Abschätzen der Reaktionsenthalpie: Unterschied zwischen den Versionen

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Jede Reaktion ist von einem Energieumsatz begleitet. [[Die Reaktionsenthalpie ∆H]] (Delta H) ist die Wärmeenergie, die bei einer Reaktion abgegeben oder aufgenommen wird.
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Bei jeder Reaktion wird '''Energie''' umgesetzt. Als [[Die_Reaktionsenthalpie_%CE%94H |Reaktionsenthalpie ∆H]] (Delta H) wird die '''Wärmeenergie''' bezeichnet, die bei einer Reaktion '''freigesetzt (exotherme Reaktion''') oder '''aufgenommen (endotherme Reaktion)''' wird.
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[[image:Chemiewikigrafikendoexo.png|thumb|right|Wärmeabgabe an Umgebung]]
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[[image:Betrachtung_im_Energiediagramm.JPG|thumb|right|Betrachtung im Energiediagramm]]
  
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Ganz allgemein gilt, wenn ∆H '''positiv''' ist, dann ist die Reaktion '''endotherm''' bzw. wenn ∆H '''negativ''' ist, dann ist die Reaktion '''exotherm'''.
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Reaktionen verlaufen dann exotherm wenn aus energiereichen Edukten mit schwachen Bindungen, energiearme Produkte mit starken Bindungen entstehen. Bei der endothermen Reaktion ist dies genau umgekehrt, das enstandene Produkt ist energiereicher als die Edukte.
  
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Bitte aufpassen, die '''Reaktionsenthalpie''' ist '''nicht''' dasselbe wie [[die Standardbildungsenthalpie ∆H°f]]. (Siehe [[Betrachtung im Energiediagramm]] unten)
 
  
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Das heisst im Allgemeinen, wenn '''∆H >0''' ist, handelt es sich um eine '''endotherme'''  Reaktion, bei '''∆H <0''' um eine '''exotherme'''.
  
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== Betrachtung im Energiediagramm ==
 
  
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[[image:Betrachtung_im_Energiediagramm.JPG|thumb|middle|Betrachtung im Energiediagramm]]
 
  
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Bitte siehe Bild "Betrachtung im Energiediagramm" (rechts)
 
  
  
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==Das Abschätzen:==
  
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Um die Reaktionsenthalpie abzuschätzen, muss man den Zusammenhang zwischen der '''Bindungsstärke''' und dem '''Energiegehalt''' des Teilchens berücksichtigen.
  
  
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== Prinzip ==
 
  
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Das Prinzip beruht auf dem Abschätzen vom Zusammenhang zwischen der '''Bindungsstärke''' und dem '''Energiegehalt''' eines Teilchens. Die Bindungsstärke bezieht sich auf die Bindung zwischen den Teilchen und die Bindungsenergie auf die Atome. Die Bindungsstärke kann stark oder schwach sein, die Bindungsenergie gross oder klein.
 
  
  
  
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== Grundlagen um abzuschätzen ==
 
  
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[[Bild:Metallgitter.gif|thumb|right|Beispiel: Metalle weisen im allgemeinen schwache Bindungen auf und sind deshalb energiereich]]
  
  
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=== Die Bindungen zwischen den Teilchen ===
 
  
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* [[Die Ionenbindung]] (zwischen Nichtmetallen und Metallen)
 
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* [[Die Elektronenpaarbindung]] (zwischen Nichtmetallen)
 
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* [[Die Metallbindung]] (zwischen Metallen)
 
  
  
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==== Die Ionenbindung ====
 
  
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Die Ionenbindung besteht zwischen '''Nichtmetallen''' und '''Metallen'''. Sie ist der stärkste Bindungstyp und somit ist der Stoff, der eine Ionenbindung besitzt, sehr '''energiearm'''. Die Stoffe, die eine Ionenbindung haben, nennt man '''Salze'''.
 
  
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Bei den Salzen muss auf die '''Ladung''' und die '''Grösse der Atome''' geachtet werden um die Bindungsstärke und den Energiegehalt abschätzen zu können.
 
  
  
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Beispiel 1 : Ist Na<sup>+</sup>Cl<sup>-</sup> oder Mg<sup>2+</sup>O<sup>2-</sup> stärker miteinander verbunden?
 
  
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&rarr; Mg<sup>2+</sup>O<sup>2-</sup> mit der Begründung, dass es eine mehrfach geladene Bindung ist
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'''Energiereiche''' '''Stoffe''' enthalten '''schwache Bindungen.'''
  
  
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Beispiel 2 : Ist "o<sup>+</sup>o<sup>-</sup>"  oder "O<sup>+</sup>O<sup>-</sup>"  stärker miteinander verbunden?
 
  
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&rarr; "o<sup>+</sup>o<sup>-</sup>" mit der Begründung, dass der Radius des Teilchens kleiner ist
 
  
  
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Das alles lässt sich mithilfe des '''Coulombgesetzes''' erklären.
 
  
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[ [[Coulombgesetz]] : F~(Q1*Q2)/r^2 ] wobei Q1 und Q2 die Ionenladungen der einzelnen Ionen sind und r der Ionenradius ist
 
  
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Aus diesem Gesetz kann man Folgendes schliessen :
 
  
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Je grösser die Ladung, desto stärker die Bindung.
 
  
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Je kleiner der Radius, desto stärker die Bindung.
 
  
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[[Bild:Kubisch-flaechenzentriert.png|thumb|right|Salze weisen starke Bindungen auf und sind deshalb energiearm]]
  
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==== Die Elektronenpaarbindung ====
 
  
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Die Elektronenpaarbindung besteht zwischen '''Nichtmetallen'''. Dieser Bindungstyp besitzt starke wie auch schwache Bindungen, somit kann der Stoff, der eine Elektronenpaarbindung besitzt, '''energiearm oder -reich''' sein. Die Stoffe, die eine Elektronenpaarbindung haben, nennt man '''Moleküle'''.
 
  
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Bei den Molekülen muss auf die '''Polarität''' und die '''Einfach- bzw. Mehrfachbindung''' geachtet werden.
 
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(Die Polarität wird anhand der [[Elektronegativität]] ermittelt.)
 
  
  
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Eine '''starke Bindung''' liegt vor, wenn das Molekül '''polar''' ist und eine '''Mehrfachbindung''' besitzt. Ein Stoff mit einer starken Bindung ist energiearm.
 
  
  
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Beispiel zur Ermittlung der Polarität : EN von H<sub>2</sub>O  3.5 - 2.1 = 1.4 = polar & EN von CO<sub>2</sub>  3.5 - 2.5 = 1.0 = polar
 
  
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Beispiel Mehrfachbindung : N<sub>2</sub> hat eine Dreifachbindung
 
  
  
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Eine '''schwache Bindung''' liegt vor, wenn das Molekül '''unpolar''' ist und eine '''Einfachbindung''' besitzt. Ein Stoff mit einer schwachen Bindung ist energiereich.
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'''Energiearme''' '''Stoffe''' hingegen besitzen '''starke Bindungen.'''
  
  
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Beispiel zur Ermittlung der Polarität : EN von HI  2.5 - 2.1 = 0.4 = unpolar & alle Stoffe die gleiche Teile haben (H<sub>2</sub>, N<sub>2</sub>)
 
  
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Beispiel Einfachbindung : H<sub>2</sub> hat eine Einfachbindung
 
  
  
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(Die '''Grenze der Polarität''' liegt bei EN = 0.5, d.h. wenn die EN einer Bindung gleich oder grösser 0.5 ist, so ist die Bindung polar, liegt die EN unter 0.5, so ist die Bindung unpolar.)
 
  
  
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==== Die Metallbindung ====
 
  
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Die Metallbindung besteht zwischen '''Metallen'''. Sie ist der schwächste Bindungstyp und somit ist der Stoff, der eine Metallbindung besitzt, sehr '''energiereich'''. Die Stoffe, die eine Metallbindung haben, nennt man '''Metalle'''. Die Metalle sind im Allgemeinen '''sehr reaktiv''', jedoch gibt es '''Ausnahmen''', nämlich die '''Edelmetalle''' (zum Beispiel Gold oder Platin).
 
  
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Bei Metallen muss darauf geachtet werden, ob es sich um ein '''Metall''' oder ein '''Edelmetall''' (rechte Spalte im [[Periodensystem]]) handelt.
 
  
  
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=== Anwendung ===
 
  
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[[image:Anwendung.JPG|thumb|middle|Anwendung mithilfe Reaktionsgleichung]]
 
  
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Bitte siehe zuerst Bild "Anwendung mithilfe Reaktionsgleichung" (rechts)
 
  
  
  
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Wie man sieht, ist alles abhängig vom Bindungstyp, denn davon hängt ab, wie stark die Bindung bzw. wie gross der Energiegehalt des Stoffes ist und damit wird der Wert von ∆H bestimmt.
 
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Zusammengefasst ist zu sagen, dass wenn man weiss, was für eine Bindung vorliegt und dadurch den Energiegehalt der einzelnen Stoffe abschätzt, man ∆H ebenfalls abschätzen kann und somit entscheidet, ob eine Reaktion endo- oder exotherm verläuft.
 
  
  
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==Grundlagen um abzuschätzen:==
  
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== Nutzen des Wertes ∆H ==
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===Die Bindungstypen===
  
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Der Wert von ∆H wird gebraucht um etwas über [[die Spontanität ∆G]] einer Reaktion sagen zu können.
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*[[III_Bindungslehre |Elektronenpaarbindungen]]
  
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Es gibt zwei Faktoren, die zu beachten sind, wenn man die Spontanität einer Reaktion betrachtet, nämlich die Energie und [[die Entropie ∆S]]. Die Energie wird durch ∆H definiert, d. h. anhand von ∆H kann man sagen, ob eine Reaktion endo- bzw. exotherm verläuft und anhand der Entropie lässt sich sagen, ob eine Reaktion wahrscheinlich ist oder nicht. Ist der Entropiewert gross, so ist der Zustand des entstehenden Stoffes wahrscheinlich, und umgekehrt, ist der Entropiewert klein, so ist der Zustand des entstehenden Stoffes unwahrscheinlich. Die Spontanität einer Reaktion wird noch durch einen dritten Faktor bestimmt, nämlich die Temperatur, bei deren die Reaktion abläuft.
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*[[Grundlagen_der_Ionenbindung |Ionenbindungen]]
  
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*[[C_Metallbindung |Metallbindungen]]
  
  
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== Quellen ==
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====Elektronenpaarbindungen====
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* Chemieunterlagen
 
  
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Zwischen '''Nichtmetallen''' besteht die Elektronenpaarbindung. Diese Stoffe werden auch Moleküle genannt. Sie besitzen '''schwache''' und '''starke Bindungen''', können daher '''energiereich''' '''oder''' '''–arm''' sein.
  
  
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== Weblinks ==
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Um diese nun unterscheiden zu können. Muss man die '''Polarität''' und die '''Art der Bindung''' untersuchen.
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* [http://swisseduc.ch/chemie/ Swisseduc] – Unterrichtsserver für Chemie
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Die Polarität wird anhand der [[Elektronegativität]] ermittelt.
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'''Mehrfach'''- und '''polare Bindung''' führen zu '''starken Bindungen''', dass heisst der Stoff ist energiearm.
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&rarr; ''Beispiel für polare Bindungen: H<sub>2</sub>O, CO<sub>2</sub>''
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&rarr; ''Beispiel für eine Mehrfachbindung: N<sub>2</sub>''
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'''Einfach-''' und '''unpolare Bindungen''' führen zu '''energiereichen''' Stoffen.
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&rarr; ''Beispiel: H2 besitzt eine Einfachbindung''
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====Ionenbindungen====
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Salze bestehen aus Ionenbindungen, also Bindungen zwischen Metallen und Nichtmetallen. Die Stoffe sind '''sehr energiearm''', da die '''Bindungskräfte''' zwischen den Teilchen '''sehr gross''' sind.
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Um wiederum die Bindungskraft abschätzen zu können muss man die [[Grundlagen_der_Ionenbindung |Ladung und Grösse der Atome berücksichtigen]].
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====Metallbindungen====
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Bindungen zwischen Metallen sind '''sehr energiereich''', da sie die [[C_Metallbindung |schwächsten Bindungen]] zwischen den Teilchen haben.
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Es gilt einzig zu beachten ob man es mit einem Metal oder einem [[Metalle und Nichtmetalle |Edelmetal]] zu tun hat. Da nur erstere sehr energiereich sind.
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===Anwendung===
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Sofern man weiss, welche Bindungen vorliegen, kann man den Energiergehalt der einzelnen Stoffe abschätzen und daraus die Reaktionsenthalpie berechnen. Aus ∆H kann man nun ableiten ob es sich um eine exotherme oder endotherme Reaktion handelt.
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==Verwendung==
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Die Reaktionsenthalpie wird zusammen mit der [[Die_Entropie_%CE%94S |die Entropie ∆S]] benötigt, wenn man [[Die_freie_Enthalpie_%CE%94G |die freie Enthalpie ∆G]] einer Reaktion herausfinden will. Wobei die Entropie für die Wahrscheinlichkeit einer Reaktion steht. Ist sie gross ist die Wahrscheinlichkeit dass ein Stoff entsteht gross, ist sie klein ist die Wahrscheinlichkeit gering.
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Auch nicht zu vergessen ist die Temperatur, diese trägt zur Spontanität massgebend bei!
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==Messen der Reaktionsenthalpie:==
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Um die Reaktionsenthalpie zu messen, verwendet man sogenannte Kalorimeter. Dies ist ein nach aussen isoliertes Gefäss, welches die gesamte Wärme aufnimmt. Nun wird die Temperatur vor und nach der Reaktion gemessen und daraus die Reaktionsenthalpie abgeleitet.
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==Quellen==
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*Chemieunterlagen
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*[http://de.wikipedia.org/wiki/Reaktionsenthalpie wikipedia]
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*Elemente, öbvhpt VerlagsgmbH & Co. KG, Wien 2006, ISBN-10: 3-209-04924-6

Aktuelle Version vom 18. Mai 2020, 20:08 Uhr

Bei jeder Reaktion wird Energie umgesetzt. Als Reaktionsenthalpie ∆H (Delta H) wird die Wärmeenergie bezeichnet, die bei einer Reaktion freigesetzt (exotherme Reaktion) oder aufgenommen (endotherme Reaktion) wird.

Wärmeabgabe an Umgebung
Betrachtung im Energiediagramm

Reaktionen verlaufen dann exotherm wenn aus energiereichen Edukten mit schwachen Bindungen, energiearme Produkte mit starken Bindungen entstehen. Bei der endothermen Reaktion ist dies genau umgekehrt, das enstandene Produkt ist energiereicher als die Edukte.


Das heisst im Allgemeinen, wenn ∆H >0 ist, handelt es sich um eine endotherme Reaktion, bei ∆H <0 um eine exotherme.





Das Abschätzen:

Um die Reaktionsenthalpie abzuschätzen, muss man den Zusammenhang zwischen der Bindungsstärke und dem Energiegehalt des Teilchens berücksichtigen.






Beispiel: Metalle weisen im allgemeinen schwache Bindungen auf und sind deshalb energiereich






Energiereiche Stoffe enthalten schwache Bindungen.






Salze weisen starke Bindungen auf und sind deshalb energiearm






Energiearme Stoffe hingegen besitzen starke Bindungen.










Grundlagen um abzuschätzen:

Die Bindungstypen


Elektronenpaarbindungen

Zwischen Nichtmetallen besteht die Elektronenpaarbindung. Diese Stoffe werden auch Moleküle genannt. Sie besitzen schwache und starke Bindungen, können daher energiereich oder –arm sein.


Um diese nun unterscheiden zu können. Muss man die Polarität und die Art der Bindung untersuchen. Die Polarität wird anhand der Elektronegativität ermittelt.


Mehrfach- und polare Bindung führen zu starken Bindungen, dass heisst der Stoff ist energiearm.


→ Beispiel für polare Bindungen: H2O, CO2


→ Beispiel für eine Mehrfachbindung: N2


Einfach- und unpolare Bindungen führen zu energiereichen Stoffen.


→ Beispiel: H2 besitzt eine Einfachbindung


Ionenbindungen

Salze bestehen aus Ionenbindungen, also Bindungen zwischen Metallen und Nichtmetallen. Die Stoffe sind sehr energiearm, da die Bindungskräfte zwischen den Teilchen sehr gross sind.

Um wiederum die Bindungskraft abschätzen zu können muss man die Ladung und Grösse der Atome berücksichtigen.


Metallbindungen

Bindungen zwischen Metallen sind sehr energiereich, da sie die schwächsten Bindungen zwischen den Teilchen haben. Es gilt einzig zu beachten ob man es mit einem Metal oder einem Edelmetal zu tun hat. Da nur erstere sehr energiereich sind.


Anwendung

Anwendung mithilfe Reaktionsgleichung










Sofern man weiss, welche Bindungen vorliegen, kann man den Energiergehalt der einzelnen Stoffe abschätzen und daraus die Reaktionsenthalpie berechnen. Aus ∆H kann man nun ableiten ob es sich um eine exotherme oder endotherme Reaktion handelt.

Verwendung

Die Reaktionsenthalpie wird zusammen mit der die Entropie ∆S benötigt, wenn man die freie Enthalpie ∆G einer Reaktion herausfinden will. Wobei die Entropie für die Wahrscheinlichkeit einer Reaktion steht. Ist sie gross ist die Wahrscheinlichkeit dass ein Stoff entsteht gross, ist sie klein ist die Wahrscheinlichkeit gering. Auch nicht zu vergessen ist die Temperatur, diese trägt zur Spontanität massgebend bei!


Messen der Reaktionsenthalpie:

Um die Reaktionsenthalpie zu messen, verwendet man sogenannte Kalorimeter. Dies ist ein nach aussen isoliertes Gefäss, welches die gesamte Wärme aufnimmt. Nun wird die Temperatur vor und nach der Reaktion gemessen und daraus die Reaktionsenthalpie abgeleitet.


Quellen

  • Chemieunterlagen
  • wikipedia
  • Elemente, öbvhpt VerlagsgmbH & Co. KG, Wien 2006, ISBN-10: 3-209-04924-6
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