Die folgende Präsentation illustriert die Teilkapitel 5. 2 bis 5. 4

Präsentation zum Thema: "Die folgende Präsentation illustriert die Teilkapitel 5. 2 bis 5. 4"—  Präsentation transkript:

1 Die folgende Präsentation illustriert die Teilkapitel 5. 2 bis 5. 4
Die folgende Präsentation illustriert die Teilkapitel 5.2 bis 5.4. aus dem Buch „Chemie verstehen“ (Wawra/Dolznig/Müllner). Da die Texte teilweise übereinander gelegt sind, muss man im Power-Point auf schalten, um alle Texte und Animationen sehen zu können. Viel Vergnügen. Edgar Wawra Bildschirm-Präsentationen Chemische Prozesse werden durch Energie oder meistens durch Enthalpie angetrieben. Eine Reaktion findet statt, wenn die Enthalpie H dabei verringert wird, das heißt, wenn die Differenz Enthalpie(nachher) – Enthalpie(vorher) negativ ist. DH = SHProdukte - SHSubstrate Enthalpie ? ? ? ? Wieso nicht Energie ? ? ? ? ? ? ? ? Was ist der Unterschied ? Ein Ball rollt freiwillig immer hinunter, nie hinauf: m vorher DHöhe = 0.5m – 2m = negativ ! nachher 0.5m ----

2 Beides, innere Energie und Enthalpie sind Formen von Energie!
Der Unterschied ist sehr gering bei Flüssigkeiten, aber groß bei Gasen! Sie wollen eine Flasche Wein erhitzen, um Glühwein daraus zu machen. Also erhitzen wir die Flasche bis sie 100°C hat, damit haben wir Energie – in Form von Wärme – hineingesteckt, die innere Energie DU der Flasche hat zugenommen. 100°C Den Unterschied könnte man auch erkennen, wenn man die geschlossene Flasche – von vorher – öffnet. (Aufpassen, heiß, sie hat immer noch 100°C, und steht jetzt unter erhöhtem Druck.) Dann wird sich der Wein sofort ausdehnen, und er benötigt dazu Energie, der Wein wird sich daher bei dieser Ausdehnung etwas abkühlen. Dv 100°C Das ist allerdings eine ungewöhnliche Methode. Vernünftiger wäre es, den Wein in einen Topf zu leeren und offen zu erhitzen. Dann dehnt sich der Wein beim Erhitzen aber aus, dabei muss die Volumsvermehrung DV gegen den äußeren Druck p erfolgen, das braucht daher mehr Energie. Diese höhere Gesamtenergie nennt man Enthalpie DH. DU Innere Energie DH = DU + p.Dv Enthalpie v = konstant Druck p = konstant 100°C Dv Im normalen Leben haben wir meistens offene Systeme unter konstantem Druck, daher sollten wir den Ausdruck Enthalpie verwenden. 99°C

3 Es gibt jedoch neben Energie noch eine zweite Größe, die die Richtung einer Reaktion beeinflusst:
Entropie niedrig hoch Geht freiwillig immer nur in eine Richtung !!! Ordnung Unordnung Information Desinformation niedrige Wahrscheinlichkeit hohe

4 Im Gegensatz zu Enthalpie, die ein Minimum erreichen will, strebt Entropie in Richtung Maximum, will also immer größer werden. Entropie niedrig hoch Geht freiwillig immer nur in eine Richtung !!!

5 Der Grund: ganz wenige, geordnete Zustände konkurrieren mit einer enormen Anzahl ungeordneter. Es ist praktisch ausgeschlossen, dass von selbst – durch Zufall – ein geordneter Zustand entsteht. Dabei gab es keine Änderung der Energie, nichts würde dagegen sprechen, dass Sie ungekämmt schlafen gehen, und am nächsten Morgen mit perfekter Frisur erwachen. Doch die Entropie lässt das nicht zu. Um Ihre Haare wieder in Form zu bringen müssen Sie Energie – in Form von Muskelarbeit – investieren, während Sie sich kämmen. Ein anderes Beispiel: Sie haben sich am Abend besonders schön gekämmt: Aber, nachdem Sie im Bett waren, sind Ihre Haare am nächsten Morgen in Unordnung! Die Entropie Ihrer Haare hat – ganz von selbst – zugenommen. Entropie niedrig hoch

6 Und Ihre Haare sind umso mehr in Unordnung, je mehr Sie sich im Bett bewegt haben. Das entspricht auf molekularer Basis der Bewegung der Moleküle = der Wärme. Die Entropie S ist umso mächtiger, je höher die Temperatur ist. Entropie multipliziert mit der Temperatur hat die Dimension einer Energie. Entropie geht in die andere Richtung als Enthalpie, daher das Minus - DG = DH T. DS Deshalb wird die Änderung der Entropie … und mit der Enthalpie gekoppelt mit der Temperatur (in Kelvin !!!) multipliziert Das ergibt eine neue Größe, die freie Enthalpie wird in schlampigen Übersetzungen aus dem Englischen häufig auch als freie Energie bezeichnet.

7 - - S S T. G H DG = DH T. DS Spontan will steigen sinken will sinken
Das Minus dreht die Richtung um will sinken will sinken will sinken - DG = DH T. DS und endet wenn G sein Minimum erreicht hat. Eine chemische Reaktion verläuft nur so lange, als G sinkt, Die Reaktion kann entweder durch eine Abnahme von H, oder durch eine Zunahme von S angetrieben werden.

8 H S G Das soll eine ganz einfache Gleichung zeigen: A B A
Die Enthalpie geht in einer Geraden von A nach B. Wir machen jetzt ein Diagramm des Reaktionsverlaufes, ganz links ist nur A, nach rechts nimmt A ab und B wird mehr, bis ganz rechts nur reines B steht. Die Ordinate zeigt uns nacheinander die Werte von H, S und G. rein rein B Mischung Die Entropie hat das Maximum in der Mischung und zeigt Minima bei reinem A oder reinem B. S rein Mischung A B Die freie Enthalpie ist die Kombination beider, mit dem tiefsten Punkt zwischen reinem A und reinem B, aber näher dem – energieärmeren – B. G Die Addition aus beiden ergibt die freie Enthalpie. Und jetzt ziehen wir die Entropie herunter, drehen sie aber um (weil minus): Wir können jetzt die Enthalpie herunterziehen. A B An diesem Punkt ist das chemische Gleichgewicht erreicht, hier gilt das Massenwirkungsgesetz.

9 Ende der Präsentation G
Das soll eine ganz einfache Gleichung zeigen: A B Ende der Präsentation Jede beliebige Mischung von beiden Seiten wird diesen Punkt erreichen wollen. G A B An diesem Punkt ist das chemische Gleichgewicht erreicht, hier gilt das Massenwirkungsgesetz.