Wärme bei konstantem Druck
- Anknüpfung (1.1.2):\(\Delta U = Q + W\) — welche Wärme man misst, hängt vom Gefäß ab.
- Konstantes Volumen:starres Gefäß (Bombe), \(W = 0\) → \(Q_V = \Delta U\).
- Konstanter Druck:offenes Gefäß im Labor; entstehende Gase schieben die Luft weg, \(W = -p\cdot\Delta V\).
Herleitung:
Enthalpieänderung: \(\Delta H = \Delta U + p\cdot\Delta V = Q_p\)
- Enthalpie \(H\):Zustandsgröße wie \(U\) — messbar ist nur \(\Delta H\).
Die Reaktionsenthalpie
- Reaktionsenthalpie \(\Delta_r H\):Enthalpieänderung für den Formelumsatz laut Reaktionsgleichung, in kJ/mol.
- Exotherm:\(\Delta_r H < 0\) — Wärme wird an die Umgebung abgegeben.
- Endotherm:\(\Delta_r H > 0\) — Wärme wird aus der Umgebung aufgenommen.
- Standard \(\Delta_r H^\circ\):bei \(101{,}3\,\text{kPa}\), meist 25 °C.
Wähle eine Reaktion und lasse sie mit Start ▶ einmal in der starren Bombe und einmal im Zylinder mit freiem Kolben ablaufen. Vergleiche im Diagramm \(\Delta_r U\) und \(\Delta_r H\) — mit „überlagert“ erscheinen beide Niveaus zusammen.
Halte fest: \(\Delta_r H\) und \(\Delta_r U\) unterscheiden sich genau um die Volumenarbeit \(p\cdot\Delta V\) — nur wenn sich die Gasmenge ändert.
- Gase:\(p\cdot\Delta V = \Delta n(\text{g})\cdot R\cdot T\) — Feststoffe und Flüssigkeiten zählen nicht.
Reaktionsenthalpie und innere Energie: \(\Delta_r H = \Delta_r U + \Delta n(\text{g})\cdot R\cdot T\)
- Bei 25 °C:\(R\cdot T \approx 2{,}48\,\text{kJ/mol}\) pro Mol Gas.
- Praxis:Der Unterschied liegt meist unter 1 % — für Abschätzungen gilt \(\Delta_r H \approx \Delta_r U\).
Allgemeine Hinweise
Δn(g) nur für Gase
Beim Zählen von \(\Delta n(\text{g})\) werden nur gasförmige Stoffe berücksichtigt — flüssiges Wasser als Produkt zählt nicht. Aggregatzustände deshalb immer mitschreiben.
kJ und kJ/mol
\(\Delta_r H\) in kJ/mol gilt für den Formelumsatz der angegebenen Gleichung. Verdoppelt man die Koeffizienten, verdoppelt sich \(\Delta_r H\); für eine konkrete Portion rechnet man auf kJ um.
Einheiten angleichen
In \(\Delta n\cdot R\cdot T\) liefert \(R = 8{,}314\,\text{J/(mol·K)}\) Joule — vor dem Addieren zu \(\Delta_r U\) in kJ durch 1000 teilen.
