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 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)

Mit Hilfe von spontanen Reaktionen kann Arbeit verrichtet werden

Spontane Reaktionen: Gesamtentropie nimmt zu

Änderung der Gesamtentropie = Änderung der Umgebungsentropie + Änderung der Systementropie

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

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

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

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:

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

Welche Argumente gibt es für Reaktionsenthalpie bei unserem Beispiel?

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

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

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

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

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

Reaktionsenthalpie

Reaktionsenthalpie Beispiel: Verbrennung von Ethanol

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

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 DH

Reaktionsenthalpie DH DH < 0 exotherm DH > 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

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 = 326.7 kJ 2*2*0.22 C=O = 706.64 kJ 1*0.22 mol O-H = 101.86 kJ 3*2*0.22 mol H-O = 611.16 kJ 2*0.22 mol C-C = 153.12 kJ 1*0.22 mol C-O = 78.76 kJ

CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O M=46 g/mol 10 g = 0.22 mol 5* 0.22 mol C-H = 454.3 kJ 3*0.22 O=0 = 326.7 kJ 2*2*0.22 C=O = 706.64 kJ 1*0.22 mol O-H = 101.86 kJ 3*2*0.22 mol H-O = 611.16 kJ 2*0.22 mol C-C = 153.12 kJ 1*0.22 mol C-O = 78.76 kJ 788.04 kJ - 1317.8 kJ

CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O D H = -279.62 kJ M=46 g/mol 5* 0.22 mol C-H = 454.3 kJ 3*0.22 O=0 = 326.7 kJ 1*0.22 mol O-H = 101.86 kJ 2*2*0.22 C=O = 706.64 kJ 1*0.22 mol C-C = 76.56 kJ 3*2*0.22 mol H-O = 611.16 kJ 1*0.22 mol C-O = 78.76 kJ 1038.18 kJ - 1317.8 kJ D H = -279.62 kJ

Gitterenergie muss aufgewendet werden Hydratationsenergie 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.