Einführung in die Thermodynamik Warum ist die Thermodynamik interessant?

Einführung in die Thermodynamik

Warum ist die Thermodynamik interessant?

Einführung in die Thermodynamik

Warum ist die Thermodynamik interessant?

Energie für unsere Zwecke verwenden: Arbeit verrichten

Einführung in die Thermodynamik

Naphtalin Lift

Marmor mit Salzsäure: exotherme Reaktion

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

Einführung in die Thermodynamik

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)

Einführung in die Thermodynamik

Mit Hilfe von spontanen Reaktionen kann Arbeit verrichtet werden

Einführung in die Thermodynamik

Spontane Reaktionen: Gesamtentropie nimmt zu

Einführung in die Thermodynamik

Änderung der Gesamtentropie =

Änderung der Umgebungsentropie +Änderung der Systementropie

Einführung in die Thermodynamik

Gesamtentropie = Umgebungsentropie + Systementropie

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

Einführung in die Thermodynamik

Aceton

Mischbar mit Benzin: Gesamtentropie nimmt zu

Mischbar mit Wasser: Gesamtentropie nimmt zu

CH3 CH3

O

Einführung in die Thermodynamik

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

Einführung in die Thermodynamik

AcetonMischbar mit Benzin: Gesamtentropie nimmt zu

Mischbar mit Wasser: Gesamtentropie nimmt zuCH3 CH3

O

Mischen ist immer durch Zunahme von Systementropie begünstigt, ABER:

Einführung in die Thermodynamik

AcetonMischbar mit Benzin: Gesamtentropie nimmt zu

Mischbar mit Wasser: Gesamtentropie nimmt zuCH3 CH3

O

Mischen ist immer durch Zunahme von Systementropie begünstigt, ABER:

Abnahme Umgebungsentropie kann dagegen wirken

Einführung in die Thermodynamik

Welche Argumente gibt es für Reaktionsenthalpie bei unserem Beispiel?

Einführung in die Thermodynamik

Welche Argumente gibt es für Reaktionsenthalpie bei unserem Beispiel?

Zwischenmolekulare Kräfte

Einführung in die Thermodynamik

Wasser/Wasser

Wasser/Aceton

Aceton/Aceton

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

Einführung in die Thermodynamik

Wasser/Wasser

Wasser/Aceton

Aceton/Aceton

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

Mischen exotherm

Einführung in die Thermodynamik

Benzin/Benzin

Benzin/Aceton

Aceton/Aceton

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

Einführung in die Thermodynamik

Benzin/Benzin

Benzin/Aceton

Aceton/Aceton

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

Mischen endotherm

Einführung in die Thermodynamik

Reaktionsenthalpie

Einführung in die Thermodynamik

Reaktionsenthalpie

Beispiel: Verbrennung von Ethanol

Einführung in die Thermodynamik

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

Einführung in die Thermodynamik

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

Einführung in die Thermodynamik

Reaktionsenthalpie H

H < 0 H > 0

Einführung in die Thermodynamik

Reaktionsenthalpie H

H < 0 exothermH > 0 endotherm

Einführung in die Thermodynamik

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

Einführung in die Thermodynamik

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

10 g = 0.22 mol

Einführung in die Thermodynamik

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

Einführung in die Thermodynamik

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

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

Einführung in die Thermodynamik

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

Einführung in die Thermodynamik

Gitterenergie muss aufgewendet werdenHydratationsenergie wird frei

Nettoenergie = Reaktionsenthalpie

Einführung in die Thermodynamik

Lösungsenthalpien von Ionenverbindungen

Lösungswärme = Gitterenthalpie - Hydratationsenthalpie

Einführung in die Thermodynamik

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