Einführung in die Thermodynamik Warum ist die Thermodynamik interessant?

Einführung in die Thermodynamik

Warum ist die Thermodynamik interessant?


Warum ist die Thermodynamik interessant?

Energie für unsere Zwecke verwenden: Arbeit verrichten


Naphtalin Lift

Marmor mit Salzsäure: exotherme Reaktion

CaCO3 + 2 HCl (aq) H2O (l) + CO2 (g) + CaCl2 (aq)


Naphtalin LiftMarmor mit Salzsäure: exotherme Reaktion

CaCO3 + 2 HCl (aq) H2O (l) + CO2 (g) + CaCl2(aq)

Natriumcarbonat mit Salzsäure: endotherme Reaktion

Na2CO3 + 2 HCl (aq) H2O (l) + CO2 (g) + 2 NaCl(aq)


Mit Hilfe von spontanen Reaktionen kann Arbeit verrichtet werden


Spontane Reaktionen: Gesamtentropie nimmt zu


Änderung der Gesamtentropie =

Änderung der Umgebungsentropie +Änderung der Systementropie


Gesamtentropie = Umgebungsentropie + Systementropie

Umgebungsentropie: Beurteilbar über Reaktionsenthalpie Systementropie: Anzahl Teilchen, Aggregatszustand u.ä.


Aceton

Mischbar mit Benzin: Gesamtentropie nimmt zu

Mischbar mit Wasser: Gesamtentropie nimmt zu

CH3 CH3

O


AcetonMischbar mit Benzin: Gesamtentropie nimmt zu

Mischbar mit Wasser: Gesamtentropie nimmt zuCH3 CH3

O

Systementropie nimmt zu, da Stoffe verteilt werden mit Wasser mit Benzin

Umgebungsentropie nimmt zu, da exotherm

mit WasserX mit Benzin




O

Mischen ist immer durch Zunahme von Systementropie begünstigt, ABER:




O

Mischen ist immer durch Zunahme von Systementropie begünstigt, ABER:

Abnahme Umgebungsentropie kann dagegen wirken


Welche Argumente gibt es für Reaktionsenthalpie bei unserem Beispiel?


Welche Argumente gibt es für Reaktionsenthalpie bei unserem Beispiel?

Zwischenmolekulare Kräfte


Wasser/Wasser

Wasser/Aceton

Aceton/Aceton

VdW klein klein kleinDipol-Dipol ja ja jaH-Brücken ja ja nein


Wasser/Wasser

Wasser/Aceton

Aceton/Aceton

VdW klein klein kleinDipol-Dipol ja ja jaH-Brücken ja ja nein

Mischen exotherm


Benzin/Benzin

Benzin/Aceton

Aceton/Aceton

VdW gross klein kleinDipol-Dipol nein nein jaH-Brücken nein nein nein


Benzin/Benzin

Benzin/Aceton

Aceton/Aceton

VdW gross klein kleinDipol-Dipol nein nein jaH-Brücken nein nein nein

Mischen endotherm


Reaktionsenthalpie


Reaktionsenthalpie

Beispiel: Verbrennung von Ethanol


Reaktionsenthalpie

CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O Bindungen in Edukten müssen gespalten werden:

Energie wird gebrauchtBindungen in Produkten werden neu gebildet: Energie wird frei


Reaktionsenthalpie

CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O Bindungen in Edukten müssen gespalten werden:

Energie wird gebraucht (positives Vorzeichen)Bindungen in Produkten werden neu gebildet: Energie wird frei (negatives Vorzeichen)

Näherung mit mittleren Bindungsenthalpien


Reaktionsenthalpie H

H < 0 H > 0


Reaktionsenthalpie H

H < 0 exothermH > 0 endotherm


Aufgabe: Berechnen Sie die Reaktionswärme für die Verbrennung von 10 g Ethanol mit Hilfe der mittleren Bindungsenthalpien


CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O M=46 g/mol

10 g = 0.22 mol



10 g = 0.22 mol

5* 0.22 mol C-H = 4543 kJ

1*0.22 mol O-H = 101.86 kJ

2*0.22 mol C-C = 153.12 kJ

1*0.22 mol C-O = 78.76 kJ

3*0.22 O=0 = 326.7 kJ 2*2*0.22 C=O = 706.64 kJ

3*2*0.22 mol H-O = 611.16 kJ



10 g = 0.22 mol

5* 0.22 mol C-H = 454.3 kJ

1*0.22 mol O-H = 101.86 kJ

2*0.22 mol C-C = 153.12 kJ

1*0.22 mol C-O = 78.76 kJ

3*0.22 O=0 = 326.7 kJ 2*2*0.22 C=O = 706.64 kJ

3*2*0.22 mol H-O = 611.16 kJ

788.04 kJ - 1317.8 kJ


CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O M=46 g/mol10 g = 0.22 mol

5* 0.22 mol C-H = 454.3 kJ

1*0.22 mol O-H = 101.86 kJ

1*0.22 mol C-C = 76.56 kJ

1*0.22 mol C-O = 78.76 kJ

3*0.22 O=0 = 326.7 kJ

2*2*0.22 C=O = 706.64 kJ

3*2*0.22 mol H-O = 611.16 kJ

1038.18 kJ - 1317.8 kJ

H = -279.62 kJ


Gitterenergie muss aufgewendet werdenHydratationsenergie wird frei

Nettoenergie = Reaktionsenthalpie


Lösungsenthalpien von Ionenverbindungen

Lösungswärme = Gitterenthalpie - Hydratationsenthalpie


Aufgabe: Berechnen Sie die Lösungswärme für die im Experiment untersuchten Salze. Nehmen Sie an, dass Sie jeweils 1 g des Salzes gelöst haben.

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