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Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Chemische Reaktionen

Chemische Reaktionen können als Zustandsänderungen eines thermodynamischen Systems aufgefasst werden. Der Anfangszustand ist dann durch die noch nicht umgesetzten Ausgangsstoffe (Edukt) und der Endzustand durch die gebildeten Endstoffe (Produkt) gekennzeichnet.

Allgemein werden chemische Reaktionen mithilfe von Reaktionsgleichungen dargestellt:

ν 1 A 1 + ν 2 A 2 ν 3 B 1 + ν 4 B 2 Q r > 0 oder Q r < 0

Die bei der Reaktion verbrauchte, d.h. von der Umgebung zugeführte Wärme Q r > 0 oder frei werdende, d.h. von der Umgebung abgeführte Wärme Q r < 0 wird Reaktionswärme Q r genannt. Die Reaktionswärme kann die Umgebung entweder abkühlen, wenn die Reaktion Wärme verbraucht ( Q r > 0 ) oder aufheizen, wenn bei der Reaktion Wärme frei wird ( Q r < 0 ).

Definition
Q r ist der Wärmeaustausch mit der Umgebung, wenn die Anfangs- und Endprodukte dieselbe Temperatur haben. Diese Reaktionswärme wird auch als Wärmetönung der Umgebung bezeichnet.

Die Reaktionswärme ist auch abhängig von der Zahl der umgesetzten Stoffmengen. Die Stoffmengen werden durch die stöchiometrischen Koeffizienten ν i dargestellt.

2H2+ O2 2H2O        Q r >0 H2+ 0,5O2 H2O 0,5  Q r >0

Die Reaktionswärme ist die Wärmemenge für einen in der Reaktionsgleichung formulierten Formelumsatz. Die Reaktionsgleichung ist so zu formulieren, dass für die stöchiometrischen Koeffizienten nur ganze Zahlen und keine Bruchzahlen auftreten. Wird nur ein halber Formelumsatz angesetzt, ist die Reaktionswärme auch halbiert.

Definition
Man spricht von einer exothermen Reaktion wenn Wärme an die Umgebung abgegeben wird, d.h. Q r < 0 . Wird Wärme zugeführt und damit Q r > 0 , bezeichnet man die Reaktion als endotherm.

Q r ist auch davon abhängig, ob Produkte und Ausgangsstoffe der Reaktion bei demselben Druck oder demselben Volumen vorliegen. Verändert sich z.B. das Volumen während der Reaktion, wird auch Volumenarbeit geleistet.

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