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Einführung in die Thermodynamik
Warum ist die Thermodynamik interessant?
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Einführung in die Thermodynamik
Warum ist die Thermodynamik interessant?
Energie für unsere Zwecke verwenden: Arbeit verrichten
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Einführung in die Thermodynamik
Naphtalin Lift
Marmor mit Salzsäure: exotherme Reaktion
CaCO3 + 2 HCl (aq) H2O (l) + CO2 (g) + CaCl2 (aq)
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Einführung in die Thermodynamik
Naphtalin LiftMarmor mit Salzsäure: exotherme Reaktion
CaCO3 + 2 HCl (aq) H2O (l) + CO2 (g) + CaCl2(aq)
Natriumcarbonat mit Salzsäure: endotherme Reaktion
Na2CO3 + 2 HCl (aq) H2O (l) + CO2 (g) + 2 NaCl(aq)
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Einführung in die Thermodynamik
Mit Hilfe von spontanen Reaktionen kann Arbeit verrichtet werden
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Einführung in die Thermodynamik
Spontane Reaktionen: Gesamtentropie nimmt zu
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Einführung in die Thermodynamik
Änderung der Gesamtentropie =
Änderung der Umgebungsentropie +Änderung der Systementropie
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Einführung in die Thermodynamik
Gesamtentropie = Umgebungsentropie + Systementropie
Umgebungsentropie: Beurteilbar über Reaktionsenthalpie Systementropie: Anzahl Teilchen, Aggregatszustand u.ä.
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Einführung in die Thermodynamik
Aceton
Mischbar mit Benzin: Gesamtentropie nimmt zu
Mischbar mit Wasser: Gesamtentropie nimmt zu
CH3 CH3
O
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Einführung in die Thermodynamik
AcetonMischbar mit Benzin: Gesamtentropie nimmt zu
Mischbar mit Wasser: Gesamtentropie nimmt zuCH3 CH3
O
Systementropie nimmt zu, da Stoffe verteilt werden mit Wasser mit Benzin
Umgebungsentropie nimmt zu, da exotherm
mit WasserX mit Benzin
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Einführung in die Thermodynamik
AcetonMischbar mit Benzin: Gesamtentropie nimmt zu
Mischbar mit Wasser: Gesamtentropie nimmt zuCH3 CH3
O
Mischen ist immer durch Zunahme von Systementropie begünstigt, ABER:
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Einführung in die Thermodynamik
AcetonMischbar mit Benzin: Gesamtentropie nimmt zu
Mischbar mit Wasser: Gesamtentropie nimmt zuCH3 CH3
O
Mischen ist immer durch Zunahme von Systementropie begünstigt, ABER:
Abnahme Umgebungsentropie kann dagegen wirken
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Einführung in die Thermodynamik
Welche Argumente gibt es für Reaktionsenthalpie bei unserem Beispiel?
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Einführung in die Thermodynamik
Welche Argumente gibt es für Reaktionsenthalpie bei unserem Beispiel?
Zwischenmolekulare Kräfte
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Einführung in die Thermodynamik
Wasser/Wasser
Wasser/Aceton
Aceton/Aceton
VdW klein klein kleinDipol-Dipol ja ja jaH-Brücken ja ja nein
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Einführung in die Thermodynamik
Wasser/Wasser
Wasser/Aceton
Aceton/Aceton
VdW klein klein kleinDipol-Dipol ja ja jaH-Brücken ja ja nein
Mischen exotherm
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Einführung in die Thermodynamik
Benzin/Benzin
Benzin/Aceton
Aceton/Aceton
VdW gross klein kleinDipol-Dipol nein nein jaH-Brücken nein nein nein
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Einführung in die Thermodynamik
Benzin/Benzin
Benzin/Aceton
Aceton/Aceton
VdW gross klein kleinDipol-Dipol nein nein jaH-Brücken nein nein nein
Mischen endotherm
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Einführung in die Thermodynamik
Reaktionsenthalpie
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Einführung in die Thermodynamik
Reaktionsenthalpie
Beispiel: Verbrennung von Ethanol
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Einführung in die Thermodynamik
Reaktionsenthalpie
CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O Bindungen in Edukten müssen gespalten werden:
Energie wird gebrauchtBindungen in Produkten werden neu gebildet: Energie wird frei
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Einführung in die Thermodynamik
Reaktionsenthalpie
CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O Bindungen in Edukten müssen gespalten werden:
Energie wird gebraucht (positives Vorzeichen)Bindungen in Produkten werden neu gebildet: Energie wird frei (negatives Vorzeichen)
Näherung mit mittleren Bindungsenthalpien
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Einführung in die Thermodynamik
Reaktionsenthalpie H
H < 0 H > 0
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Einführung in die Thermodynamik
Reaktionsenthalpie H
H < 0 exothermH > 0 endotherm
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Einführung in die Thermodynamik
Aufgabe: Berechnen Sie die Reaktionswärme für die Verbrennung von 10 g Ethanol mit Hilfe der mittleren Bindungsenthalpien
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Einführung in die Thermodynamik
CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O M=46 g/mol
10 g = 0.22 mol
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Einführung in die Thermodynamik
CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O M=46 g/mol
10 g = 0.22 mol
5* 0.22 mol C-H = 4543 kJ
1*0.22 mol O-H = 101.86 kJ
2*0.22 mol C-C = 153.12 kJ
1*0.22 mol C-O = 78.76 kJ
3*0.22 O=0 = 326.7 kJ 2*2*0.22 C=O = 706.64 kJ
3*2*0.22 mol H-O = 611.16 kJ
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Einführung in die Thermodynamik
CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O M=46 g/mol
10 g = 0.22 mol
5* 0.22 mol C-H = 454.3 kJ
1*0.22 mol O-H = 101.86 kJ
2*0.22 mol C-C = 153.12 kJ
1*0.22 mol C-O = 78.76 kJ
3*0.22 O=0 = 326.7 kJ 2*2*0.22 C=O = 706.64 kJ
3*2*0.22 mol H-O = 611.16 kJ
788.04 kJ - 1317.8 kJ
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Einführung in die Thermodynamik
CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O M=46 g/mol10 g = 0.22 mol
5* 0.22 mol C-H = 454.3 kJ
1*0.22 mol O-H = 101.86 kJ
1*0.22 mol C-C = 76.56 kJ
1*0.22 mol C-O = 78.76 kJ
3*0.22 O=0 = 326.7 kJ
2*2*0.22 C=O = 706.64 kJ
3*2*0.22 mol H-O = 611.16 kJ
1038.18 kJ - 1317.8 kJ
H = -279.62 kJ
![Page 30: Einführung in die Thermodynamik Warum ist die Thermodynamik interessant?](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062219/55204d7249795902118c5e42/html5/thumbnails/30.jpg)
Einführung in die Thermodynamik
Gitterenergie muss aufgewendet werdenHydratationsenergie wird frei
Nettoenergie = Reaktionsenthalpie
![Page 31: Einführung in die Thermodynamik Warum ist die Thermodynamik interessant?](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062219/55204d7249795902118c5e42/html5/thumbnails/31.jpg)
Einführung in die Thermodynamik
Lösungsenthalpien von Ionenverbindungen
Lösungswärme = Gitterenthalpie - Hydratationsenthalpie
![Page 32: Einführung in die Thermodynamik Warum ist die Thermodynamik interessant?](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062219/55204d7249795902118c5e42/html5/thumbnails/32.jpg)
Einführung in die Thermodynamik
Aufgabe: Berechnen Sie die Lösungswärme für die im Experiment untersuchten Salze. Nehmen Sie an, dass Sie jeweils 1 g des Salzes gelöst haben.