Chemische Thermodynamik

Physikalische Chemie

Das Kapitel Chemische Thermodynamik in unserem Online-Kurs Physikalische Chemie besteht aus folgenden Inhalten:

1. Chemische Thermodynamik

   Chemische Thermodynamik

   

   Die chemische Thermodynamik beschäftigt sich mit der Umverteilung von Energie, ihrem Übergang in verschiedene Formen und ihre Korrelation mit mechanischer Arbeit, dabei immer bezogen auf chemische Reaktionen.

2. Fundamentale Begriffe der Chemie

   Chemische Thermodynamik > Fundamentale Begriffe der Chemie

   

   Fundamentale Begriffe der ChemieOur whole universe was in a hot dense state, Then nearly fourteen billion years ago expansion started. Wait ... The Earth began to cool, The autotrophs began to drool, Neanderthals developed tools, We built a wall (we built the pyramids), Math, science, history, unraveling the mysteries, That all started with the big bang!The Big Bang Theory Theme SongChemie:Ist die Wissenschaft, die sich mit der Charakterisierung und Zusammensetzung sowie der Umwandlung von Stoffen ...

3. Energie

   Chemische Thermodynamik > Fundamentale Begriffe der Chemie > Energie

   

    Viel hört man über Energie: Die Energiekosten würden steigen, die Energiepolitik müsse handeln, wir bräuchten mehr regenerative Energie(n) ..., dann wieder soll Traubenzucker Energie liefern, wenn es einem selbst an der nötigen Energie für etwas fehlt …!?Aber was genau verbirgt sich hinter diesem Wort?Betrachten wir diesen Begriff einmal genauer. „Energie“ kommt aus dem Griechischen: „energeia“, was Tatkraft bedeutet. In den ...

4. Chemische Thermodynamik und Energetik

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   ... von Wärme auf diese befasst, wird auch chemische Thermodynamik oder allgemein Thermochemie genannt. Seltener wird statt des Wärmeumsatzes das Leisten von mechanischer Arbeit in den Fokus gerückt, etwa bei Gasentwicklungen.Im Folgenden werden wir uns mit den Details beschäftigen, die hinter Begriffen wie Erhaltungssatz, thermodynamisches System oder Temperatur stecken. 

5. Grundlagen

   Chemische Thermodynamik > Grundlagen

   

   Was verändert sich im Laufe einer chemischen Reaktion und was nicht?Macht es dabei einen Unterschied, unter welchen Bedingungen die Reaktion abläuft?Die nächsten beiden Abschnitte werden uns diese Grundlagen zeigen.

6. Erhaltungssätze

   Chemische Thermodynamik > Grundlagen > Erhaltungssätze

   

   Eine chemische Reaktion ist eine Stoffumverteilung. Die Atome der Edukte werden zu den Atomen der Produkte umverteilt und kombiniert.In chemischen Reaktionen bleibt die Masse insgesamt konstant,es findet lediglich eine Umverteilung statt.     Diese massenkonstante atomare Umverteilung ist immer mit einer Energieveränderung verbunden.Energie findet man in verschiedenen Formen vor:thermische Energieelektrische EnergieSonnenenergiemechanische Energiechemische Energie ...

7. Systemarten & Reaktionsbedingungen

   Chemische Thermodynamik > Grundlagen > Systemarten & Reaktionsbedingungen

   

   Ein thermodynamisches System kann man sich als eine definierte Menge Materie vorstellen, die sich vom Rest des Universums – mehr oder weniger – abgegrenzt präsentiert. Innerhalb dieser Grenzen unterliegt sie dann den Gesetzen der Thermodynamik.Man unterteilt dabei in 3 Arten von Systemen.Schauen wir uns genauer an, worin ihre Eigenschaften bestehen und was in ihnen passieren kann: Das offene System ist, wie der Name schon sagt, offen und lässt somit sowohl Materie als auch ...

8. Zustandsgrößen und ihre Regeln

   Chemische Thermodynamik > Zustandsgrößen und ihre Regeln

   

   Zustandsgrößen der EnergetikIn der Thermodynamik sind 4 Zustandsgrößen zu unterscheiden, mit denen man ein System beschreiben, mathematisch betrachten sowie wesentliche Aussagen über den Reaktionsverlauf und das Reaktionsverhalten treffen kann. Diese Zustandsgrößen sind      Enthalpie,      innere Energie,      Entropie und      die freie Enthalpie. 

9. Enthalpie

   Chemische Thermodynamik > Zustandsgrößen und ihre Regeln > Enthalpie

   

   Die Reaktionswärme wird unter isobaren Reaktionsbedingungen als Reaktionsenthalpie bezeichnet und mitΔHR„EntHalpie der Reaktion“abgekürzt. 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, ...

10. Der Satz von Hess

    Chemische Thermodynamik > Zustandsgrößen und ihre Regeln > Enthalpie > Der Satz von Hess

    

    Bei vielen chemischen Reaktionen können die Produkte über verschiedene Reaktionswege gebildet werden. Nach dem Energieerhaltungssatz hat der Reaktionsweg auf die Energieveränderung keinen Einfluss. Dies kann auch auf die Enthalpie übertragen werden. Eine allgemeine Erkenntnis bezüglich der Reaktionsenthalpie wurde von Germain Henri Hess im Jahre 1840 aufgestellt und besagt:Die Reaktionsenthalpie einer Reaktion ist unabhängig vom Reaktionsweg, sondern nur abhängig ...

11. Kalorimetrie

    Chemische Thermodynamik > Zustandsgrößen und ihre Regeln > Enthalpie > Kalorimetrie

    

    Die Kalorimetrie beschäftigt sich mit Verfahren zur Messung von Wärmeänderungen bei chemischen Vorgängen (Reaktionen, Phasenänderungen). Wärme ist eine Form der Energie, welche zwischen Körpern ausgetauscht wird oder in andere Formen der Energie umgewandelt werden kann.Führt man einem Körper der Masse $m$ die Wärmemenge Q zu, so steigt die Temperaturerhöhung $\Delta T$ proportional zur zugeführten Wärmemenge. Der Proportionalitätsfaktor ...

12. innere Energie

    Chemische Thermodynamik > Zustandsgrößen und ihre Regeln > innere Energie

    

    Die innere Energie wird mit dem Buchstaben U beschrieben. Sie bezeichnet die einem System innewohnende Gesamtenergie, der Energievorrat. Die innere Energie ist eine physikalische Größe.Diese umfasst die chemische Energie in den atomaren Bindungen, die kinetische Energie (Bewegungsenergie) der Moleküle sowie die elektrische Energie in den zwischenatomaren Wechselwirkungen. U spielt eine wesentliche Rolle bei der Betrachtung von Kernreaktionen (radioaktiver ...

13. Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik

    Chemische Thermodynamik > Zustandsgrößen und ihre Regeln > Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik

    

    Die Entropie gehört zu den 4 Zustandsgrößen der Thermodynamik und wird vor allem durch den 2. und 3. Hauptsatz beschrieben.Die Entropie ist ein Maß für die Unordnung in einem System sowie die damit verbundene Anordnungsmöglichkeit der Teilchen in einem System und wird mit S abgekürzt. Je größer die Ordnung eines Systems, desto geringer die Entropie und umgekehrt.Diese Unordnung in einem System basiert auf der Brownschen Molekularbewegung und dem Bestreben ...

14. Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik

    Chemische Thermodynamik > Zustandsgrößen und ihre Regeln > Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik

    

    Kernaussage:Die molare Entropie aller Stoffe am absoluten Nullpunkt beträgt$S = 0 \dfrac{J}{mol · K}$ Es ist nur möglich, sich dem absoluten Nullpunkt zu nähern, aber unmöglich, ihn zu erreichen und zu erhalten.Die Veränderung der Gesamtentropie kann als Kriterium für die Aussage über das spontane Ablaufen von Reaktionen herangezogen werden.Entropie wird mit der Abkürzung S beschrieben und besitzt die Einheit: $ \dfrac{J}{mol · K}$Diese Werte ...

15. Freie Enthalpie

    Chemische Thermodynamik > Zustandsgrößen und ihre Regeln > Freie Enthalpie

    

    Die freie Enthalpie ist ein Maß für die Triebkraft eines Prozesses und wird mit G abgekürzt. Sie wird durch die Reaktionsenthalpie und -entropie bestimmt und nach der Gibbs-Helmholtz-Gleichung berechnet: ΔG = ΔH – ΔS ∙TGibbs-Helmholtz-GleichungDie freie Enthalpie wird durch die Enthalpie (H), die Entropie (S) und die vorherrschende Temperatur (T) in Kelvin bestimmt.Das Video wird geladen...(freie-enthalpie)Mithilfe der freien Enthalpie kann eine definitive ...

16. Auf einen Blick: Hauptsätze der Thermodynamik

    Chemische Thermodynamik > Auf einen Blick: Hauptsätze der Thermodynamik

    

    Im Folgenden werden alle Hauptsätze und Zustandsgrößen übersichtlich zusammengefasst.HauptsatzErläuterungenFormeln0Stehen zwei Systeme mit einem dritten im Gleichgewicht, so stehen sie auch zueinander im Gleichgewicht; zwei Systeme, die miteinander in Kontakt stehen, haben die gleiche Temperatur.Wurde nachträglich hinzugefügt und ist die Basis der anderen!1Die innere Energie kann durch Übertragen von Arbeit oder Wärme geändert werden. Energie wird ...

17. Anwendungsbeispiele zum Verständis der Thermodynamik

    Chemische Thermodynamik > Anwendungsbeispiele zum Verständis der Thermodynamik

    

    Im Folgenden nun zwei Anwendungen der Thermodynamik:1. quantitativ: die Bestimmung der Wärmekapazität eines Kalorimeters2. qualitativ: der Taschenwärmer

18. Bestimmung der Wärmekapazität eines Kalorimeters

    Chemische Thermodynamik > Anwendungsbeispiele zum Verständis der Thermodynamik > Bestimmung der Wärmekapazität eines Kalorimeters

    

    Versuchsaufbau:MaterialThermometer, Wasserkocher, Thermosgefäß/Kalorimetergefäß, Wasser, Waage, Magnetrührer, Rührfisch Variante 1Variante 2Durchführung·Definierte Menge (20 mL) wird erhitzt.·Messung der Temperatur des erhitzten Wassers ($T_W$) und des Kalorimetergefäßes ($T_G$)·Erhitztes Wasser wird eingefüllt.·Nach Einfüllen stellt sich die Temperatur $T_K$ ein.·Berechnung der $C_{Kalorimeter}$·Fügt ...

19. Der Taschenwärmer

    Chemische Thermodynamik > Anwendungsbeispiele zum Verständis der Thermodynamik > Der Taschenwärmer

    

    Der Taschenwärmer wird auch als „Latentwärmespeicher“ bezeichnet und findet sich an kalten Wintertagen bei vielen Menschen in der Hosentasche.Er funktioniert durch die Ausnutzung reversibler exothermer Zustandsänderungen (Reaktionen), die durch die mechanische Energie („Knick“ = Aktivierungsenergie) eines Metallplättchens ausgelöst werden und so Wärme abgeben. Damit einher geht eine Phasenänderung von flüssig zu fest – eine reversible ...