Im folgenden Dokument sind die Grundzüge der Thermochemie verständlich dargestellt., darunter Enthalpie, Reaktionsverläufe und Katalysatoren.
Mitschriften Reaktionsenthalpie-Thermochemie Energie
Energie in den verschiedensten Formen vorzufinden. Neben den mechanische Beispielen ist allerdings auch die thermische Energie zu betrachten. Die thermische Energie ist die Energie, die in der ungeordneten Bewegung der Atome oder Moleküle eines Stoffes gespeichert ist.
Reaktionsenthalpie: Bei einer chemischen Reaktion findet eine Umverteilung von Atomen statt. Dabei erfolgt eine stoffliche Veränderung und auch ein Energieumsatz.Wenn Energie freigesetzt wird, läuft die Reaktion exothermisch ab.Die Reaktionswärme (in Joule) ist mit negativem Vorzeichen als -AH angegeben.
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Eine chemische Verbindung kann auf verschiedenen Reaktionswegen entstehen. Zum Beispiel kann C02 direkt durch die Verbrennung von Kohlenstoff in Sauerstoff erhalten werden:
C + 02 ^ C02 AH = -393,8 kj/mol
Wenn Energie verbraucht wird, läuft die Reaktion endothermisch ab. Die Reaktionswärme (in Joule) ist mit positivem Vorzeichen als +AH angegeben.
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N2+02 ^2N0 AH = +180,8 kj/mol
Die Reaktionsenthalpie hängt von der Temperatur und vom Druck bei der Reaktion ab. Normalerweise sind die Enthalpie aufStandardbedingungen bezogen. Stabilste Form der Elemente und Verbindungen bei
- Standard-Temperatur von 25 °C
- Norm-Atmosphärendruck von 101,325 kPa
Standard-Reaktionsenthalpien können aus den Standard-Bildungsenthalpien der beteiligten Verbindungen berechnet werden. Für Elemente in ihrer stabilen Form ist AHBO = 0.
Aktivierungsenergie
Damit die Teilchen überhaupt reagieren, müssen sie erst angeregt werden. Man muss jedem Teilchen eine bestimmte Energiemenge, die Aktivierungsenergie Ea, zuführen. Dadurch wird es in einen instabilen Übergangszustand versetzt, von dem aus die Reaktion zum Produkt weiterläuft. Im Schaubild ist ein Energieprofil für eine exotherme Reaktion zu sehen. Die Energiedifferenz zwischen Edukten und Produkten ist die Reaktionsenthalpie ArH. Bevor diese frei werden kann, muss erst die Aktivierungsenergie Ea ,hin zugeführt werden. Ausgehend vom Übergangszustand wird dann die Summe ARH + Ea ,hin abgegeben. In diesem Diagramm sieht man weiterhin, dass für die Rückreaktion als Aktivierungsenergie ein höherer Betrag nötig ist, da der Übergangszustand um ARH weiter von den Produkten entfernt ist.
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Katalysator
Als Katalysator bezeichnet man in der Chemie einen Stoff, der die Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion beeinflusst, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Dies geschieht durch Herauf- oder Herabsetzung der Aktivierungsenergie. Katalysatoren, die die Aktivierungsenergie herabsetzen, werden als positive Katalysatoren bezeichnet, solche, die die Aktivierungsenergie heraufsetzen, als negative Katalysatoren . Sie beschleunigen bzw. verlangsamen die Hin- und Rückreaktion gleichermaßen und ändern somit nichts am Gleichgewicht einer Reaktion.
Eigenschaften eines Katalysators:
-liegt nach einer Reaktion unverändert vor
-beschleunigt/verlangsamt eine Reaktion (verändert die Reaktionsgeschwindigkeit) •erhöht/verringert die Aktivierungsenergie
-wirkt selektiv (bestimmte Reaktionen benötigen bestimmte Katalysatoren)
Satz von Hess
Der Satz gehört zum Gebiet der Thermodynamik und beschreibt ein grundlegendes Prinzip der Reaktionsenthalpie einer Reaktion.Der Satz von Heß besagt, dass die Reaktionsenthalpie nur vom Zustand der Edukte und Produkte abhängt, nicht vom Reaktionsverlauf und der Anzahl der Schritte.
Durch Anwendung des Satzes von Heß können Reaktionsenthalpien indirekt bestimmt werden, die experimentell nicht direkt gemessen werden können, beispielsweise die Bildungsenthalpie von Kohlenmonoxid (CO), welche wie schon oben gezeigt, zu den exothermischen Reaktionen gehören.
Wenn weniger Sauerstoff vorhanden ist, entsteht zuerst CO.
Dieses kann in einer zweiten Reaktion zu CO2 weiter verbrannt werden: C + C2O2 ^ CO AH = -110,5 kj/mol
CO + C2 O2 ^ CO2 AH = -283,0 kj/mol
AH = -393,8 k/mol
Für Gesamt-Enthalpien gilt allgemein: AH(Weg 1) = AH(Weg 2)
Anwendung Satz von Hess auf Biologie
Der Satz von Heß kann auch auf biologische Vorgänge angewandt werden. Der Energieumsatz bei der Bildung von Glukose aus Kohlendioxid und Wasser ist genau so groß wie der Umsatz bei der Verbrennung von Glukose, nur das Vorzeichen ändert sich. Für den Energieumsatz spielt es auch keine Rolle, ob die Verbrennung im Feuer durchgeführt wird oder über enzymatische Prozesse in einem Lebewesen über viele Stufen abläuft.
Standartbildungsenthalpie AHfO
Die Standardbildungsenthalpie ist die Enthalpie, die bei der Bildung einer Verbindung aus den Elementen unter Standardbedingungen frei oder verbraucht wird.
C + 02 ^ C02 AH= -393,8 kj/mol
Für Elemente in ihrem bei Standardbedingungen stabilen Zustand setzt man die Standardbildungsenthalpien gleich Null. z.B. AHfO = Ofür Wasserstoff als H2 , Stickstoff als N2 , Kohlenstoff als Graphit
Allgemeine Gleichung: AHO = £ AHfO (Produkte) - £ AHfO (Edukte)
Beispiel
1. Bildung von Synthesegas aus Kohlenstoff und Wasser:
C(s) + H20(g) ^C0(g) + H2 (g) AHfO(H20)= -241,8 kj/mol; AHfO(C0) = -11O,6 kj/mol ? AHO = £ AHfO (Produkte) - £ AHfO (Edukte) = (-11O,6 + O)-(O + (-241,8))= 131,2 kj/mol (endotherm)
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- Yannis Theile (Author), 2016, Reaktionsenthalpie-Thermochemie. Eine Mitschrift, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/428882
