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Enthalpien. Messgrepen: Grundaufbau: Thermometer Deckel Wasser bolation re in C ablaufende Reaktion Rührer Cum Temperatur- Schichtungen zu vermeiden) Glasstal 20. einfache Kalorimeter gleichung (wenn gesamte Energie aufs Wasser (nicht auf Valarinets) übertragen wird) Q = Cw•mw• AT: T₁ Temperatur vor der Reaktion T₂ Temperatur nach der Reaktion mw = Masse des Wassers extrapolierter 7 wert für Maximaltemperatur Tabellenwert: (w = spezifische Wärme kapazität des Wassers (₁=4₁ 19 J=5²₁²₁ K-1 4, Jag Arit = ±Q Artm = korrektur der Kalorimetrie-Ergebnisse 1.) graphische Ermittlung der End temperatur Arlt Flächen müssen sechgroß sein - molare Reaktionsenthalpie (y.mol-1 oder kjo mal^^) Ausgangpgerade 2.) Einbezug der Wärmekapazität des Kalorimeters Q=Qw+ Qk · vom Kalorimeter aufgenommene wärme vom Wasser aufgenommene Wärme Abkühlungsgerade --> Q = Cw• Mw₁AT+ # Q = ((w²mw+C₂) > AT Kalorimetergleichung Arten von Enthalpien Art Reaktionsenthalpie : bezogen auf beliebige chem. Spea. Wärmekapazität des ilalarimeters Masse des Valorimeters 1 Скотк I · AT Reaktion, bezieht sich auf Formelumsatz C₂ = wärmekapazität des Valerimeters Dexperimentell bestimmber; m₁ = 100g 1₂0/ 2=20°C m₂ = 100g H₂0 * *૦% aufgrund Energieerhaltunpoatz.. iz - Im Dm-Des C₁ = (wom₂ • -CWMA Acit Verbrennungsenthalpie: ce=combustion, bezieht sich auf verdbrannten Stoff 4&It Bildungsenthalpie : f= formation, bezieht sich auf die Bildung eines stoffes aus den Elementer ASH Schmelzenthalpie: bei Aggregate Bustandsänderungen fest ( Art Verdampfungsenthalpie: bei • flüssig 11 flüssig => gasförmig Aelt Lesungsenthalpie bei Lösungsvorgängen salzartiger Staffe Anit Bindungsenthalpie: zur Bindungsspaltung aufzwendende bzw. bei Bindungsbildung freigesetate Enthalpie Heizwerte & Brennwerte - freiwerdende Wärmemenge bei Verbrennung eines fassilen Brennstoffs (Abrupredulute toter Pflanzend Trase - Brank & Stenkable, Erdgus &-10) -D • Bezug auf handelslibliche Brennstoffgroßen (m², l, kg) pasitive Vorzeichen Bei Verbrennung fassiler Brennstoffe entstehen hauptsächlich CO₂ & Wasser Helewort to Wasser bleibt gasformig Kondensation setzt Ceusätzliche) ) Energie frei Brennwert to Wasser wird flüssig Berechnung von Reaktionsenthalpien 1.) aus Bindungrenthalpien Bsp 3 H₂ + N₂ → 2 INENI H-H H-H H-H · 2 NH 3 402. B. Fe, CGRAPHIT, 0₂ ✓ H-Ñ- 1 H -P-H 2.) aus Standard-Bildungsenthalpien molare Standard-Bildungsenthalpie Of Hom energiearmste Form eines Elements hat per =D Art=-2346ky +2253kJ = = 93kJ ↑ exotherm Artm= -46₁ 5kJ/mol (bezogen auf NH3) allgemein gilt: ↓ Diamant ist sauerstoffateme Energieaufwand (- Edukte) für Bindungprspaltung 3x H-H-Einfachbindung: 3mal • 436 kJ/mal 1x N=N-Dreifachbindung: A mal. 345kJ/mil du Aufwand + 225 34 J Energie freisetzung (+ Produkte) für Binduny (bildung 6x N-It-Einfach bindung: 6mel • 39145/mal 3, Pull": Standard bedingungen: 25°C, 1013 hPa Definition 4pH m = Oky/mal energiereicher sind energiereicher Standard bildungsenthalpie einer Verbindung ist die bei der Bildung der Verbindung den Elementen freiwerdende Enthalpie (unter Standardbedingungen) BSP.: CGRAPHIT + O₂ con ArHom- AiHom (con) Elemente da Prewetzing 7-2346kg 2346ку was raushompt/ entsteht Satz von Hess Bsp.: (A) 2 ( + 0₂ - ²00 Art=2 (B) C+0₂ -0 C(₁₂₂ Aritm = -393 kJ/mol (C) 2 (0+ 0₂ - Chalorimetrisch bestimmt) 200₂ Aritm = -28243 /mol (kalorimetrisch bestimmt) Sigma = Summe CEN was man reinführt/ Ausgangsstoffe 0 Art° = [ (n. ApH m [Produkte]) - Σ (n. Aflt'm [Edukte]) aus (1840), Die Reaktionsenthal pie ist unabhängig vom Reaktionsweg" (A) 2 (0 (+0₂₂) (B) 20+20₂ A+H (A) + A₂H (C) = A₂H (B) Art (A) = Arl(B) -ArH(C) 200₂ (زنا) Entropie (Maß der Unordnung") (S) große Ordnung /hoher Ordnungsgrad Per Definition erhält ein aus gleichen Atomen bestehender Kristall bei OK (Kelvin) den Entropiewart S= 0 = 0 Alle Staffe haben positive Entropie waste (unordentliches") Abschätzen den Entropie beichemischen Reaktionen Die Entropie nimmt zu, wenn · sich die Teilchenanzaḥl in der Reaktion erhöht (gilt v.a. für Gase) • sich die Bewegungsenergie der Teilchen erhöht centspricht einer Temperaturerhshung) • beim Ausgleich unterschiedlicher Drücke, Temperaturen oder Konzentrationen Bsp.: Lösen eines salzartigen Stoffes: sulzartiger Stoff - lonengitter -o hoher Ordnungsgrad to geringe Entropie Lösung to freihe wegliche lonen & geringer Ordnungsgrad to höhere Entropie D Entropie nimmt zu Berechnen der Reaktionsentropie (aus Tabellenwerten) Ar so = (n. Sºm [Produkte]) - (n. Sᵒm [Edukte]) Spontaneitat von Reaktionen ArG=Arit T·ArS 2.) Ar>0 & AS LO Gibbs Helmholtz-- fr gleichung Argº=A₁H⁰-298K²A.Sº 1 = 25°C ArG= Anderung der freien Firthul pie 7 auf Einheiten achten & anpassen Ÿ • srlinky &ors in y 0 A₁ GLO - exergonisch-o spontan ablaufend Ara 70 1.) Arit LO & Ar S70 endergonisch-D Reaktion läuft nicht freiwillig ab Enthalpie nimmt ab, Entrepie nimmt zu -o entspricht Prinzipien der Spontaneität der Realitich (Prinzip des Energieminimuns & cler max. Unordnung) -D Reaktion muss spontan sein - widerspricht beiden Prinzipien für spontanen Reaktionsablauf - Reaktion läuft nicht spontan ab 3.) Art >0 & Ors > O Spontaneität ist von Temperatur abhanging o läuft oberhalb eines Grenzwerter spontan ab. Grenz temperatur: 0 = Arit - T·Ars Arit Ars.. 4.) ArH²O & A SLO → Spontaneität ist temperaturabhängig + lüft unterhalb einer Grenztemperatur spontan ab ArG² = [ (n. AG²m [Produkk])-[(n⋅A Gºm [Edukke]) =0²₁T² = (4) Grenzen energetischer Betrachtungen Der spontane Ablauf einer chemischen Reaktion lässt sich mit der freien Gritholpie voraussagen. Die freie Enthalpie sagt nichts über die Reaktionsgeschwindigkeit aus. 4. Beispiel. COMMONT -P CARAPHIT Ursache: hoher Energieaufwand beim Umbau des Gitters (hohe Aktivierungsenergie) 2. Beispiedio H₂ot roit = 2 H₂O (Neutralisation) Arltom=-5865/mal Ar 5²m = + 813/ Komal sollte immer spontan ablaufen aber: Diamant verharrt in einem metastabilen Zustand Reaktionskinetik - Reaktionsgeschwindigkeit V= - Reaktion läuft spontan ab, aber unvollständig - chemisches Gleichgewicht stellt sich ein - mit freier Enthalpie schlecht beschreibbar Ac - konzentrations andering st Reaktionszeit Zeitdauer, bis Reaktion vollständig abgelaufen ist нсе (97) 4+ttºm= -2kJ/mol Ar Som= +43/ Komel Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit Bsp.: Mg + 2 HCl(aq) →→→ MgCl₂ + (H₂ (9) C It'z -Mg (s) "Kolbenprober Messreihe: tins 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10o V(₂) in ml49 57 62 65 67 68 69 70 70 70 im mey's 4,9 0,8 0,5 0,3 0,2 0 1 0 0 0 Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von äußeren Faktoren 1.) Phasengrenzflächen (Phase - homogenes System) -o treten auf zwischen Reaktionspartnern mit unterschiedlichem Aggregatzustand coler Mischbarkeit. -oda Reaktionen nur an den Oberflächen stattfinden, sorgt zerkleinerung für höhere Reaktionsgeschwindigkeit. 2.) Einfluss der Temperatur → Teilchen besitzen bei höherer Temperatur höhere Geschwindigkeit und mehr Energie LD haufigere energierechere Zusammenstoße Reaktionen laufen ofter ab Faustregel: RaT-Regel (Reaktionsgeschwindigkeit -- Temperatur-Regel) 10°C Temperaturerhshung → doppelte bis vierfache Reaktionsgeschwindigkeit 3.) Einfluss der Konzentration •hothere Konzentration - ho here Teilchenzahl - häufigere Zusammenstöße