Chemische Thermodynamik: Energie, Enthalpie und Spontaneität
Das lernst du
- Ich lese Energiediagramme und unterscheide exotherme und endotherme Reaktionen sowie die Aktivierungsenergie.
- Ich nutze den ersten Hauptsatz als Energieerhaltung, unterscheide Systeme und deute Temperatur als Teilchenbewegung.
- Ich bestimme Wärmemengen mit der Kalorimetergleichung Q = m · c · ΔT.
- Ich berechne molare Reaktionsenthalpien und benenne Bildungs-, Lösungs- und Verbrennungsenthalpie.
- Ich berechne Reaktionsenthalpien mit dem Satz von Hess und mit Bildungsenthalpien.
- Ich erkläre das Lösen von Salzen mit Ionengitter, Solvatation und Ion-Dipol-Wechselwirkungen.
- Ich verknüpfe Gitterenthalpie, Hydratationsenthalpie und Lösungsenthalpie (Leistungskurs).
- Ich beschreibe die Entropie und berechne die Entropieänderung einer Reaktion (Leistungskurs).
- Ich beurteile mit der Gibbs-Helmholtz-Gleichung, ob eine Reaktion freiwillig abläuft (Leistungskurs).
Merksätze
Exotherm: Die Produkte liegen tiefer, Wärme geht an die Umgebung.
Endotherm: Sie liegen höher. Ea ist der Anstieg bis zum Gipfel.
Energie geht nie verloren, sie wechselt nur die Form.
Systeme tauschen Stoff und Energie (offen), nur Energie (geschlossen) oder nichts (isoliert) aus.
Das Wasser nimmt Q = m · c · ΔT auf, c = 4,18 J/(g · K). ΔT ist eine Temperaturdifferenz.
Molare Reaktionsenthalpie: ΔrH = −Q : n, also Wärme je mol.
Zustände stehen als (s), (l), (g) und (aq) in der Gleichung.
Die Reaktionsenthalpie hängt nur von Anfang und Ende ab. ΔrH = Σ ΔfH(P) − Σ ΔfH(E).
Wassermoleküle umlagern die Ionen und lösen sie aus dem Gitter.
Dabei entsteht kein neuer Stoff.
ΔLH = ΔGitterH + ΔHydrH. Das Gitter kostet Energie, die Hydratation liefert sie.
Überwiegt die Hydratation, löst sich das Salz exotherm.
Entropie misst die Zahl der Anordnungsmöglichkeiten: ΔrS = Σ S(Produkte) − Σ S(Edukte).
Sie steigt, wenn mehr Gasteilchen entstehen.
ΔrG = ΔrH − T · ΔrS. Negatives ΔrG heißt freiwillig.
Die Grenztemperatur ist T = ΔrH : ΔrS, mit ΔrS in kJ.
Selbst abfragen
Tippen dreht um, Wischen blättert.Leertaste dreht um, Pfeiltasten blättern.
So geht es – ein Beispiel je Aufgabenart
In einem Energiediagramm liegen die Edukte bei 0 kJ, der Gipfel bei 250 kJ und die Produkte bei 50 kJ. Bestimme: Wie groß ist die Aktivierungsenergie der Hinreaktion?
- Die Hinreaktion beginnt bei den Edukten.
- Der Anstieg reicht vom Niveau 0 kJ bis zum Gipfel bei 250 kJ.
- Ea = 250 kJ − 0 kJ = 250 kJ
Ergebnis: 250 kJ
Welcher Systemtyp liegt bei ein mit Stopfen verschlossenes Reagenzglas im Wasserbad vor?
- Entscheidend ist, ob Stoff die Grenze passiert.
- Ebenso entscheidend ist, ob Energie als Wärme die Grenze passiert.
- Ergebnis: Geschlossenes System, nur Energie wird ausgetauscht.
Ergebnis: Geschlossenes System, nur Energie wird ausgetauscht
500 g Wasser werden von 21,0 auf 25,0 Grad Celsius erwärmt. Bestimme: Wie viel Wärme nimmt das Wasser auf? c = 4,18 J/(g · K).
- ΔT = 25,0 − 21,0 = 4,0 K.
- Q = 500 g · 4,18 J/(g · K) · 4,0 K = 8360 J.
- Das sind 8,36 kJ.
Ergebnis: 8,36 kJ
Beim Lösen von 23,75 g wasserfreies Magnesiumchlorid (95 g/mol) in Wasser gibt die Lösung 38,75 kJ Wärme ab. Bestimme: Wie groß ist der Betrag der molaren Lösungsenthalpie?
- n = 23,75 g : 95 g/mol = 0,25 mol.
- ΔLH = Q : n = 38,75 kJ : 0,25 mol.
- = 155 kJ/mol
Ergebnis: 155 kJ/mol
Wörter
- Produkt
- was herauskommt, wenn man malnimmt
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- PhET-Simulation (University of Colorado Boulder): Moleküle bauen (CC BY-NC 4.0 – nur verlinkt)
- PhET-Simulation (University of Colorado Boulder): pH-Wert von Säuren und Basen (CC BY-NC 4.0 – nur verlinkt)
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