Aktivierungsenergie EA: Die Aktivierungsenergie EA ist der (Mindest-) Energiebetrag, der einem Reaktionssystem zugeführt werden muss, um eine chemische Reaktion in Gang zu setzen. Je höher die EA einer chemischen Reaktion ist, desto schwerer lässt sich die Reaktion starten. Ist EA sehr klein, kommt es fast augenblicklich zur Reaktion. Mögliche Energieformen: Wärme, Strahlung, elektrische Energie, mechanische Energie, Reibungsenergie. Katalysatoren sind Stoffe, die die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen erhöhen und nach der Reaktion unverändert vorliegen. Kleine Mengen genügen, da Katalysatoren während der Reaktion nicht verbraucht werden. Die Wirkungsweise beruht auf der Herabsetzung der Aktivierungsenergie einer Reaktion (vgl. Reaktionsverlauf im nächsten Kasten). Reaktionsenthalpie DHR ohne Katalysator Edukte mit Kat. DHR Produkte Wird Energie aus der Umgebung aufgenommen, hat der Wert von DH ein positives Vorzeichen, die Umsetzung wird als endotherm (endo = innen) bezeichnet. ohne Katalysator Energie Wird Energie an die Umgebung abgegeben, hat der Wert von DH ein negatives Vorzeichen, die Umsetzung wird als exotherm (exo = außen) bezeichnet. Energie Die Reaktionsenthalpie DHR ist der Energiebetrag, der im Verlauf einer chemischen Reaktion bei konstantem Druck umgesetzt wird. Er kann in Form von Wärme, Licht, elektrischer und mechanischer Energie aufgewendet oder freigesetzt werden. Produkte DHR mit Kat. Edukte Reaktionsverlauf Reaktionsverlauf DHR= S DH (Produkte) - S DH (Edukte) Exotherme Reaktion: Verbrennung von Magnesium Endotherme Reaktion: Wasserzersetzung 2 H2O à 2 H2 + O2 2Mg + O2 à 2 MgO DH > 0 endotherm DH < 0 exotherm Das Wasser zersetzt sich an den Elektroden nur, wenn fortwährend Energie in Form von elektrischem Strom zugeführt wird. Ist das Magnesiumband erst einmal entzündet, brennt es selbständig weiter. Freie Enthalpie G Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik: Nimmt bei einer Reaktion die Entropie um DS ab, dann kostet das Energie. Dieser Energiebetrag ist temperaturabhängig (T·DS) und wird von der freiwerdenden Energie DH abgezogen. Umgekehrt, wenn die Entropie zunimmt. Nur die Restenergie DG steht zur Umwandlung in mechanische Arbeit zur Verfügung. DG lässt sich durch die Gibbs-Helmholtz-Gleichung berechnen: In einem abgeschlossenen Reaktionsraum können nur Vorgänge ablaufen, bei denen die Entropie wächst. Ein solches System strebt einem Zustand maximaler Unordnung entgegen. DG < 0 DG > 0 Ist ein Maß für die Unordnung eines Systems. Festkörper haben z.B. eine kleinere Entropie als Flüssigkeiten und Flüssigkeiten eine kleinere als Gase. Unordnung ist energetisch günstiger als Ordnung (Ordnung schaffen kostet Energie). Entropie nimmt zu exergonisch, die Reaktion läuft freiwillig ab endergonisch, die Reaktion läuft nicht freiwillig ab exotherm endotherm immer freiwillig exergonisch (freiwillig), wenn ½T·DS½ größer als ½DH½ (temperaturabhängig) exergonisch (freiwillig), wenn ½T·DS½ kleiner als ½DH½ (temperaturabhängig) Beispiel: Knallgasreaktion Beispiel: Bei der Reaktion von Ba(OH)2 mit NH4SCN kühlt sich die Mischung extrem ab. nie freiwillig, endergonisch Beispiel: Ozonbildung, Glucoseaufbau im Körper è Beispiel: Verbrennung mit gasförmigen Produkten (z.B. Verbrennung von Benzol) Entropie nimmt ab DG = DH - T·DS © Filser, Leuchtenmüller, Lochner, Tremaggi Entropie S
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