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Reaktionsenthalpie Die Δ H R displaystyle Delta H mathrm R gibt die Änderung der Enthalpie im Verlauf einer Reaktion an

Reaktionsenthalpie

Die Reaktionsenthalpie gibt die Änderung der Enthalpie im Verlauf einer Reaktion an, also den Energieumsatz einer bei konstantem Druck durchgeführten Reaktion. Nach dem Hess’schen Wärmesatz ist es - bei gleichem Endzustand - egal, auf welchem Weg die Reaktion stattfindet oder in welcher Form während der Reaktion Energie in Form von Wärme oder Arbeit aufgenommen oder abgegeben wird. Die Reaktionsenthalpie ist immer die Differenz der Bildungsenthalpien der Produkte und der Reaktanten:

Da Stoffe je nach Temperatur und Druck verschiedene Energien haben (zum Verständnis: Ein Gas hat unter hohem Druck mehr Energie gespeichert als unter niedrigem Druck), können Energiebilanzen verschiedener Reaktionen nur dann direkt miteinander verglichen werden, wenn man sich auf gleiche Außenbedingungen bezieht. Dazu verwendet man meist Standardbedingungen, seltener Normalbedingungen. Die Reaktionsenthalpie unter Standardbedingungen heißt Standardreaktionsenthalpie .

In der Chemie wird meistens die molare Reaktionsenthalpie verwendet, bei der die Reaktionsenthalpie auf die Stoffmengen der zugrundegelegten Reaktionsgleichung (vgl. Umsatzvariable und Formelumsatz) bezogen wird. Die Einheit der molaren Reaktionsenthalpie ist dementsprechend Joule pro Mol . Bildungsenthalpien von organischen Substanzen können sehr gut mit der Benson-Methode berechnet werden.

Als Reaktionsenergie wird der Energieumsatz bezeichnet, wenn die Reaktion bei konstantem Volumen abläuft. Der Unterschied zur Reaktionsenthalpie entspricht der Arbeit, die bei konstantem Druck mit der Volumenänderung verbunden ist.

Vorzeichen Bearbeiten

Negativ: exotherm Bearbeiten

exotherme Reaktion;
in der Abbildung entspricht im Text

Da die Energiebilanz für das System angegeben wird, ist negativ, wenn die Produkte energetisch tiefer als die Edukte liegen und somit insgesamt Energie abgegeben wird:

Wandelt man die freiwerdende Energie nicht um, so wird Wärme freigesetzt und die Probe erwärmt sich. Die Reaktion ist also exotherm.

Positiv: endotherm Bearbeiten

endotherme Reaktion;
in der Abbildung entspricht im Text

Muss jedoch Energie aufgenommen werden, da die Produkte eine höhere Energie als die Edukte haben, wird positiv:

Die nötige Energie wird häufig aus der Umgebungswärme entnommen, die Umgebung wird kälter. Prozesse, bei denen Wärme aufgenommen wird, heißen endotherm.

Quantifizierung Bearbeiten

Bei Reaktionen molekularer Stoffe lässt sich das Vorzeichen der Reaktionsenthalpie anhand der aufgebrochenen und neu gebildeten Bindungen während der Reaktion abschätzen. Dies beruht auf der Beobachtung, dass polare Bindungen stabiler, also energieärmer, als unpolare Bindungen sind. Sind mehr polare Bindungen in den Produktmolekülen als in den Eduktmolekülen vorhanden, so handelt es sich um eine exotherme, im umgekehrten Fall um eine endotherme Reaktion.

Ein zweiter genauerer Weg beruht auf der Differenzrechnung der Bildungsenthalpien von Edukten und Produkten.

Temperaturabhängigkeit Bearbeiten

Die Reaktionsenthalpie ist wie die Bildungsenthalpie temperaturabhängig. Unter der Voraussetzung, dass es im betrachteten Temperaturintervall (von nach ) nicht zu einem Phasenübergang kommt, ergibt sich die Enthalpie bei wie folgt:

Wenn die Wärmekapazität innerhalb des gewählten Temperaturbereichs ungefähr konstant bleibt, kann sie näherungsweise vor das Integral gezogen werden.

Wenn nun eine Reaktion betrachtet wird, ergibt sich für die Reaktionsenthalpie das Kirchhoffsche Gesetz:

Dabei ergibt sich aus den molaren Wärmekapazitäten der an der Reaktion beteiligten Stoffe und ihren zugehörigen stöchiometrischen Faktoren :

Verwandte Größen Bearbeiten

Bei konstantem Druck:

Bei konstantem Volumen:

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Patrik Good: (Memento vom 17. Januar 2012 im Internet Archive) (PDF; 1,1 MB). S. 6 (19 S.).
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Veröffentlichungsdatum:
Die Reaktionsenthalpie D H R displaystyle Delta H mathrm R gibt die Anderung der Enthalpie im Verlauf einer Reaktion an also den Energieumsatz einer bei konstantem Druck durchgefuhrten Reaktion Nach dem Hess schen Warmesatz ist es bei gleichem Endzustand egal auf welchem Weg die Reaktion stattfindet oder in welcher Form wahrend der Reaktion Energie in Form von Warme oder Arbeit aufgenommen oder abgegeben wird Die Reaktionsenthalpie ist immer die Differenz der Bildungsenthalpien der Produkte und der Reaktanten D H R H P r o d u k t e H R e a k t a n t e displaystyle Delta H mathrm R H mathrm Produkte H mathrm Reaktante Da Stoffe je nach Temperatur und Druck verschiedene Energien haben zum Verstandnis Ein Gas hat unter hohem Druck mehr Energie gespeichert als unter niedrigem Druck konnen Energiebilanzen verschiedener Reaktionen nur dann direkt miteinander verglichen werden wenn man sich auf gleiche Aussenbedingungen bezieht Dazu verwendet man meist Standardbedingungen seltener Normalbedingungen Die Reaktionsenthalpie unter Standardbedingungen heisst Standardreaktionsenthalpie D H R 0 displaystyle Delta H mathrm R 0 In der Chemie wird meistens die molare Reaktionsenthalpie verwendet bei der die Reaktionsenthalpie auf die Stoffmengen der zugrundegelegten Reaktionsgleichung vgl Umsatzvariable und Formelumsatz bezogen wird Die Einheit der molaren Reaktionsenthalpie ist dementsprechend Joule pro Mol J m o l displaystyle bigl mathrm tfrac J mol bigr Bildungsenthalpien von organischen Substanzen konnen sehr gut mit der Benson Methode berechnet werden Als Reaktionsenergie wird der Energieumsatz bezeichnet wenn die Reaktion bei konstantem Volumen ablauft Der Unterschied zur Reaktionsenthalpie entspricht der Arbeit die bei konstantem Druck mit der Volumenanderung verbunden ist Inhaltsverzeichnis 1 Vorzeichen 1 1 Negativ exotherm 1 2 Positiv endotherm 1 3 Quantifizierung 2 Temperaturabhangigkeit 3 Verwandte Grossen 4 EinzelnachweiseVorzeichen BearbeitenNegativ exotherm Bearbeiten nbsp exotherme Reaktion D E i displaystyle Delta E i nbsp in der Abbildung entspricht D H R displaystyle Delta H mathrm R nbsp im TextDa die Energiebilanz fur das System angegeben wird ist D H R displaystyle Delta H mathrm R nbsp negativ wenn die Produkte energetisch tiefer als die Edukte liegen und somit insgesamt Energie abgegeben wird D H R lt 0 H P r o d u k t e lt H E d u k t e displaystyle begin aligned Delta H mathrm R amp lt 0 Leftrightarrow H mathrm Produkte amp lt H mathrm Edukte end aligned nbsp Wandelt man die freiwerdende Energie nicht um so wird Warme freigesetzt und die Probe erwarmt sich Die Reaktion ist also exotherm Positiv endotherm Bearbeiten nbsp endotherme Reaktion D E i displaystyle Delta E i nbsp in der Abbildung entspricht D H R displaystyle Delta H mathrm R nbsp im TextMuss jedoch Energie aufgenommen werden da die Produkte eine hohere Energie als die Edukte haben wird D H R displaystyle Delta H mathrm R nbsp positiv D H R gt 0 H P r o d u k t e gt H E d u k t e displaystyle begin aligned Delta H mathrm R amp gt 0 Leftrightarrow H mathrm Produkte amp gt H mathrm Edukte end aligned nbsp Die notige Energie wird haufig aus der Umgebungswarme entnommen die Umgebung wird kalter Prozesse bei denen Warme aufgenommen wird heissen endotherm Quantifizierung Bearbeiten Bei Reaktionen molekularer Stoffe lasst sich das Vorzeichen der Reaktionsenthalpie D H R displaystyle Delta H mathrm R nbsp anhand der aufgebrochenen und neu gebildeten Bindungen wahrend der Reaktion abschatzen Dies beruht auf der Beobachtung dass polare Bindungen stabiler also energiearmer als unpolare Bindungen sind Sind mehr polare Bindungen in den Produktmolekulen als in den Eduktmolekulen vorhanden so handelt es sich um eine exotherme im umgekehrten Fall um eine endotherme Reaktion 1 Ein zweiter genauerer Weg beruht auf der Differenzrechnung der Bildungsenthalpien von Edukten und Produkten Temperaturabhangigkeit BearbeitenDie Reaktionsenthalpie ist wie die Bildungsenthalpie temperaturabhangig Unter der Voraussetzung dass es im betrachteten Temperaturintervall von T 1 displaystyle T 1 nbsp nach T 2 displaystyle T 2 nbsp nicht zu einem Phasenubergang kommt ergibt sich die Enthalpie bei T 2 displaystyle T 2 nbsp wie folgt H T 2 H T 1 T 1 T 2 C p d T displaystyle H T 2 H T 1 int T 1 T 2 mathrm C mathrm p cdot mathrm d T nbsp Wenn die Warmekapazitat C p displaystyle C p nbsp innerhalb des gewahlten Temperaturbereichs ungefahr konstant bleibt kann sie naherungsweise vor das Integral gezogen werden Wenn nun eine Reaktion betrachtet wird ergibt sich fur die Reaktionsenthalpie das Kirchhoffsche Gesetz D H R T 2 D H R T 1 T 1 T 2 D R C p d T displaystyle Rightarrow Delta H mathrm R T 2 Delta H mathrm R T 1 int T 1 T 2 Delta mathrm R C mathrm p cdot mathrm d T nbsp Dabei ergibt sich D R C p displaystyle Delta mathrm R C mathrm p nbsp aus den molaren Warmekapazitaten der an der Reaktion beteiligten Stoffe und ihren zugehorigen stochiometrischen Faktoren n displaystyle nu nbsp D R C p k 1 N n k C p k displaystyle Delta mathrm R C mathrm p sum k 1 N nu mathrm k cdot C mathrm p k nbsp dd Verwandte Grossen BearbeitenBei konstantem Druck Enthalpie Gibbs Energie freie Enthalpie Chemisches PotentialBei konstantem Volumen Innere Energie Helmholtz EnergieEinzelnachweise Bearbeiten Patrik Good 5 Thermodynamik Vorlesungsskript Memento vom 17 Januar 2012 im Internet Archive PDF 1 1 MB S 6 19 S Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Reaktionsenthalpie amp oldid 237083536