Enthalpie der Reaktion

Thermodynamik ist die Lehre von Wärme und ihrer Beziehung zu Energie und Arbeit. Eine der wichtigsten thermodynamischen Eigenschaften ist die Enthalpie, die die Wärmeenergie angibt, die durch einen Prozess bei konstantem Druck übertragen wird. Die Enthalpie wird verwendet, um chemische Reaktionen zu beschreiben, wobei die Enthalpieänderung ΔH angibt, wie viel Wärme während einer chemischen Reaktion absorbiert oder abgegeben wird.

Die Enthalpie ist eine Zustandsfunktion, was bedeutet, dass die Änderung unabhängig vom Pfad ist und nur den Anfangs- und Endzustand berücksichtigt. Somit wird das ΔH einer Reaktion berechnet, indem die Summe der Enthalpien der Reaktanten von der Summe der Enthalpien der Produkte subtrahiert wird.

Ist ΔH positiv, ist die Reaktion endotherm und absorbiert Wärme aus der Umgebung. Ist ΔH negativ, ist die Reaktion exotherm und gibt Wärme an die Umgebung ab.

Wir können die Enthalpieänderung einer Reaktion mit einem isolierten System wie einem Kalorimeter messen. Ein vereinfachtes Kalorimeter, wie wir es hier haben, besteht aus einer isolierten Probenzelle mit einem Rührer und einem Thermometer. Während die Reaktion im Inneren der isolierten Zelle abläuft, ändert sich die Temperatur und wir sind in der Lage, ΔT zu messen.

Wir können davon ausgehen, dass keine Energie in oder aus der Probenzelle übertragen wird, da sie isoliert ist. Wir können also davon ausgehen, dass die Temperaturänderung auf die Wärmeänderung in der Reaktion zurückzuführen ist.

Wie verwenden wir also ΔT, um ΔH zu berechnen? Bei konstantem Druck ist ΔH gleich dem Wärmestrom, Q. Q ist gleich der Masse des Stoffes multipliziert mit seiner spezifischen Wärmekapazität und der Temperaturänderung. Die spezifische Wärmekapazität c_s ist ein Maß dafür, wie viel Wärme benötigt wird, um die Temperatur von 1 g eines Materials um 1 °C zu erhöhen.

Ein Material mit einer höheren spezifischen Wärmekapazität benötigt mehr Energie, um seine Temperatur zu erhöhen und umgekehrt. Spezifische Wärmekapazitätswerte für gängige Substanzen finden Sie in der Literatur. So können wir die spezifische Wärmekapazität zusammen mit der Masse des Stoffes und der Temperaturänderung verwenden, um ΔH für die Reaktion zu berechnen.

In Ihrem Experiment werden wir die Änderung der Enthalpie für die Bildung von Magnesiumoxid aus Magnesium und Sauerstoff messen. Mit unserem einfachen Kalorimeter müssen wir die Reaktionswärme indirekt mit einer Reihe separater Reaktionsschritte messen. Wir werden also jede Reaktion separat durchführen und ΔT und damit ΔH für jede Reaktion messen. Dann ist nach dem Hessschen Gesetz die Enthalpie der Gesamtreaktion gleich der Summe der Reaktionsenthalpien für jeden Reaktionsschritt.

In diesem Labor konstruieren Sie ein einfaches Kalorimeter aus Styroporbechern und bestimmen dann experimentell die Enthalpie der Bildung von Magnesiumoxid

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