Reaktionsenergie, Reaktionsenthalpie, Berechnungen
Enthalpie
Die Reaktionswärme wird als Reaktionsenthalpie bezeichnet und mit ΔHrabgekürzt. Sie ist die Energie, die ein System bei konstantem Druck als Wärme an die Umgebung abgibt oder dieser entzieht. Die gesamte Energie einer Reaktion wird als Reaktionsenergie bezeichnet.
Die Reaktionsenthalpie setzt sich aus der Änderung der inneren Energie bei Atomumverteilung bei einer Reaktion und der Volumenarbeit zusammen, da eine Reaktion immer mit einer Volumenänderung einhergeht - im geschlossenen Gefäß gegen die Wände, im offenen gegen die Luft.
Methode
Ist ΔU negativ, wird Energie abgegeben, ist ΔU positiv, wird Energie aufgenommen. Reaktionen, bei denen Wärme freigesetzt wird, werden als exotherme Reaktionen bezeichnet, die ΔH nimmt einen negativen Wert an. Reaktionen, bei denen Wärme aus der Umgebung entzogen wird, werden als endotherme Reaktionen bezeichnet, die ΔH nimmt einen positiven Wert an.
Entsprechend der Reaktionsenergie U, welche als Differenz der inneren Energie der Produkte und der Edukte zu verstehen ist, ist auch die Reaktionsenthalpie ΔH als Differenz von Enthalpien (Wärmeinhalt) der Produkte und Edukte aufzufassen:Bei einer exothermen Reaktion besitzen die Produkte eine geringere Enthalpie als die Edukte, bei endothermen Reaktionen umgekehrt.
Zur Berechnung von Reaktionsenthalpien ΔHr benutzt man tabellarische Werte. Alle Werte sind auf Bedingungen bei 25°C, Normdruck (Atmosphärendruck von 1,013 bar) und auf 1 Mol geeicht, der Aggregatzustand sollte beim Ablesen auch beachtet werden. Diese sogenannte molare Standardbildungsenthalpie wird abgekürzt mit ΔH0f. Elemente besitzen dabei immer den Wert 0, Verbindungen weisen spezifische Werte auf
Berechnung
Im folgenden Abschnitt finden Sie Beispielsreaktionen mit der dazugehörigen Enthalpiebrechnung. Beispielreaktionen sind Kochsalzbildung das Vergasen von Kohle und ein Vergleich zum besseren Verständnis:
Natriumchloridbildungsreaktion (Exothermie)
2 Na (s) | + Cl2 (g) reagieren zu | 2 NaCl (s) |
2 * 0 kJ/mol | 0 kJ/mol | 2 * -411 kJ/mol |
ΔH = (2*-411 kJ/mol) – 0 = - 822 kJ/mol. Der Wert ist negativ, die Reaktion verläuft also exotherm
Vergasung von Kohle (Endothermie)
In speziellen Generatoren wird einer Koksschicht abwechselt Luft und Wasserdampf zugeführt. Die Zuführung von Wasserdampf - auch Kaltblasen genannt - ist dabei endotherm.
C(s) | + H2O(g) | reagieren unter ΔT zu | CO(g) | + H2(g) |
0 kJ/mol | -241,8 kJ/mol |
| - 110,5 kJ/mol | 0 kJ/mol |
ΔH = (−110,5 kJ/mol − (−241,8 kJ/mol) = +131,3 kJ/mol. Der Wert ist positiv, die Reaktion verläuft also endotherm.
Die beiden Reaktionen als Vergleich :
exotherme Reaktion | endotherme Reaktion |
ΔH < 0 | ΔH > 0 |
negativ | positiv |
Wärmeenergie wird frei, Temperaturanstieg | Wärmeenergie wird entzogen, Temperaturabfall |
Beispiel: Bildung von Natriumchlorid | Beispiel: Vergasen von Kohle |
