Warum ist die Thermodynamik interessant?

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1 Warum ist die Thermodynamik interessant?

2 Warum ist die Thermodynamik interessant?
Energie für unsere Zwecke verwenden: Arbeit verrichten

3 Naphtalin Lift Marmor mit Salzsäure: exotherme Reaktion
CaCO3 + 2 HCl (aq) H2O (l) + CO2 (g) + CaCl2 (aq)

4 Naphtalin Lift Marmor 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)

5 Mit Hilfe von spontanen Reaktionen kann Arbeit verrichtet werden

6 Spontane Reaktionen: Gesamtentropie nimmt zu

7 Änderung der Gesamtentropie = Änderung der Umgebungsentropie + Änderung der Systementropie

8 D Gesamtentropie = D Umgebungsentropie + D Systementropie
Umgebungsentropie: Beurteilbar über Reaktionsenthalpie D Systementropie: Anzahl Teilchen, Aggregatszustand u.ä.

9 Aceton Mischbar mit Wasser: Gesamtentropie nimmt zu Mischbar mit Benzin: Gesamtentropie nimmt zu

10 Systementropie nimmt zu, da Stoffe verteilt werden
Mischbar mit Wasser: Gesamtentropie nimmt zu Mischbar mit Benzin: Gesamtentropie nimmt zu Aceton Systementropie nimmt zu, da Stoffe verteilt werden Umgebungsentropie nimmt zu, da exotherm mit Wasser mit Benzin mit Wasser mit Benzin

11 Mischen ist immer durch Zunahme von Systementropie begünstigt, ABER:
Mischbar mit Wasser: Gesamtentropie nimmt zu Mischbar mit Benzin: Gesamtentropie nimmt zu Aceton Mischen ist immer durch Zunahme von Systementropie begünstigt, ABER:

12 Mischen ist immer durch Zunahme von Systementropie begünstigt, ABER:
Mischbar mit Wasser: Gesamtentropie nimmt zu Mischbar mit Benzin: Gesamtentropie nimmt zu Aceton Mischen ist immer durch Zunahme von Systementropie begünstigt, ABER: Abnahme Umgebungsentropie kann dagegen wirken

13 Welche Argumente gibt es für Reaktionsenthalpie bei unserem Beispiel?

14 Zwischenmolekulare Kräfte
Welche Argumente gibt es für Reaktionsenthalpie bei unserem Beispiel? Zwischenmolekulare Kräfte

15 Wasser/Wasser Wasser/Aceton Aceton/Aceton VdW klein Dipol-Dipol ja H-Brücken nein

16 Wasser/Wasser Wasser/Aceton Aceton/Aceton VdW klein Dipol-Dipol ja H-Brücken nein Mischen exotherm

17 Benzin/Benzin Benzin/Aceton Aceton/Aceton VdW gross klein Dipol-Dipol nein ja H-Brücken

18 Benzin/Benzin Benzin/Aceton Aceton/Aceton VdW gross klein Dipol-Dipol nein ja H-Brücken Mischen endotherm

19 Reaktionsenthalpie

20 Reaktionsenthalpie Beispiel: Verbrennung von Ethanol

21 Reaktionsenthalpie CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O
Bindungen in Edukten müssen gespalten werden: Energie wird gebraucht Bindungen in Produkten werden neu gebildet: Energie wird frei

22 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

23 Reaktionsenthalpie DH

24 Reaktionsenthalpie DH
DH < exotherm DH > endotherm

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

26 CH3CH2OH + 3 O CO H2O M=46 g/mol 10 g = 0.22 mol

27 CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O M=46 g/mol 10 g = 0.22 mol
5* 0.22 mol C-H = 4543 kJ 3*0.22 O=0 = kJ 2*2*0.22 C=O = kJ 1*0.22 mol O-H = kJ 3*2*0.22 mol H-O = kJ 2*0.22 mol C-C = kJ 1*0.22 mol C-O = kJ

28 CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O M=46 g/mol 10 g = 0.22 mol
5* 0.22 mol C-H = kJ 3*0.22 O=0 = kJ 2*2*0.22 C=O = kJ 1*0.22 mol O-H = kJ 3*2*0.22 mol H-O = kJ 2*0.22 mol C-C = kJ 1*0.22 mol C-O = kJ kJ kJ

29 CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O D H = -279.62 kJ M=46 g/mol
5* 0.22 mol C-H = kJ 3*0.22 O=0 = kJ 1*0.22 mol O-H = kJ 2*2*0.22 C=O = kJ 1*0.22 mol C-C = kJ 3*2*0.22 mol H-O = kJ 1*0.22 mol C-O = kJ kJ kJ D H = kJ

30 Gitterenergie muss aufgewendet werden Hydratationsenergie wird frei Nettoenergie = Reaktionsenthalpie

31 Lösungsenthalpien von Ionenverbindungen
Lösungswärme = Gitterenthalpie - Hydratationsenthalpie

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