Enthalpie und Standardbildungsenthalpie

Die Enthalpie ist ein Maß für die Energie eines thermodynamischen Systems. Sie setzt sich aus der inneren Energie U und der Volumenarbeit pV zusammen. Die innere Energie besteht aus der thermischen Energie, der chemischen Bindungsenergie und der potentiellen Energie der Atomkerne.

Definition: Die Enthalpie (H) ist definiert als H = U + p · V, wobei U die innere Energie, p der Druck und V das Volumen ist.

Die Standardbildungsenthalpie ist ein wichtiges Konzept in der Thermochemie. Sie beschreibt die Enthalpie, die bei der Bildung von einem Mol einer Substanz unter Standardbedingungen frei wird (exotherme Reaktion) oder zur Bildung erforderlich ist (endotherme Reaktion).

Vocabulary: Die Standardbildungsenthalpie ist die Enthalpieänderung bei der Bildung einer Verbindung aus ihren Elementen unter Standardbedingungen.

Die Berechnung der Reaktionsenthalpie erfolgt nach der Formel: ΔH°m = ΣΔH°m (Produkte) - ΣΔH°m (Edukte)

Highlight: Negative Werte von ΔH°m weisen auf eine exotherme Reaktion hin, positive Werte auf eine endotherme Reaktion.

Ein wichtiges Prinzip in der Thermochemie ist der Satz von Hess. Dieser besagt, dass die Reaktionsenthalpie unabhängig vom Reaktionsweg ist und nur vom Ausgangs- und Endzustand des Systems abhängt.

Example: Die Standardbildungsenthalpie CO2 beträgt -393,5 kJ/mol. Dies bedeutet, dass bei der Bildung von einem Mol CO2 aus den Elementen 393,5 kJ Energie freigesetzt werden.

Die Reaktionsenergie und verschiedene Enthalpiearten

Die Reaktionsenergie ist die Energie, die freigesetzt oder benötigt wird, wenn zwischen den Molekülen zweier Stoffe neue chemische Bindungen gebildet werden. Sie wird durch die Formel ΔRH°m = ΣΔH°m (Produkte) - ΣΔH°m (Edukte) berechnet.

Definition: Die Reaktionsenergie ist die Energiedifferenz zwischen den Produkten und Edukten einer chemischen Reaktion.

Neben der Reaktionsenergie gibt es weitere wichtige Enthalpiearten:

1. Die Verdampfungsenthalpie (ΔVH) ist die Energie, die erforderlich ist, um ein Mol Substanz vom flüssigen in den gasförmigen Zustand zu überführen. Sie ist immer positiv.

2. Die Kondensationsenthalpie (ΔKH) ist die Energie, die frei wird, wenn ein Mol Substanz vom gasförmigen in den flüssigen Zustand übergeht. Sie ist immer negativ.

3. Die Sublimationsenthalpie beschreibt den Übergang eines Feststoffs in die Gasphase unter Umgehung der flüssigen Schmelzphase.

4. Die Gitterenthalpie bezieht sich auf das thermische Schmelzen von Feststoffstrukturen, umfasst jedoch nur die Überführung in die Gasphase.

Vocabulary: Die Sublimationsenthalpie ist die Energie, die benötigt wird, um einen Feststoff direkt in den gasförmigen Zustand zu überführen, ohne die flüssige Phase zu durchlaufen.

Die Bindungsenergie gibt die Stabilität der Atombindung an. Sie ist definiert als die Energie, die benötigt wird, um ein zweiatomiges Molekül unter Standardbedingungen (25°C) von einem Mol des gasförmigen Stoffes in Atome zu spalten.

Highlight: Um eine Bindung zu lösen, muss immer Energie zugeführt werden. Bei der Bildung einer Bindung wird immer Energie freigesetzt.

Schließlich ist die innere Energie ein wichtiges Konzept. Sie repräsentiert die gesamte für chemische Reaktionen zur Verfügung stehende Energie eines Systems.

Example: Die molare Standardbildungsenthalpie Wasser beträgt -285,8 kJ/mol. Dies zeigt, dass die Bildung von Wasser aus seinen Elementen eine exotherme Reaktion ist.