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Anorganische Chemie - Reaktionsenergie, Reaktionsenthalpie, Satz von Hess

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Anorganische Chemie

Reaktionsenergie, Reaktionsenthalpie, Satz von Hess

In diesem Kurstext wenden wir uns der ReaktionsEnergie zu, welche notwendig ist, damit chemische Reaktionen überhaupt erst ablaufen können. Hierzu tauchen wir ein Wenig in die Thematik der Thermodynamik ein.

Merke

Anstelle von Reaktionsenergie spricht man vorzugsweise von der Reaktionsenthalpie $ \triangle H_R $.

Nimmt die Reaktionsenthalpie einen positiven Wert $ \triangle H > 0 $ an, so spricht man von einer endothermen Reaktion, welche mit einer Energieaufnahme einhergeht. Ist der Wert für die Reaktionsenthalpie hingegen negativ $ \triangle H < 0 $ so liegt eine exotherme Reaktion vor, bei der Energie als Wärme freigesetzt wird. 

Formal beschreibt man die Reaktionsenthalpie durch:

Methode

Reaktionsenthalpie: $ \triangle H_R = H_{Produkte} - H_{Edukte} $

In Worten: Die Reaktionsenthalpie ergibt sich aus der Differenz der Enthalpie der Produkte und der Enthalpie der Edukte. 

Merke

Fassen wir kurz zusammen: 

Exotherme Reaktion = $ - \triangle H_R \rightarrow \triangle H_R < 0 \rightarrow $ Energiefreisetzung

Endotherme Reaktion = $ + \triangle H_R \rightarrow \triangle H_R > 0 \rightarrow $ Energieaufnahme

Grafische Darstellung der Reaktionsenthalpie $ \triangle H_R $:

Reaktionsenthalpie
Reaktionsenthalpie

Satz von Hess

Abschließend möchten wir noch kurz den Satz von Hess erwähnen. Der Satz von Hess besagt, dass der Wert der Reaktionsenthalpie $ \triangle H_R $ nicht davon abhängt, ob eine Reaktion einstufig oder mehrstufig abläuft. Die Reaktionsenthalpie hängt ausschließlich vom Zustand der Pro- und Edukte ab. 

Anwendungsbeispiel zum Satz von Hess:

Es soll die Reaktionsenthalpie von Kohlenmonoxid bestimmt werden. Es wird eine einstufige und eine zweistufige Betrachtung vorgenommen:

Experimentelle Bestimmung (2-stufig): 

$ C + O_2 \rightarrow CO_2 $ mit der Enthalpie: $ \triangle H_R (1) = - 393,5 \frac{kJ}{mol} $

$ CO + \frac{1}{2} O_2 \rightarrow CO_2 $ mit der Enthalpie: $ \triangle H_R (2) = - 283,5 \frac{kJ}{mol} $

Berechnung aus den beiden Enthalpien $ \triangle H_R (1), \triangle H_R (2) $ (1-stufig):

$ C + \frac{1}{2} O_2 \rightarrow CO $ mit der Enthalpie: $ \triangle H_R = -110,5 \frac{kJ}{mol} $

Das Ergebnis von $ \triangle H_R $ entspricht genau der Differenzen von $ \triangle H_R (1) - \triangle H_R (2) $

$ \triangle H_R  = \triangle H_R (1) - \triangle H_R (2) =  - 393,5 \frac{kJ}{mol} - (-110,5 \frac{kJ}{mol}) = -110,5 \frac{kJ}{mol}

Um Ihnen diesen Sachverhalt nochmals zu verdeutlichen, haben wir eine Abbildung hierzu angefertigt:

Reaktionsenthalphie (Pfeildiagramme)
Reaktionsenthalphie (Pfeildiagramme)