Berechnung der Reaktionsenthalpie

Die Reaktionsenthalpie ΔH ist die Energie, die bei seiner Reaktion abgegeben oder aufgenommen wird. Diese kann sowohl abgeschätzt (siehe Abschätzen der Reaktionsenthalpie) als auch mit folgender Formel berchnet werden:

∆H = ∑∆H°f (Produkte) − ∑∆H°f (Edukte)

Die Berechnung

Die allgemein gültige Formel ist: ∆H = ∑∆H°f (Produkte) − ∑∆H°f (Edukte)

Die Reaktionsenthalpie ist gleich alle Standardbildungsenthalpien ∆H°f der Produkte minus alle Standardbildungsenthalpien ∆H°f der Edukte.

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Erklärung der Zeichen :

∑ = Summenzeichen

∆H = Delta H

"°" = Null → Standardbedingungen (Temp. : 25°C & Druck (p) : 1.01 bar)

f = formaiton (Bildung)

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Jeder Stoff hat einen Standardbildungsenthalpiewert ∆H°f, welcher als Hilfswert zur Berechnung der Reaktionsenthalpie dient.

Die Standardbildungsenthalpie bei Verbindungen ist die Energie, die frei wird oder aufgewendet werden muss, wenn 1 Mol einer Verbindung aus den Elementen hergestellt wird, aus denen die Verbindung besteht.

Nach Definition ist bei allen Elementen die Standardbildungsenthalpie ∆H°f immer gleich Null ( z.B. für H₂ ist ∆H°f = 0 ), weil die in der Natur vorkommenden Stoffe immer den energieärmsten Zustand anstreben - in diesem Fall sind das die Elemente. Dies bedeutet, dass eine Verbindung mit einem hohen Standardbildungsenthalpiewert nicht unbedingt energiereicher ist als eine Verbindung mit niedrigem Wert!

Betrachtung im Energiediagramm

Betrachtung im Energiediagramm

Auf dem Bild "Betrachtung im Energiediagramm" (rechts), ist eine endoterme sowie eine exotherme Reaktion dargestellt. Sowohl den Edukten als auch den Produkten wird auf Grund ihrer Standardbildungsenthalpie ein Wert auf der y-Achse zugeordnet (Energiegehalt Edukte und Produkte), die für die potentielle Energie steht. Die Differenz der Energiegehalte auf der y-Achse entspricht der Reaktionsenthalpie.

Gelb eingezeichnet ist die Aktivierungsenergie, welche nötig ist um die Reaktion in Gang zu setzen.

Aufgepasst : Die Standardbildungsenthalpie ∆H°f ist nicht mit der Reaktionsenthalpie ∆H zu verwechseln. Die Standardbildungsenthalpie ist ein Hilfswert, der spezifisch für eine Verbindung gilt, um die Reaktionsenthalpie einer Reaktion bestimmen zu können.

Masseinheiten

Die Standardbildungsenthalpie ∆H°f wird in Kilojoule pro Mol [KJ/Mol] gemessen.

Die Reaktionsenthalpie ∆H wird in Kilojoule pro Formelumsatz [KJ/Fu] angegeben.

Beispiele

Berechnung der Reaktionsenthalpie

Verbrennen von Methan CH₄

Reaktionsgleichung aufschreiben :

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Die allgemein gültige Formel anwenden :

∆H = ∑∆H°f (Produkte) − ∑∆H°f (Edukte)

Lösung der oben aufgeschriebenen Reaktionsgleichung :

ΔH = [-393+2*(-242)]-[-75+2*(0)]

= [-393 -484]-[-75]

= [-877+75]

= -802 [KJ/Fu]

Berechnung der Standardbildungsenthalpie

mithilfe der Reaktionsenthalpie

Beispiel 1

Gegeben : 2 H₂(g) + O₂(g) → 2 H₂O(l) / ∆H = -572 KJ/Fu

Gesucht : ∆H°f von H₂O

Berechnung : -572/2 = -286 KJ/Mol = ∆H°f von H₂O

∆H°f der Edukte ist jeweils 0 (Elemente), also ist die Hälfte von ∆H von 2 H₂O(l) auch gleich die Standardbildungsenthalpie von H₂O(l).

Beispiel 2

Gegeben : 2 Ca(s) + O₂(g) → 2 CaO(s) / ∆H = - 1270 KJ/Fu

Gesucht : ∆H°f von CaO

Berechnung : -1270/2 = -635 KJ/Mol = ∆H°f von CaO ∆H°f der Edukte ist jeweils 0 (Elemente), also ist die Hälfte von ∆H von 2 CaO(s) auch gleich die Standardbildungsenthalpie von CaO.

Beispiel 3

Gegeben : CaO(s) + H₂O(l) → Ca(OH)₂(s) / ∆H = -64 KJ/Fu

Gesucht : ∆H°f von Ca(OH)₂

Berechnung : ∆H = [∆H°f(CaOH)] - [∆H°f(CaO) + ∆H°f(H₂O)]

-64 + [-635 + (-286)] = ∆H°f von Ca(OH)₂

Quellen

• Chemieunterlagen

Weblinks

• Swisseduc – Unterrichtsserver für Chemie
• Enthalpe auf Wikibooks – Artikel über die Enthalpie und Entropie mit vielen Beispielen
• PDF der Uni Dortmiund - Ausführliche PDF zur Enthalpie (Achtung: Es werden andere Abkürzungen verwendet!)