Bei der Betrachtung chemischer Reaktionen sind die energetischen Veränderungen ein entscheidender Aspekt. Was kann als Maß für diese Energieveränderungen in einem Reaktionssystem angegeben werden? Wie berechnet man sie und welche Aussagen kann man anhand des Zahlenwertes treffen? Dieser Beitrag soll dazu Antworten und Beispiele liefern.
Tipp: Keine Lust zu lesen? Dann starten Sie doch einfach kostenlos unseren Online-Chemie-Kurs.

IMG_7297

Bild: „Chemical Reaction“ von Kate Ter Haar. Lizenz: CC BY 2.0


Die Reaktionsenthalpie ΔRH wird auch als Reaktionswärme bezeichnet. Es handelt sich um die Differenz zwischen dem Energiegehalt der Edukte (Ausgangsstoffe) und der Produkte einer chemischen Reaktion. Die Maßeinheit ist dementsprechend Joule.

Für:
a + b → c + d
gilt:
ΔRH = (ΔBH (c) + ΔBH (d)) – (ΔBH (a) + ΔBH (b))

ΔBH steht hierbei für molare Standardbildungsenthalpie, die Energie der Bildung der Stoffe aus den Elementen und ist im Tafelwerk zu finden.
Die errechneten Werte beziehen sich außerdem auf den Stoffumsatz entsprechend der Reaktionsgleichung mit kleinsten ganzen Zahlen, die unter Standardbedingungen abläuft.
Das heißt:

T = 298 K
p = 1,93 · 105 Pa

4 Schritte zur Berechnung der Reaktionsenthalpie:

1.) Reaktionsgleichung aufschreiben

2.) Stöchiometrisch ausgleichen
Beachte: Es sollen nur ganze Zahlen vor den Reaktionspartnern stehen.

3.) Molare Standardbildungsenthalpien heraussuchen
Berücksichtige dabei auch den Aggregatzustand.

4.) In die Formel setzen
Die stöchiometrischen Zahlen gehen als Faktoren vor den dazugehörigen Standardbildungsenthalpien in die Formel ein.

Ein Beispiel:
Welche Reaktionsenthalpie entsteht bei der Verbrennung von Glucose?

1.) C6H12O6 (s) + O2 ↔ CO2 (g) + H2O (l)

2.) C6H12O6 (s) + O2 ↔ 6 CO2 (g) + 6 H2O (l)

3.) C6H12O6 (s) = -1275 kJ · mol-1

O2 (g) = 0

CO2 (g) = -394 kJ · mol-1
H2O (l) = -286 kJ · mol-1

4.) 6 · (-394 kJ · mol-1) + 6 · (-286 kJ · mol-1) – (-1275 kJ · mol-1 + 0) = -2805 kJ 

Die Reaktionsenthalpie der Verbrennung von Glucose beträgt -2805 kJ.

Interpretation der Werte

Ist die Reaktionsenthalpie größer 0, hat also ein positives Vorzeichen, ist die Reaktion eine sog. endotherme Reaktion: Energie muss aufgenommen werden, damit diese Reaktion ablaufen kann.
Ist ΔRH allerdings negativ, also kleiner 0, so handelt es sich um eine exotherme Reaktion. Das bedeutet, Energie wird bei der Umwandlung der Stoffe freigesetzt und z.B. in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben.
Weder Vorzeichen noch Höhe des Wertes geben allerdings Aufschluss über die Triebkraft und Freiwilligkeit der Reaktion!

Satz von Hess – über Umwege zur Reaktionsenthalpie

Ein anderer Weg um die Reaktionsenthalpie zu erhalten, führt über den Satz von Hess. Er besagt, dass die Reaktionsenthalpie unabhängig ist vom Weg. Sie kann aus den Teilreaktionen einer Brutto-Gleichung berechnet werden.

Die Reaktionsenthalpie der Gleichung 2 C + O2 → 2 CO2 beträgt -393,8 kJ·mol-1. Sie ergibt sich aus den Reaktionsenthalpien der folgenden 2 Teilreaktionen:

C(s) + O2 (g) → CO (g) + ½ O2

ΔRH = -110,6 kJ·mol-1

CO (g) + ½ O2 → CO2

ΔRH = -283,2 kJ·mol-1

C + O2 → CO2

ΔRH = (-110,6) + (-283,2) kJ·mol-1 = -393,8 kJ·mol-1

 



Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind markiert *