LÖSUNGSWÄRME: WIE BERECHNET, ANWENDUNGEN UND ÜBUNGEN - KÖRPERLICH - 2025

Die Lösungswärme oder Lösungsenthalpie ist die Wärme, die während des Auflösungsprozesses einer bestimmten Menge des gelösten Stoffes im Lösungsmittel unter der Bedingung eines konstanten Drucks absorbiert oder abgegeben wird.

Wenn eine chemische Reaktion stattfindet, wird Energie benötigt, um Bindungen zu bilden und aufzubrechen, die die Bildung neuer Substanzen ermöglichen. Die Energie, die fließt, damit diese Prozesse stattfinden, ist Wärme, und die Thermochemie ist der Wissenschaftszweig, der für ihre Untersuchung verantwortlich ist.

Quelle: Pixnio.

Der Begriff Enthalpie bezieht sich auf den Wärmefluss, wenn chemische Prozesse unter konstanten Druckbedingungen ablaufen. Die Schaffung dieses Begriffs wird der niederländischen Physikerin Heike Kamerlingh Onnes (1853 - 1926) zugeschrieben, die auch die Supraleitung entdeckte.

Wie wird es berechnet?

Um die Enthalpie zu finden, müssen wir vom ersten Hauptsatz der Thermodynamik ausgehen, der berücksichtigt, dass die Variation der inneren Energie ΔU eines Systems auf die absorbierte Wärme Q und die von einem externen Wirkstoff daran geleistete Arbeit W zurückzuführen ist:

Wobei Arbeit das negative Integral über das gesamte Volumen des Produktes aus Druck und Differenzvolumenänderung ist. Diese Definition entspricht dem negativen Integral des Skalarprodukts aus Kraft und Verschiebungsvektor bei mechanischer Arbeit:

Wenn die oben erwähnte Konstantdruckbedingung angewendet wird, kann P aus dem Integral herausgehen; Daher ist der Job:

-Ausdruck für Enthalpie

Wenn dieses Ergebnis in ΔU eingesetzt wird, erhalten wir:

Die Größe U + PV wird als Enthalpie H bezeichnet, so dass:

Die Enthalpie wird in Joule gemessen, da es sich um Energie handelt.

Lösungsenthalpie

Die Ausgangskomponenten einer Lösung sind gelöster Stoff und Lösungsmittel und sie haben eine ursprüngliche Enthalpie. Wenn diese Auflösung stattfindet, hat sie ihre eigene Enthalpie.

In diesem Fall kann die Enthalpieänderung in Joule ausgedrückt werden als:

Entweder in Standardenthalpieform ΔH ^o , wobei das Ergebnis in Joule / Mol ist

Wenn die Reaktion Wärme abgibt, ist das Vorzeichen von ΔH negativ (exothermer Prozess), wenn sie Wärme absorbiert (endothermer Prozess), ist das Vorzeichen positiv. Und natürlich hängt der Wert der Lösungsenthalpie von der Konzentration der endgültigen Lösung ab.

Anwendungen

Viele ionische Verbindungen sind in polaren Lösungsmitteln wie Wasser löslich. Lösungen von Salz (Natriumchlorid) in Wasser oder Salzlösung werden üblicherweise verwendet. Die Enthalpie der Lösung kann nun als Beitrag zweier Energien betrachtet werden:

- Eine, um gelöste-gelöste und Lösungsmittel-Lösungsmittel-Bindungen aufzubrechen

- Die andere ist die, die für die Bildung neuer Verbindungen zwischen gelösten Stoffen und Lösungsmitteln erforderlich ist.

Im Falle der Auflösung eines ionischen Salzes in Wasser ist es erforderlich, die sogenannte Gitterenthalpie des Feststoffs und die Hydratationsenthalpie zur Bildung der Lösung im Fall von Wasser zu kennen. Wenn es kein Wasser ist, spricht man von der Solvatationsenthalpie.

Die Gitterenthalpie ist die Energie, die für den Abbau des ionischen Netzwerks und die Bildung der gasförmigen Ionen erforderlich ist. Dieser Prozess ist immer endotherm, da dem Feststoff Energie zugeführt werden muss, um ihn in seine Ionenbestandteile zu trennen und in den gasförmigen Zustand zu bringen.

Andererseits sind Hydratationsprozesse immer exotherm, da hydratisierte Ionen stabiler sind als Ionen im gasförmigen Zustand.

Auf diese Weise kann die Erzeugung der Lösung exotherm oder endotherm sein, abhängig davon, ob der Abbau des Ionengitters des gelösten Stoffes mehr oder weniger Energie erfordert, als die Hydratation bereitstellt.

Messungen mit dem Kalorimeter

In der Praxis ist es möglich, ΔH in einem Kalorimeter zu messen, das im Wesentlichen aus einem isolierten Behälter besteht, der mit einem Thermometer und einem Rührstab ausgestattet ist.

In den Behälter wird fast immer Wasser gegossen, was die kalorimetrische Flüssigkeit schlechthin ist, da seine Eigenschaften die universelle Referenz für alle Flüssigkeiten sind.

Altes Kalorimeter von Lavoisier. Quelle: Gustavocarra.

Natürlich sind neben Wasser auch die Materialien des Kalorimeters am Wärmeaustausch beteiligt. Die Wärmekapazität der gesamten Baugruppe, die als Kalorimeterkonstante bezeichnet wird, kann jedoch getrennt von der Reaktion bestimmt und dann bei ihrer Durchführung berücksichtigt werden.

Die Energiebilanz ist wie folgt, wobei zu berücksichtigen ist, dass im System keine Energielecks vorhanden sind:

- Es bildet sich flüssiges Wasser:

½ O ₂ + ½ H ₂ → H ₂ O _Flüssigkeit ; Δ H ^o = -285,9 kJ / mol

- Jetzt müssen Sie die Lösung bilden:

_Festes K + H ₂ O → ½ H ₂ + _wässriges KOH ; Δ H ^o = -2011 kJ / mol

Es ist zu beachten, dass das Vorzeichen der Zerfallsenthalpie von KOH invertiert wurde, was auf das Hesssche Gesetz zurückzuführen ist: Wenn die Reaktanten in Produkte umgewandelt werden, hängt die Enthalpieänderung nicht von den folgenden Schritten ab und wenn die Gleichung invertiert werden muss Wie in diesem Fall ändert die Enthalpie das Vorzeichen.

Die Energiebilanz ist die algebraische Summe der Enthalpien:

-Übung 2

Die Lösungsenthalpie für die nächste Reaktion wird in einem Konstantdruckkalorimeter bestimmt und die Kalorimeterkonstante beträgt bekanntermaßen 342,5 J / K. Wenn 1,423 g Natriumsulfat Na ₂ SO ₄ in 100,34 g Wasser gelöst sind, beträgt die Temperaturänderung 0,037 K. Berechnen Sie aus diesen Daten die Standardenthalpie der Lösung für Na ₂ SO ₄ .

Lösung

Die Standardenthalpie der Lösung wird aus der oben angegebenen Gleichung gelöst:

Für Natriumsulfat: M _s = 142,04 g / mol; m _s = 1,423 g

Und für Wasser: m _Wasser = 100,34 g; M _Wasser = 18,02 g / mol; C _{Wasser, m} = 75,291 J / K mol

ΔT = 0,037 K.

C- _Kalorimeter = 342,5 J / K.

Verweise

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