Erster Hauptsatz der Thermodynamik
Wärmetönung von isobaren und isochoren Reaktionen
Die Anwendung des 1. Hauptsatzes der Thermodynamik für chemische Reaktionen ergibt, wenn nur Volumenarbeit berücksichtigt wird:
Für die Reaktionsenthalpie erhält man mit der Definitionsgleichung für die Enthalpie und den 1. Hauptsatz:
Innere Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie unterscheiden sich um den Anteil der Volumen-/Druckarbeit .
Isobare Reaktionen
Isobare Reaktionen verlaufen unter konstantem Druck, d.h. die Druckänderung während der Reaktion ist null (z.B. Reaktionen im offenen Reaktionsgefäß unter Atmosphärendruck).
Die Änderung der Reaktionsenthalpie bei konstantem Druck ist gleich der bei der Reaktion ausgetauschten Wärme . Man hat so eine Möglichkeit Reaktionsenthalpien bei konstantem Druck zu bestimmen.
- Definition
- Die Reaktionsenthalpie ist die Wärmetönung einer Reaktion bei konstantem Druck.
Die Reaktionsenthalpie unter Standardbedingungen wird aus der Differenz der Standardbildungsenthalpien von Produkten und Edukten berechnet.
Eine Reaktion unter Standardbedingungen verläuft unter einem Standarddruck von und einer Standardtemperatur von .
Isochore Reaktionen
Bei isochoren Reaktionen ist das Volumen konstant, d.h. die Volumenänderung während der Reaktion ist null (z.B. Reaktionen im Autoklaven).
Die Änderung der inneren Reaktionsenergie bei konstantem Volumen ist gleich der bei der Reaktion ausgetauschten Wärme . Man hat so eine Möglichkeit innere Reaktionsenergien bei konstantem Volumen zu bestimmen.
- Definition
- Die innere Reaktionsenergie ist die Wärmetönung einer Reaktion bei konstantem Volumen.
Die innere Reaktionsenergie unter Standardbedingungen wird aus der Differenz der inneren Standardbildungsenergien von Produkten und Edukten berechnet.
Vergleich der Reaktionswärmen
Die Reaktionswärmen unterscheiden sich also dadurch, dass bei isobarer Reaktionsführung der Anteil der Volumenarbeit hinzukommt.
Bei Reaktionen von idealen Gasen in einer homogenen Gasphase erhält man mit dem idealen Gasgesetz:
Die Stoffmengen entsprechen den stöchiometrischen Koeffizienten mit der Stoffmengeneinheit , d.h. . Die Wärmemengen oder und sind so leicht ineinander umrechenbar.
- Berechnung der Reaktionswärmen zur Ammoniaksynthese bei konstantem Druck
Die Wärmemenge bei konstantem Druck wird bestimmt zu:
Die Volumenarbeit errechnet sich zu:
Die Wärmemenge bei konstantem Volumen ist dann:
Der Wert der Volumenarbeit ist selbst bei Gasen verhältnismäßig klein. Bei Flüssigkeiten und Festkörpern wird er wegen der geringen Kompressibilität vernachlässigbar.