chemische Reaktion

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und Stoffaustausch ist nicht möglich Jedes System besitzt eine innere Energie U. Die innere Energie eines geschlossenen Systems kann dadurch verändert werden, dass Energie an die Umgebung abgegeben oder aufgenommen wird REAKTIONSENTHALPIE Reaktionswärmen können bei chemischen Reaktionen entweder unter konstanten Druck oder konst. Volumen a) Reaktionsenthalpie AtH (konst, Druck) b) Reaktionswärme srl (konst Volumen) MERKE: Exotherme Reaktion: System gibt Wärme an die Umgebung ab Endotherme Reaktion: System nimmt Wärme von der Umgebung auf •Reaktionszeit Arbeit Energiegehalt der Edukte d. Produkte kin. En Aktivierungsenergie Reaktionsenthalple (Energie Prod - Ec DE @ 3 ENDOTHERM Reaktionsenthalpie (En Pr. En Ed) benötigte Energie gemessen Reaktionszeil werden fest (s), flüssig (1) gas förmig (g), gelöst (aq) STANDARDENTHALPIE ArH-Ear H (Produkte) - ≤ort (Edukte) Die Standardreaktionsenthalpie kann man berechnen, in dem man die Summe der Standardbildungsenthalpie der Produkte minus die Summe der Standardbildungsenthalpien der Edukte rechnet. DEFINITION STANDARDENTHALPIE: ...von Elementen im energieärmsten Zustand unter Standardbedingungen wurde willkürlich o gesetzt STANDARD-BILDUNGSENTHALPIE: Unter Bildungsenthalpie versteht man die bei der Synthese eines Mols eines Stoffes aus den Elementen bei konstantem Druck freigesetzte/ gebundene Wärmeenergie REAKTIONSENTHALPIE: Hist die Enthalpieänderung einer Reaktion bei konstantem Druck bei Standartbedingungen MOLARE STANDARD-(REAKTIONS)ENTHALPIE: pro mol umgesetzter Stoff VERBRENNUNGSENTHALPIE: wie viel Energie bei der Verbrennung von 1 mol freigesetzt wird NEUTRALISATIONSENTHALPIE: bezeichnet die Reaktionsenthalpie, die bei einer stark exothermen Reaktion einer Neutralisation frei wird STÖCHIOMETRIE Atomare Masse Molare Masse Stoffmenge Masse Konzentration Volumen Symbol mt M n BERECHNUNG DER REAKTIONSWÄRME Bsp: Einheit u (aus PSE) g/mol (ou) Mol mol// m (Wasser) = 120g V (NaOH) Soml V (HCI) 50ml T (vor V) 23°C T(nach V) 30°C 30°C -23°C 7°C C Einheit: // 3/°C Die spezifische Wärmekapazität c ist dice Wärmekapazität von 1g Stoff bzw. System. C Einheit: Zusammenhang zwischen C und c: (=c.m AQ:A Q Bsp: m (Wasser) = 120g m (FeS) = 2,5g Wärmekapazität Cw = 4, 19 J/(°C.g) T (vor V)= 23,5°C. T (nach V) = 27°C →27°C-23,5°C = 3,5°C AT CAT m.c Formeln: M= Hasse Stoffmenge MERKE: Die Wärmekapazität C entspricht der Wärmemenge Q, die ein Stoff bzw ein System bei einer Temperatirerhöhung um 1K aufnimmt (bzw 1°C) en m c = D c(NaOH)= mol // c (HCI)= Amol // BERECHNUNG: ALSO Rechengleichung: = AT MK.CK +AT · mw· Cw m *n ArHAT.mw.cw m= M. n Bei der Reaktion von EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG VON REAKTIONSENTHALPIE Wortgleichung: Eisen + Schwefel Fe + S BERECHNUNG. Bsp: Kohlenstoff Ci NEUTRALISATION orHot mw Cw A. M 12u me (c) M.M: 129/mol = M(C) Stoffim. Amol = n(c) = 6·10²3 Teilchen Masse: 12g=m(c) wenn 6.10 23 T. = 3,5°C 120g: 4,19 •2².g. = 1759, 8J = 1,7598J 1,76 kJ werden frei, wenn 2,5 FeS gebildet werden Oft bleibt die Wärmekapazität des Kalorimeter c unübersichtlich, dann gilt. OrHoot mw cw =7°C 1009.4, 19 g = 2933J = 2,933 kJ → FeS Eisensulfid 2,5g → 1,76 kJ 。 (0,028 md → 1,76 kJ) 21 Amol →→ 62 kJ 200 →örHm² 62/mol 1 mol Eisen und 1 mol Schwefel werden 62 KJ umgesetzt Wortgleichung: Natriumlauge + Salzsäure → Natriumchlorid + Wasser + HCl(aq) → NaOH (aq) NaCl + H₂O Umrechnun M (FeS) = 88 g/mol Wie viel mol sin 2, Jg? M-883mol = 0,028mal →n= Umrechnung auf 1 mola con=c.V = 1 mol-0.05e = 0,05 mol ;0,05 mol 2,933kJ 1 mol 58,66kJ وكي2 ):0,03 MERKE Stoffe mit kleiner negativer Standardbildungsenthalpie haben eine geringere thermische Stabilität als Stoffe mit größerer negativer Standardbildungsenthalpie. Systeme streben grundsätzlich den Enthalpie ärmsten unter den Zuständen an. Dieses Streben ist Triebkraft aller chemischer Reaktionen. -> alle chemischen Reaktionen haben das Streben nach einem Enthalpieminimum als Triebkraft. FOSSILE UND REGENERTIVE ENERGIETRÄGER FOSSILER BRENNSTOFF: brennbare Substanzen, die aus ausgestorbenen Organismen entstanden sind (Kohle, Erdöl); begrenzt → günstiger REGENERATIVE BRENNSTOFF: Brennstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen; unbegrenzt; teuer → ökologischer, da diese nachhaltig und unbegrenzt sind Regenerative Energieträger. sollten immer mehr benutzt werden, aber es müssen, grundsätzlich noch weitere Forschungen zur Erhöhung des Wirkungsgrads und. zur. Entsorgung (ökologisch) edbracht werden. Durchschnittliche Reaktionsgeschwindigkeit v-ACCI Momentane Reaktionsgeschwindigkeit v=lim ALLGEMEINE GLEICHUNG aA + bB → cC + dD. V-|- |-|-· |-|- |-|→→ Die. V für den Abbau der Edukte und die ū für die Bildung der Produkte ist betragsmäßig gleich. AC (A) der Edukte/Produkte in einem bestimmten Zeitintervall gleich. (Ed) (Prod) AC(D) st Themenfeld C GESCHWINDIGKEIT CHEMISCHER REAKTIONENT KONZENTRATIONS-ZEIT-DIAGRAMM →D.h unter Berücksichtigung der Stochimetrische ist die i MERKE: Die RG ist nicht konstant, sie wird während des Reaktionsverlaufs immer kleiner, da immer mehr Produktteilchen und immer weniger Eduktteilchen vorhanden sind. Die Konzentrationsänderung pro Zeiteinheit wird immer kleiner. 2 Änderung DEFINITION REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT Die Änderung der Konzentration pro Zeiteinheit ist die Reaktionsgeschwindigkeit mol: L min KOLLISIONSTHEORIE 1. Teilchen sind starre Körper •Temperaturer höhung → Teilchen bewegen sich schneller wie zuvor 2. Chemische Reaktionen finden statt, wenn entsprechende Teilchen zusammenstoßen ·→ umso mehr Zusammenstöße, desto schneller ist die Reaktion 3. Teilchen müssen eine gewisse Orientierung haben, dass eine chemische Reaktion stattfinden kann EINFLUSS VERSCHIEDENER FAKTOREN AUF DIE REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT 1. Je größer die Oberfläche, desto höher ist die RG →Bei größerer Oberfläche, ist auch die Angriffsfläche größer. Daraus folgt: mehr Teilchen können wirksam zusammenstoßen → RG steigt 2. Je größer die Konzentration der Stoffe, desto höher ist die RG →→Je größer die Konzentration, unso größer ist die Teilchenzahl pro Volumeneinheit →mehr T. die wirksam zusammenstoßen → RG steigt 3. Je höher die Temperatur, desto höher ist die RG → Die Teilchen werden mit höherer Temperatur schneller, dadurch gibt. es mehr ausammenstöße: MÖGLICHE BEGRÜNDUNGEN 1. Je höher die Temperatur, desto höher die RG. Die Teilchen werden mit höherer Temperatur schneller, dadurch gibt es mehr wirksame Zusammenstöße 2.Je größer die Konzentration, desto höher die RG und umso größer ist die Teilchenanzahl pro Volumen. Es gibt mehr wirksame Zusammenstöße 3. Je größer die Oberfläche, desto höher die RG. Bei größerer Oberfläche ist die Angriffsfläche größer -> mehr Teilchen können zusammenstoßen. Teilchen sind Star und eine chemische Reaktion benötigt Zusammenstöße entsprechender Teilchen. Umso mehr Zusammenstöße es gibt, desto schneller ist die Reaktion. Außerdem muss sie eine gewisse Orientierung haben. leilchenanzahl p ENERGIE-REAKTIONSWEG-DIARAMM REAKTIONSGESCHWINDIGKEITS-ZEIT-DIAGRAMM KONZENTRATIONS-ZEIT-DIAGRAMM vin mis REAKTIONS GESCHWINDIGKEITS GLEICHUNG v=k.c² (A).cb (B) DIAGRAMME Reakkonsweg T = MERKE: Gleichgewichts zustand to to Prod nimat ab end. MAXWELL-BOLZMANN-VERTEILUNG Beschreibung und Erklärung des Diagramms: Auf der x-Achse ist die Geschwindigkeit der Teilchen in m/s aufgetragen, auf y-Achse die Teilchenanzahl pro Zeiteinheit. Man sieht die Geschwindigkeit der Teilchenzahl in Abhängigkeit von 3 Temperaturen (T₁CT₂ <T3) Die Anzahl der Teilchen, die eine Mindestgeschwindigkeit überschreiten wächst mit steigender Temperatur (Fläche unter den Graphen wird größer) MERKE Eine chemische Reaktion verläuft langsam, wenn nur ein geringer Teil der Teilchen, die für einen erfolgreichen Zusammenstoß nötige sind, die notwendige Mindestenergie (Mindestgeschwindigkeit) besitzen -> Anzahl der Teilchen nimmt mit höherer Temperatur zu -> RG nimmt zu RGT-REGEL: Bei vielen Reaktionen bewirkt eine Temperaturerhöhung um 10°C etwa eine Verdopplung der Reaktionsgeschwindigkeit HERLEITUNG DER REAKTIONSGESCHWINDIGKEITSKONSTANTE Die Geschwindigkeitskonstante k hat unterschiedliche Einheiten Die 26 v hat die Einheit mal ABHÄNGIGKEIT DER REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT VOM DRUCK Ed nimmt zu DEFINITION PARTIALDRUCK Der Partialdruck p eines Gases in einem Gasgemisch ist der Druck, den das Gas ausüben würde, wenn es sich alleine im betrachteten Volumen befände. Die Summe aller Partialdrücke ergibt den Gesamtdruck. Allgemein: Pges = P₁+ P₂ +P3+. MERKE: Die Reaktionsgeschwindigkeit steigt mit steigendem Druck. Eine Druckerhöhung entspricht einer Konzentrationserhöhung MERKE: KATALYSE: Durch einen KAT wird die RG einer Reaktiom verändert POSITIV: KAT beschleunigt den Ablauf der Reaktio, die RG wird erhöht NEGATIV: KAT vermindert den Ablauf der Reaktion, die RG wird erniedrigt HETEROGEN: KAT und Edukte liegen in unterschiedlichen Aggregatzuständen vor HOMOGEN: KAT und Edukte liegen in gleichen Aggregatzuständen vor. Zusammenhanges zw Druck und Konzentration: v K-p (A)-p (6) ABHÄNGIGKEIT DER REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT VON KATALYSATOR Vorteile von KAT: - man kann sie zurückgewinnen Reaktion beeinflussen gewollte Reaktion kann verschnellert werden verlangsamt DEFINITION: EXOTHERME/ENDOTHERME REAKTION: KATALYSATOR 1) Die bei einer chemischen Reaktion unter konstantem Druck abgegebene oder aufgenommene Wärme bezeichnet man als Reaktionsenthalpie -> exotherme Reaktion: Energieinhalt der Produkte ist geringer als der Energieinhalt der Edukte -> CO -> endotherme Reaktion: Energieinhalt der Produkte ist größer als der Energieinhalt der Edukte -> APHO 2) Ein Katalysator ist ein Stoff, der durch Veränderung der Aktivierungsenergie die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflusst und aus dem Reaktionsgeschehen unverändert hervorgeht -> KAT beeinflusst zwar die RG, aber nicht die Produkte MERKE: Kl hemmt die Reaktion, es wird als negativer Katalysator (=INHABITOR). INHABITOR verlangsamt die Reaktion, indem sie die Aktivierungsenergie erhöht, sie sind negative KAT. Reaktionsgeschwindigkeits-Zeit- Diagramm Reaktion mit KAT The KAT tin m WICHTIG! Durch einen Kat wird die RG einer Reaktion verändert, entweder verlangsamt oder verschnellert. Kat beeinflusst zwar RG aber nicht Produkt Energie diagramm einer exothermen Reaktion mit/ohne negat. KAT energie Energie diagramm Enugie EA Aktivierungsenegle mit negativen KAT EA Akt.en ohne KAT Тонсо Reaktionsverlauf einer exothermen Reaktion mit/ohne positiven KAT AHCO eroth. R. Edulte LAT- Produkte Iako endoth 1. bei höherer Temperatur besitzen mehr Teilchen die Mindestenergie, die für einen wirksamen Zusammenstoß nötig ist 2.Nach der Stoßtheorie sind bei höheren Temperaturen die Teilchen schneller und können somit häufiger zusammenstoßen. Dadurch wird das Produkt schneller gebildet, da die eduktteilchen häufiger zusammenstoßen und die RG erhöht wird 3. bei niedrigerer Temperatur besitzen nicht so viele Teilchen die benötigte Mindestenergie, somit läuft die Reaktion langsamer abt FAZIT: Das chemische GGW ist ein dynamisches GGW. Nach außen kommt die Gesamtreaktion zum Stillstand, da die Konzentration der Stoffe sich insgesamt nicht mehr ändert. In Wirklichkeit laufen aber Hin-& Rückreaktionen mit der gleichen Geschwindigkeit ab WICHTIG! In einem geschlossenen System laufen immer noch Hin-und Rückreaktionen ab, wobei die Reaktionsgeschwindigkeit von Hin-und Rückreaktion gleich groß ist. Das chemische GGW ist ein dynamisches GGW, da Hin-und Rückreaktion gleich schnell ablaufen. Nach außen kommt die Gesamtreaktion zum Stillstand, da die Konzentration der Stoffe sich nicht mehr ändert. In Wirklichkeit laufen aber Hin-und Rückreaktion mit gleicher Geschwindigkeit ab. Somit ist eine Umkehrbarkeit möglich EINSTELLUNG EINES DYNAMISCHEN GLEICHGEWICHTES Fall En. (Edukte). En (Produkte) → H₂+ 1₂ 241 Im G6W gilt dann auch. Ċ (Edukte) (Produkte) Volumen konstant un c-.n/v →→ 66 liegt in der Mitte. 2 Fall: En (Edukle) > En (Produkte) →2502+0₂ 2503 Im G6W gilt dann auch: Themenfeld D CHEMISCHES GLEICHGEWICHT 3 Fall En (Edukte) << (Produkte) → 2H₂ =2H₂ + O₂ Im 66W krun .Ke knick UMKEHRBARKEIT: In einem geschlossenen System stellt sich für eine umkehrbare. Reaktion bei konstanter. Temperatur und Druck ein gleichbleibendes. Stoffmengenverhältnis zwischen Edukten und Produkten ein. Es kommen keine Reaktionspartner entweichen durch das geschlossene System und die Umkehrbarkeit bleibt bestehen... konstant c(Edukte)> c(Produkte) → 66W liegt links auf der Eduktseite gilt clann auch: c(Eduktek c(Produkte) →66W liegt rechts auf der Produktseite c(c) c(0) c(A) c(6) c() Hinr c (Ed) = c (Prod) v (rin) = V (Rück) MERKE: In das MWG geht ein: 1. Gasphasen mit ihren Partialdrücken. 2. Flüssigkeiten und Feststoffen mit ihren molaren Konzentrationen 3. Niederschläge und das Lösemittel mit dem Wert 1 Rückr. fgs Gleichgewicht Reaktion sait + [6] c(Ed)>< (Prod) DAS MASSENWIRKUNGSGESETZ MWG kunnaton *CO ERKLÄRUNG Die Gleichgewichtskonstante für das jeweilige chemische GGW ist Temperatur und Druck abhängig. Temperatur und Druckänderung führen zu Gleichgewichtsverschiebeung K66W rechts, auf Seite der Produkte, c(Ed.) < c (Prod) K=16GW in der Mitte c(Prod) = c(Ed) K<1 GGW links, auf Seite der Edukte, c (Ed)> c (Prod) Meralcon BAB 28+9+9 dparisher "Wak Massenwirkungsgesetz: Im Gleichgewichtszustand ist das Produkt der Konzentrationen der neu entstandenen Stoffe dividiert durch das Produkt der Konzentration der Ausgangsstoffe konstant p(().p(D) GAS Kp pp(8) - aus c (Prod) Ke Produkt aus c (Ed.), Kc = MWG o. Gleichgewichtskonstante Bedingungen für das MWG: 1. geschlossenes System 2. umkehrbare Reaktion 3. chemisches Gleichgewicht 4. homogenes System: Stoffe müssen in Lösung oder Gas vorkommen Mann kann den schwerlöslichen Bodenkörper in die 66W konstante mit einbeziehen da er das chemische GGW nicht beeinflunt. Feststoffe können mit in das MWG einbezogen werden 1 Wenn Stoffe die in verschiedenen Aggregatzuständen vorliegen sich miteinander im Gleichgewicht befinden, spricht man von einem heterogenen. G6W.. Die Konzentrationen von Feststoffen, und. Flüssigkeiten werden in die Konstante Kc einbezogen. BEEINFLUSSUNG DER LAGE DES CHEMISCHEN GGW Die Lage des chemischen Gleichgewichtes kann durch folgende Faktoren beeinflusst werden: Temperatur, Druck, Konzentration PKZ Übt man auf ein im Gleichgewicht befindliches chemisches System durch Änderung der äußeren Bedingungen (von Druck, Temperatur oder Konzentration eines Reaktionspartners) einen Zwang aus, so verschiebt sich das Gleichgewicht in die Richtung, der es dem Zwang ausweicht. DRUCK MERKE In einem chemischen Gleichgewicht begünstigt Druckerhöhung, die unter Volumenverminderung ablaufende Reaktion und Druckerniedrigung, die unter Volumenvergrößerung ablaufende Reaktion. Druckerhöhung: GGW verschiebt sich auf die Seite mit weniger Gasteilchen Druckerniedrigung: GGW verschiebt auf die Seite mit mehr Gasteilchen Bsp.: N₂ + 3H₂2NH3 p↑ •Durch Druckerhöhung verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts, nämlich auf die Seite, auf der weniger Teilchen in der Gasphase vorliegen. Nach dem PK wird durch Druckerhöhung die Bildung von NH3 begünstigt. Mit steigendem Druck steigt der Volumenanteil von NH3 an. Begründung: In einem chemischen Gleichgewicht begünstigt Druckerhöhung, die unter Volumenverminderung ablaufende Reaktion p. Begünstigung der Reaktion, die unter Volumenvergrößerung abläuft → 66W nach links (mehr Gasteilchen). keine Änderung der Lage des GGW, da gleich viele Gasteilchen auf beiden Seiten sind TEMPERATUR MERKE: In einem chemischen Gleichgewicht begünstigt Temperaturerhöhung, die unter Wärmeverbrauch (endotherme Reaktion) ablaufende Reaktion, Temperaturerniedrigung, die unter Wärmefreisetzung (exotherme Reaktion, Wärmeabgabe) ablaufende Reaktion Bsp.: A+B C + D + Energie) T↑ Die unter Wärmeverbrauch ablaufende (endotherme) Reaktion wird begünstigt →66W verschiebt sich nach links TV Die wärmefreisetztende (exotherme) Reaktion wird begünstigt →66W verschiebt sich nach rechts KONZENTRATION: MERKE: In einem chemischen Gleichgewicht begünstigt die Konzentrationserhöhung eines Reaktionspartners, die auf den Verbrauch dieses Reaktionspartners ausgerichtete Reaktion, die Konzentrationserniedrigung, die auf seine Entstehung ausgerichtet Reaktion Bsp.: 250₂ +0₂ $ 2503 c(503) Die S03 bildende Reaktion wird begünstigt →66W verschiebt sich nach rechts N₂ + 3H₂2 NH3 C(H₂) 1 Die H₂ verbrauchende Reaktion wird begünstigt → 66u verschiebt sich nach rechts KATALYSATOR UND OBERFLÄCHENBESCHAFFENHEIT Beide haben keinen Einfluss auf die Lage des Gleichgewichtes, da sie Hin- und Rückreaktion gleichermaßen. beeinflussen Er jorgt. nur dafür, dass das 66W schneller. erreicht, wird TEMPERATUR-VOLUMEN-DIAGRAMM Wenn bei einer Temperaturethöhung dex Volumenanteil der Produkte steigt, dann ist die Reaktion endotherm Wenn bei einer Temperaturerhöhung der Volumenanteil der Edukte steigt, dann ist die Reaktion exotherm. zuerst wild Produb gebildet, wenn die Temperatur stag), uvid wieds weniger Roduct und mehr Lauts gebidd ||||||| exotherm • mit steigender Tompeatur wird immer mehr Produkt gebildet endotherm 200 E + CO₂ + C mehr Produkt wird gebildet. Bei Temperaturerhöhung steigt der Volum anteil an Co. FLIEBGLEICHGEWICHT Ein Fließgleichgewicht, ist ein Gleichgewicht in einem offenen System das nur in eine Richtung abläuft und aus mehreren gekoppelten chemischen Reaktionen besteht. Beim Fließgleichgewicht wird die gleichbleibende Konzentration so erreicht, dass genau so viel Ausgangsstoff gebildet wird, wie Produkt das System verlässt KONZENTRATIONS-ZEIT-DIAGRAMM mol. L mit KAT REAKTIONSGESCHWINDIGKEITS-ZEIT-DIAGRAMM ENERGIE-REAKTIONSWEG-DIAGRAMM ohne KAT mit KAI ohne ・onne KAT.