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Warum ist die Thermodynamik interessant?. Energie für unsere Zwecke verwenden: Arbeit verrichten. Warum ist die Thermodynamik interessant?. Naphtalin Lift. Marmor mit Salzsäure: exotherme Reaktion. CaCO 3 + 2 HCl (aq) H 2 O (l) + CO 2 (g) + CaCl 2 (aq). - PowerPoint PPT Presentation
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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.