Vorlesung 6

Zu jedem Stoffumsatz gehört Energieumsatz ( chemische Reaktionen Energie Aufnahme/abgabe)

Erscheinungsform Energie (Wärme,Licht, Elek. Energie, mecha. Energie)

Energie= Fähigkeit Arbeit zu leisten-> unterschiedliche Formen = kinetische, elek. Wärmeenergie, chemische

Arbeit W=Fs F=m*a

Wärme= jedem Körper unterschiedliche Menge, fließt einen Körper zum anderen wenn T unterschiedlich

Temperatur= Maß Richtung Wärmefluss, Wärme fließt kalten zu warmen Körper

Spezifische Wärme= benötigte Wärme um 1g um 1 Grad zuerwerben

Wärmekapazität C= Wärmemenge benötigt wird um T eines Körpers um 1 Gra u erhöhen, Produkt spez. Wärme und Masse, um Körper T1-T2zu erwärmen benötigt Q

Q=C*(T2-T1)

Kalorimeter gemessen

Gesamtenergie bei chem. Reaktionen umgesetzt wird = Reaktionsenergie U -> unterschiedliche Beiträge haben ( Volumenarbeit + Wärmeenergie)

Reaktionsenergie= 🔺H= Anteil Reaktionsenergie, als Wärme anfällt-> Reaktionswärme

U1=U2 Produkte geringer innere Energie

mechanische Arbeit bei chem. Reaktion geleistet ist V1<V2 und p-🔺V positiv -> Reaktionsenthalpie 🔺H<Reaktionsenergie 🔺U

-🔺H ist Different von Wärmeinhalten der Edukte und Produkte, H hängt äußeren bedingungen ab = T, p, Aggregatzusatnd

Gesetz Ions. Wärmesummen, Reaktionsenthalpie einer Rxn ist konstant. Unabhängig vom Weg

Reaktionsenthalpie egal ob Produkt direkt oder über Umwege gebildet

🔺H experimentell/tabilliert berechnet worden, tabelliert= Standard-Bildungsenthalpie 🔺Hf zur Bildung 1 Mol reiner Substanz aus reinen Elementen unter Standard-Bidingung

Ergebnis Berechnen: Reaktionsenthalpie 🔺H^0

Standard- Bildungsenthalpie nicht gemessen dann Satz von Hess berechnet

Dissoziationsenergie= Energie zum Aufbrechen zweiatomigen Bindung

H-H(g)->2H(g) 🔺H=4354kJ/mol positive Energe benötigt zur Berechnung -> selbe Energie wird frei wenn zwischen jeweiligen Atomen Bindung gebildet werden, auch für manche Reaktionen 🔺H berechnet werden

auf mehrstimmige Moleküle ausgeweitet werden: H-O-H(g)-> 2H(g)+O(g) 🔺H=926 kJ/mol -> Hälfte Betrags ist mittlere Bindungsenergie für H-O Bindung, bei Berechnung mist verwendet

Bedingung nacheinander getrennt-> Werte unterschiedlich, nach Abtrennung H-Atom weniger Stabiles Fragment H-O-H(g)->H(g)+O-H(g) 🔺H=501 kJ/mol

-Einfachbindung<Doppelbindung<Dreifachbindung

Werte nur gasförmige Verbindung anwendbar, mittleren Bindungsenergie berechnet 🔺H-Werte nur Schätzwerte

manchen Molekülen liegen besondere Verhältnisse vor, Anwendung Bedingsenergie nicht zulassen

1) Erhaltung der Energie: Gesamtenergie Universum=konst., Energie einer Form andere umgewandelt werden aber nicht erzeugt/ vernichtet werden, tatsächliche WertEnergie U System nicht bekannt aber Änderung innere Energie können gemessen werden

2) vergrößert sich Entropie S= Entropie MAß Unordnung in System, nur Zustand mit geringer Ordnung stellt freiwillig ein, Gesamtänderung Entropie 🔺Sges Summe Entropieänderung Systems und Umgebung

2 Faktoren bestimmen Freiwilligkeit Reaktion

1) Rxn Energieminimrung angestrebt , -🔺H->-🔺G

2) Rxn maximale Unordnung angestrebt, +🔺S trägt wegen Terms -T🔺S zu -🔺G

🔺G^0 ( freie Standard-Reaktionsenthalpien) aus Standardenthalpien berechnet werden

Standard-Bildungsenthalpie 🔺Gf sind freien Reaktionsenthalpien für Bildung 1 Mol der Verbindung aus den Elementen ( Elemente in Standard-Zustand )

Je negativer Werte 🔺Gf^0, desto stabiler Verbindung

Freie Standard reaktionsenthalpi:

Wärme steigert molekulare Unordnung Substanz, Entropie nimmt mit T zu

Entropie perfekten kristallinen Substanz absoluten Nullpunkt=0 ( 3. Hauptsatz)

Entropie gefrorenen Lösung/ Kristalls mit Baufehlern auch 0K=0

Absolute Entropie aus Werten Wärmekapazität berechnet werden

Standard-Entropie S^0 Substanz= Entropie Substanz in Standardzustand bei 101,3 Kap

Berechnung 🔺G/🔺Hnährungsweise ausgegangen 🔺H/🔺S unabhängig T

Abhängig zahlreicher komplexen Faktoren-> Erforschung Faktoren Aufschluss über Mechanismus chem. Reaktion

Reaktionsmechanismus beinhaltet detaillierte Beschreibung Ablaufs chem. Reaktion->Verlaufen über mehrere Stufen

Geschwindigkeitsgesetze setzen Konzentration Reaktanden in Beziehung mit Rxnsgesch.

k= Proportionalitätskonstante/Geschwindigkeitskonstante, temperaturabhängig, abhängig Substanz Konzentrationsänderung bezieht

Definiert für verschiedene Rxn jeweils Reaktionsordnung-> entspricht Summe der Exponenten der Konzentrationsparameter in Geschwindigkeitsgesetz N2O5:Rxn 1. Ordnung, Exponent c(N2O5)=1

Gechindigkeitsgesetze experimentell bestimmt werden->nicht Rxngleichung ablesen

Ziel Umformung Ausdrucks für Geschwindigkeit Reaktion um Konzentration Beziehung abgelaufene Zeit

Manche Reaktionen verlaufen einzigen Schritt CO+NO2-> CO2+NO

Anzahl Kollisionen Gas bei 25°C & 101kPa bei rd. 10^31 pro sec ->demnach Rxn in <1sec beendet , nur Bruchteil Kollisionen führt Rxn effektive Kollisionen

Nach effektiven Kollision Bildung eines aktivierten Komplexes angenommen

Komplex spaltet entweder Produkte oder Ausgangsmoleküle / Edukte

Übergangszustnd A-A & X-X Bindungen geschwächt und A-X Bindungen teilweise gebildet

Übergangszustand relativ hohe potenzielle Energie

Intrinsischen Reaktionsgeschwindigkeit= Reaktionsgeschwindigkeit reinen chem. Verbindungen bei definierter Umgebungsbedingungen ohne störenden Einflsse -> Mikrokinetik

Realität Mikrokinetik von makroskopisch Einflüssen überlager-> zahlreiche Einflüsse möglich, je nach dem ob Feststoffe,Flüssigkeit oder Gas i homogenen/heterogenen Rxn -> experimentell bestimmte Kinetik=Makrokinetik

Erhöhen Geschwindigkeit Reaktion ohne selbst verbraucht/umgesetzt zu werden, ändern Mechanismus, nachdem Reaktion abläuft

Senken AktivirungsenergieHin-/Rückreaktion, 🔺U/🔺G durch Katalysatur nicht geändert

Katalysatorgifte unterbinden Wirkung Katalysatoren, bereits geringste Verunreinigung ausreichend

Änderung Elektronendichteverteilung/ Bildung von nicht katalysierenden Verbindungen auf Oberfläche hemmen Wirkung

Katalysator liegt gleiche Phase vor wie Reaktanden

Katalysator/Reaktanden verschiedenen Phasen vor, gasförmige Reaktanden Oberfläche des festen Katalysators adsorbiert