.

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Grundlagen der chemischen Energetik und Thermodynamik

Die Thermodynamik Chemie befasst sich mit der Untersuchung von Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen. Ein zentrales Konzept ist die Definition eines Systems als räumlich abgegrenzten Bereich, in dem Reaktionen stattfinden können.

Definition: Ein System in der Thermodynamik ist ein festgelegter räumlicher Bereich, in dem sich Stoffe befinden und Reaktionen ablaufen können.

Die Eigenschaften eines Systems werden durch Zustandsgrößen wie Druck, Temperatur, Masse und Volumen beschrieben. Eine besonders wichtige Zustandsgröße ist die innere Energie U des Systems.

Highlight: Die innere Energie U ist eine fundamentale Zustandsgröße in der Thermodynamik.

Ein Kernkonzept der Energetik sind exotherme und endotherme Reaktionen:

Definition:

Exotherme Reaktionen geben Energie in Form von Wärme an die Umgebung ab. Die innere Energie des Systems nimmt ab.

Endotherme Reaktionen nehmen Energie in Form von Wärme aus der Umgebung auf. Die innere Energie des Systems nimmt zu.

Die Thermodynamik unterscheidet verschiedene Arten von Systemen:

Offene Systeme: Ermöglichen Stoff- und Energieaustausch mit der Umgebung.
Geschlossene Systeme: Erlauben nur Energieaustausch, aber keinen Stoffaustausch.
Isolierte Systeme: Verhindern jeglichen Stoff- oder Energieaustausch.

Highlight: Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik, auch bekannt als Energieerhaltungssatz, besagt, dass Energie weder erschaffen noch vernichtet werden kann. Die Gesamtenergie eines Systems und seiner Umgebung bleibt konstant.

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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

Stefan S

iOS user

Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.

Samantha Klich

Android user

Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.

Anna

iOS user

Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

iOS user

Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!

Lena M

Android user

Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️

Timo S

iOS user

Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!

Sudenaz Ocak

Android user

Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

Android user

Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

Android user

Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

Marcus B

iOS user

Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

Android user

Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

iOS user

Stefan S

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Samantha Klich

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Anna

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Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

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Lena M

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Timo S

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Sudenaz Ocak

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Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

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Julia S

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Marcus B

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Sarah L

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Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

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Ich liebe diese App so sehr, ich benutze sie auch täglich. Ich empfehle Knowunity jedem!! Ich bin damit von einer 4 auf eine 1 gekommen :D

Die App ist sehr einfach und gut gestaltet. Bis jetzt habe ich immer alles gefunden, was ich gesucht habe :D

Ich liebe diese App ❤️, ich benutze sie eigentlich immer, wenn ich lerne.

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