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Die Enthalpien chemischer Reaktionen
ОглавлениеNun wenden wir uns den Enthalpieänderungen zu, die bei chemischen Reaktionen auftreten. Für ihre Angabe gibt es zwei grundsätzliche Möglichkeiten. Wir können die thermochemische Gleichung als Kombination der Reaktionsgleichung und der zugehörigen Enthalpieänderung formulieren:
Hier ist ΔH⦵ die Enthalpieänderung beim Übergang von den Reaktanten in ihren Standardzuständen zu den Produkten in deren Standardzuständen:
reine, getrennte Reaktanten in den Standardzuständen → reine, getrennte Produkte in den Standardzuständen
Mit Ausnahme ionischer Reaktionen in Lösung können die Enthalpieänderungen beim Mischen und Trennen der Substanzen gegenüber der Reaktionsenthalpie vernachlässigt werden. Im Fall der Verbrennung von Methan bezieht sich die Standardenthalpie aufdie vollständige Reaktion von 1 mol CH4 in Form des reinen Gases bei 0.1 MPa mit 2 mol O2 in Form des reinen Gases zu 1 mol CO2 in Form des reinen Gases bei 0.1 MPa und 2 mol reinem flüssigem Wasser bei 0.1 MPa; angegeben ist der Zahlenwert bei 298.15 K.
Alternativ können wir die Reaktionsgleichung formulieren und dazu die Standardreaktionsenthalpie ΔRH⦵ angeben. Für die Verbrennung von Methan ist das
Die Standardreaktionsenthalpie einer allgemeinen Reaktion 2A + B → 3C+ D ist
wenn die molare Standardenthalpie der Substanz J bei der jeweiligen Temperatur ist. ΔRH⦵ ist ebenfalls eine molare Größe, weil in diesem Ausdruck die molaren Enthalpien stehen. Um die Angabe 'pro Mol' bei einer Reaktionsenthalpie zu verstehen, sehen wir uns die stöchiometrischen Koeffizienten in der Gleichung an: Das 'pro Mol' in ΔRH⦵ bedeutet offensichtlich „pro 2 mol A", „pro mol B“, „pro 3 mol C“ bzw. „pro mol D“. Allgemein gilt
[2.32]
wobei die molaren Enthalpien jeweils mit dem zugehörigen (dimensionslosen und positiven) stöchiometrischen Koeffizienten v multipliziert wurden.
Für Standardenthalpien einiger besonders wichtiger Reaktionen werden spezielle Namen verwendet. So ist die Standardverbrennungsenthalpie ΔCH⦵ die Standardreaktionsenthalpie der vollständigen Oxidation einer organischen Verbindung zu gasförmigem CO2 und flüssigem H2O (wenn die Substanz nur C, H, O enthält) sowie gasförmigem N2 (wennauchStickstoffinderVerbindungvorkommt). Ein Beispiel ist die Verbrennung von Glucose:
Das bedeutet: Wenn 1 mol C6H12O6 unter Standardbedingungen bei 298 K verbrannt wird, wird eine Wärmemenge von 2808 kJ freigesetzt. Einige weitere Werte finden Sie in Tabelle 2-6.
Tabelle 2.6 Standardbildungs- und -verbrennungsenthalpien organischer Verbindungen bei 298K.*
| Substanz | ΔBH⦵/(kJ mol–1) | ΔCH⦵/(kJ mol–1) |
| Benzol, C6H6(l) | + 49.0 | –3268 |
| Ethan, C2H6(g) | –84.7 | –1560 |
| Glucose, C6H12O6(s) | –1274 | –2808 |
| Methan, CH4(g) | –74.8 | –890 |
| Methanol, CH3OH(l) | –238.7 | –726 |
* Weitere Werte im Tabellenteil am Ende des Buches.
