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)
Inhaltsverzeichnis
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.
Erklärung der Zeichen :
∑ = Summenzeichen
∆H = Delta H
"°" = Null → Standardbedingungen (Temp. : 25°C & Druck (p) : 1.01 bar)
f = formaiton (Bildung)
Die Reaktionsenthalpie ist negativ, wenn die Reaktion exotherm verläuft, die Produkte also energieärmer sind als die Edukte. Bei endothermen Reaktionen sind die Produkte energiereicher und ∆H erhält ein positives Vorzeichen.
Standardbildungsenthalpie
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
Auf dem Bild "Betrachtung im Energiediagramm" (rechts), ist eine endotherme 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.
Eine exotherme Raktion hat folglich eine negative Reaktionsenthalpie und eine endotherme Reaktion eine positive.
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 = [CO2 + 2*H2O]-[CH4 + 2*O2]
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!)
