.. role:: raw-html(raw) :format: html .. raw:: html :file: ./_static/header_trunc.html Reaktionsenergie =================== Reaktionsenergie aus Bindungsenergien berechnen ----------------------------------------------- Die Reaktonsenergie ist diejenige Energie, die bei einer Reaktion umgesetzt wird. Dabei gibt man die Energie pro **molarem Formelumsatz** an; es ist also die umgesetzte Energie, wenn die Reaktion "ein Mol mal abläuft". .. figure:: ./_static/reaktionsenergie/methan.png :alt: Alternativtext :figwidth: 20% Mit Hilfe der Bindungsenergien kann man nun die Reaktionsenergie einer chemischen Reaktion abschätzen. Aber dazu müssen wir ein paar Vorarabeiten leisten. Betrachten wir dazu das Beispiel der Verbrennung von Methan. **Bitte überlege und notiere dir jeweils die Antworten, bevor du den entsprechenden Button anklickst**. .. raw:: html :file: ./_static/reaktionsenergie/bildwechsler_trunc.html Wähle nun "färbe Bindungen ein". Es erscheinen alle beteiligten Moleküle und man kann die Bindungen, die gebrochen werden müssen und die sich wieder bilden, direkt abzählen. Pro Methan-Molekül werden also - 4 CH-Bindungen gebrochen (rot) - 2 OO-Doppelbindungen gebrochen (blau), da zwei :math:`O_2` Moleküle reagieren - 4 OH-Bindungen geknüpft (violett), da zwei Wassermoleküle à zwei Bindungen entstehen - 2 CO-Doppelbindungen geknüpft (grün), da pro :math:`CO_2`-Molekül zwei Doppelbindungen gebildet werden Pro pro molarer Formelumsatz werden also 4 *mol* CH-Bindungen und 2 *mol* OO-Doppelbindungen gebrochen, während 2 *mol* CO-Doppelbindungen und 4 *mol* OH-Bindungen geknüpft werden. Für einen molaren Formelumsatz dieser Reaktion sind für das Zerreissen der Bindungen also - CH-Bindungen: :math:`4 mol \cdot 413 \ \frac{kJ}{mol} = 1652 \ kJ` - OO-Doppelbindungen :math:`2 mol \cdot 498 \ \frac{kJ}{mol} = 996 \ kJ` erforderlich. Total müssen somit :math:`1652 + 996 \ kJ = +2648 \ kJ` aufgewendet werden, um alle Bindungen zu zerreissen. Das positive Vorzeichen zeigt, dass diese Energie in das System hineingesteckt werden muss. Auf ähnliche Weise lässt sich natürlich auch die freigesetzte Energie berechnen und daraus der Energieumsatz: .. raw:: html
Video 1: Berechnung der Reaktionsenergie der Verbrennung von Methan
Man kann die Reaktionsenergie natürlich auch systematisch mit Hilfe einer Tabelle berechnen. Tipps: Blende die angefärbten Bindungen nochmals ein. Und: du kannst auch prüfen, wenn noch nicht alle Werte eingetragen sind. .. raw:: html :file: ./_static/reaktionsenergie/bild_anzeigen.html .. raw:: html :file: ./_static/reaktionsenergie/reaktionsenergie_methanverbrennung.html Das Total sollte direkt die Summe der Zahlen in der letzten Zeile sein. Die Reaktionsenergie ist negativ, also wird Energie frei und verlässt das System, so dass die Energie im System sinkt. Die Reaktion ist also exotherm. Beispiele ----------------- Berechne nun die Reaktionsenergien für die Synthese von Wasser und von Chlorwasserstoff in den Unterlagen mit Hilfe eines Energiediagramms und/oder in Form einer Tabelle. Berechne die Energie, die beim Bilden von 1 mol Wasser aus den Elementarstoffen frei wird (die so genannte **Bildungsenergie** von Wasser) und den Energieumsatz bei einer vorgegebenen Menge an Produkt. Kontrolliere hier, ob du auf das richtige Resultat kommst: .. raw:: html :file: ./_static/reaktionsenergie/reaktionsenergie_reaktionen.html Die Chlorknallgasreaktion kann man starten, indem man das Chlor/Wasserstoffgemisch mit Licht bestrahlt. Durch das Licht wird die Bindung zwischen den Chloratomen gebrochen. Schätze mithilfe der Energien von sichtbarem Licht ab, welche Arten elektromagnetischer Strahlung das Molekül zerreissen können und welche nicht. Faustregel für exotherme bzw. endotherme Reaktionen --------------------------------------------------- Diese Berechnungen ergeben ein charakteristisches Resultat, mit dessen Hilfe man einfach abschätzen kann, ob eine Reaktion endotherm oder exotherm ist: .. raw:: html :file: ./_static/reaktionsenergie/faktoren_reaktionsenergie.html Freisetzung von Energie ---------------------------- Auf welche Weise wird denn nun bei exothermen Reaktionen die berechnete Energie frei? Das Brechen der Bindungen braucht Energie, was bedeutet, dass sich die Teilchen dabei verlangsamen. Das Knüpfen der Bindungen liefert Energie, was bedeutet, dass sich die Teilchen dabei beschleunigen. Und weil bei einer Exothermen Reaktion mehr Energie frei wird als aufgewendet werden muss, beschleunigen sich die Teilchen mehr als dass sie abgebremst werden. Die Teilchen sind nach der Reaktion schneller, das Reaktionsgefäss wird also heiss: .. raw:: html
Video 2: Bei einer Verbrennung wird Energie frei
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