WAS IST DIE ENTHALPIE DER BILDUNG? (MIT ÜBUNGEN) - KÖRPERLICH - 2025

Die Bildungsenthalpie ist die Enthalpieänderung, die bei der Bildung eines Mols einer Verbindung oder Substanz unter Standardbedingungen auftritt. Unter Standarddruckbedingungen wird verstanden, wenn die Bildungsreaktion bei Atmosphärendruck einer Atmosphäre und bei Raumtemperatur von 25 Grad Celsius oder 298,15 Kelvin durchgeführt wird.

Der Normalzustand reaktiver Elemente in einer Formationsreaktion bezieht sich auf den häufigsten Aggregatzustand (fest, flüssig oder gasförmig) dieser Substanzen unter Standardbedingungen von Druck und Temperatur.

Bei der Reaktion der Bildung einer Verbindung wird Wärme mit der Umgebung ausgetauscht. Quelle: pixabay

Der Normalzustand bezieht sich auch auf die stabilste allotrope Form dieser reaktiven Elemente unter Standardreaktionsbedingungen.

Die Enthalpie H ist eine thermodynamische Funktion, die definiert ist als die innere Energie U plus das Produkt aus dem Druck P und dem Volumen V der Substanzen, die an der chemischen Reaktion der Bildung eines Substanzmols beteiligt sind:

H = U + P ∙ V.

Die Enthalpie hat Energiedimensionen und wird im Internationalen Messsystem in Joule gemessen.

Standardenthalpie

Das Symbol für die Enthalpie ist H, aber im speziellen Fall der Bildungsenthalpie wird es mit ΔH0f bezeichnet, um anzuzeigen, dass es sich auf die Änderung bezieht, die diese thermodynamische Funktion bei der Reaktion der Bildung eines Mols einer bestimmten Verbindung unter Standardbedingungen erfährt.

In der Notation gibt der hochgestellte Index 0 die Standardbedingungen an, und der tiefgestellte Index f gibt die Bildung eines Mols Substanz an, beginnend mit den Reaktanten im Aggregatzustand und der stabilsten allotropen Form der Reaktanten unter den Standardbedingungen.

Bildungswärme

Das erste Gesetz legt fest, dass die in einem thermodynamischen Prozess ausgetauschte Wärme gleich der Variation der inneren Energie der am Prozess beteiligten Substanzen zuzüglich der von diesen Substanzen im Prozess geleisteten Arbeit ist:

Q = ΔU + W.

Im vorliegenden Fall wird die Reaktion bei konstantem Druck durchgeführt, insbesondere bei dem Druck einer Atmosphäre, so dass die Arbeit das Produkt des Drucks und der Volumenänderung ist.

Dann hängt die Bildungswärme einer bestimmten Verbindung, die wir mit Q0f bezeichnen, auf folgende Weise mit der Änderung der inneren Energie und des inneren Volumens zusammen:

Q0f = ΔU + P ΔV

Aber wenn wir uns an die Definition der Standardenthalpie erinnern, haben wir Folgendes:

Q0f = ΔH0f

Unterschied zwischen Enthalpie und Bildungswärme

Dieser Ausdruck bedeutet nicht, dass die Bildungswärme und die Bildungsenthalpie gleich sind. Die richtige Interpretation ist, dass die während der Bildungsreaktion ausgetauschte Wärme unter Standardbedingungen eine Änderung der Entropie der gebildeten Substanz relativ zu den Reaktanten verursachte.

Andererseits bezieht sich die Bildungswärme immer auf ein Mol der gebildeten Verbindung, da die Enthalpie eine umfangreiche thermodynamische Funktion ist.

Wenn die Bildungsreaktion exotherm ist, ist die Bildungsenthalpie negativ.

Im Gegenteil, wenn die Bildungsreaktion endotherm ist, ist die Bildungsenthalpie positiv.

Thermochemische Gleichungen

In einer thermochemischen Bildungsgleichung müssen nicht nur die Reaktanten und Produkte angegeben werden. Erstens ist es notwendig, dass die chemische Gleichung so ausgeglichen ist, dass die Menge der gebildeten Verbindung immer 1 Mol beträgt.

Andererseits muss der Aggregationszustand der Reaktanten und Produkte in der chemischen Gleichung angegeben werden. Bei Bedarf muss auch die allotrope Form derselben angegeben werden, da die Bildungswärme von all diesen Faktoren abhängt.

In einer thermochemischen Bildungsgleichung muss auch die Bildungsenthalpie angegeben werden.

Schauen wir uns einige Beispiele für gut aufgestellte thermochemische Gleichungen an:

H 2 (g) + ½ O 2 (g) → H 2 O (g); ΔH0f = -241,9 kJ / mol

H 2 (g) + ½ O 2 (g) → H 2 O (l); ΔH0f = -285,8 kJ / mol

H 2 (g) + ½ O 2 (g) → H 2 O (s); ΔH0f = -292,6 kJ / mol

Wichtige Überlegungen

- Alle sind ausgeglichen, basierend auf der Bildung von 1 Mol Produkt.

- Der Aggregatzustand der Reagenzien und des Produkts ist angegeben.

- Die Bildungsenthalpie ist angegeben.

Es ist zu beachten, dass die Bildungsenthalpie vom Aggregatzustand des Produkts abhängt. Von den drei Reaktionen ist die unter Standardbedingungen stabilste die zweite.

Da es bei einer chemischen Reaktion und insbesondere bei einer Formationsreaktion auf die Entropieänderung und nicht auf die Entropie selbst ankommt, wird vereinbart, dass die reinen Elemente in ihrer molekularen Form und ihrem Zustand der natürlichen Aggregation unter Standardbedingungen eine Bildungsentropie aufweisen Null.

Hier sind einige Beispiele:

O 2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol

Cl 2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol

Na (s); ΔH0f = 0 kJ / mol

C (Graphit); ΔH0f = 0 kJ / mol

Gelöste Übungen

-Übung 1

In dem Wissen, dass für die Bildung von Ethen (C2H4) 52 kJ Wärme für jedes Mol bereitgestellt werden müssen und dass seine Reaktanten Wasserstoff und Graphit sind, schreiben Sie die thermochemische Gleichung für die Bildung von Ethen.

Lösung

Zuerst erhöhen wir die chemische Gleichung und gleichen sie basierend auf einem Mol Ethen aus.

Dann berücksichtigen wir, dass es erforderlich ist, Wärme bereitzustellen, damit die Formationsreaktion stattfinden kann, was darauf hinweist, dass es sich um eine endotherme Reaktion handelt und daher die Formationsentropie positiv ist.

2 C (fester Graphit) + 2 H 2 (Gas) → C 2 H 4 (Gas); ΔH0f = +52 kJ / mol

-Übung 2

Unter Standardbedingungen werden Wasserstoff und Sauerstoff in einem 5-Liter-Behälter gemischt. Sauerstoff und Wasserstoff reagieren vollständig ohne einen der Reaktanten unter Bildung von Wasserstoffperoxid. Bei der Reaktion wurden 38,35 kJ Wärme an die Umgebung abgegeben.

Geben Sie die chemische und thermochemische Gleichung an. Berechnen Sie die Entropie der Bildung von Wasserstoffperoxid.

Lösung

Die Wasserstoffperoxidbildungsreaktion ist:

H2 (Gas) + O2 (Gas) → H2O2 (Flüssigkeit)

Beachten Sie, dass die Gleichung bereits basierend auf einem Mol Produkt ausgeglichen ist. Das heißt, es werden ein Mol Wasserstoff und ein Mol Sauerstoff benötigt, um ein Mol Wasserstoffperoxid herzustellen.

Die Problemstellung besagt jedoch, dass Wasserstoff und Sauerstoff unter Standardbedingungen in einem 5-Liter-Behälter gemischt werden, sodass wir wissen, dass jedes der Gase 5 Liter einnimmt.

Verwenden von Standardbedingungen, um die thermochemische Gleichung zu erhalten

Andererseits ist unter Standardbedingungen ein Druck von 1 atm = 1.013 × 10⁵ Pa und eine Temperatur von 25 ° C = 298,15 K.

Unter Standardbedingungen nimmt 1 Mol ideales Gas 24,47 l ein, wie aus der folgenden Berechnung hervorgeht:

V = (1 Mol · 8,3145 J / (Mol · K) · 298,15 K) / 1,03 · 10 & supmin; & sup4; Pa = 0,02447 m³ = 24,47 l.

Da 5 l verfügbar sind, ist die Molzahl jedes der Gase gegeben durch:

5 Liter / 24,47 Liter / Mol = 0,204 Mol jedes der Gase.

Gemäß der ausgeglichenen chemischen Gleichung werden 0,204 Mol Wasserstoffperoxid gebildet, wodurch 38,35 kJ Wärme an die Umgebung abgegeben werden. Das heißt, 38,35 kJ / 0,204 Mol = 188 kJ / Mol sind erforderlich, um ein Mol Peroxid zu bilden.

Da während der Reaktion Wärme an die Umgebung abgegeben wird, ist auch die Bildungsenthalpie negativ. Schließlich ergibt sich die folgende thermochemische Gleichung:

H2 (Gas) + O2 (Gas) → H2O2 (Flüssigkeit); ΔH0f = -188 kJ / mol

Verweise

1. Kastanien E. Enthalpie bei chemischen Reaktionen. Wiederhergestellt von: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Thermochemie. Reaktionsenthalpie. Wiederhergestellt von: recursostic.educacion.es
3. Thermochemie. Definition der Standardreaktionsenthalpie. Wiederhergestellt von: quimitube.com
4. Thermochemie. Definition der Bildungsenthalpie und Beispiele. Wiederhergestellt von: quimitube.com
5. Wikipedia. Standardreaktionsenthalpie. Wiederhergestellt von: wikipedia.com
6. Wikipedia. Bildungsenthalpie. Wiederhergestellt von: wikipedia.com