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Die Reaktionsenthalpie

Ob ein Kolben heiß oder kalt wird, verrät ein einziges Vorzeichen — und ein Pfeil, der nach oben oder unten zeigt.

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Wärme bei konstantem Druck

Die meisten Reaktionen laufen im offenen Gefäß ab, also bei konstantem Luftdruck — dafür gibt es eine eigene Größe.

  • Enthalpie \(H\):\(H = U + p\cdot V\); wie \(U\) nicht absolut messbar.
  • Enthalpieänderung:\(\Delta H\) ist die Wärme \(Q_p\), die bei konstantem Druck ausgetauscht wird.
  • Reaktionsenthalpie:\(\Delta_rH = H(\text{Produkte}) - H(\text{Edukte})\)
  • Molare Angabe:in \(\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\), bezogen auf den Formelumsatz der Reaktionsgleichung, so wie sie dasteht.

Herleitung:

\(\Delta U = Q_p + W\)
Start
Erster Hauptsatz; \(Q_p\) ist die Wärme bei konstantem Druck.
\(\Delta U = Q_p - p\cdot\Delta V\)
\(W = -p\Delta V\) einsetzen
Bei konstantem Druck ist die Arbeit reine Volumenarbeit.
\(Q_p = \Delta U + p\cdot\Delta V\)
\(|\;+\,p\Delta V\)
Nach der Wärme auflösen.
\(Q_p = \Delta H\)
Ergebnis
Denn aus \(H = U + pV\) folgt bei konstantem Druck \(\Delta H = \Delta U + p\cdot\Delta V\).
Merke

Reaktionsenthalpie: \(\Delta_rH = Q_p\) — die bei konstantem Druck mit der Umgebung ausgetauschte Wärme.

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Exotherm oder endotherm

  • Exotherm:\(\Delta_rH < 0\) — Wärme wird an die Umgebung abgegeben, die Produkte liegen tiefer.
  • Endotherm:\(\Delta_rH > 0\) — Wärme wird aus der Umgebung aufgenommen, die Produkte liegen höher.
  • Enthalpiediagramm:senkrechte \(H\)-Achse ohne Nullpunkt; Edukte und Produkte als waagerechte Niveaus, \(\Delta_rH\) als Pfeil von den Edukten zu den Produkten.
  • Rückreaktion:gleicher Betrag, umgekehrtes Vorzeichen.
  • Formelumsatz:Verdoppelt man alle Koeffizienten, verdoppelt sich \(\Delta_rH\).

Wähle eine Reaktion, lies die Beobachtung und ziehe das Niveau der Produkte dorthin, wo du es vermutest (Punkt anwählen, Pfeiltasten ↑/↓). Dann prüfen — das Enthalpiediagramm baut sich auf.

Exotherm oder endotherm?

Halte fest: Liegen die Produkte im Enthalpiediagramm tiefer als die Edukte, ist die Reaktion exotherm (\(\Delta_rH < 0\)); liegen sie höher, endotherm.

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Allgemeine Hinweise

Zünden heißt nicht endotherm

Auch exotherme Reaktionen brauchen oft einen Anstoß, etwa ein Streichholz. Entscheidend ist die Bilanz, nicht der Start.

Aggregatzustände angeben

\(\Delta_rH\) hängt vom Zustand ab: \(\ce{2 H2 + O2 -> 2 H2O}\) liefert \(-571{,}6\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}\) mit flüssigem, aber nur \(-483{,}6\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}\) mit gasförmigem Wasser.

Das Minus ist die halbe Aussage

\(-890\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}\) und \(+890\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}\) beschreiben entgegengesetzte Vorgänge — ohne Vorzeichen ist die Angabe unvollständig.

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