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Reaktionsenergie, Enthalpie und Reaktionsenthalpie

Def.: Die Reaktionsenegie Δ r U ist die Änderung der innneren Energie eines stofflichen Systems während einer chemischen Reaktion. Besonders einfach wird die Gleichung bei konstantem Druck:

Δ r U = Q V

Def.: Die Enthalpie eines stofflichen Systems ist die Summe aus der inneren Energie U und dem Produkt aus Druck p und Volumen V des Systems. Diese drei Größen sind Zustandsgrößen des stofflichen Systems.

H = U + p ⋅ V

Def.: Die Reaktionsenthalpie entspricht der Summe aus der Änderung der inneren Energie  und dem Produkt aus Druck p und der Volumenänderung ΔV während einer chemischen Reaktion:

Δ r H = Δ U + p ⋅ Δ V

Bei konstantem Druck ergibt sich daraus, dass die Reaktionsenthalpie gleich der Reaktionswärme ist:

Δ r H = Q p

Bei chemischen Reaktionen ist die Reaktionswärme von den Stoffmengen der beteiligten Stoffe abhängig.
Beispiel: Je nach eingesetzter Gasmenge in einem Gasofen wird mehr oder weniger Reaktionswärme freigetzt. Deshalb wird normalerweise die Reaktionswärme pro Mol angegeben. Diese Größe heißt dann molare Reaktionsenthalpie:

Δ r H m = Q p

Kalorimetrie

Zur Messung der Reaktionsenthalpie werden chemische Reaktionen oft in einem Wasserbad durchgeführt. Man kann dann einfach die Temperaturänderung des Wassers messen und daraus die Reaktionswärme berechnen. Dazu verwendet man folgende Formel:

Q = c ⋅ m ⋅ Δ T


mit der spezifischen Wärmekapazität c des Wassers:

c ( H 2 O ) = 4,19 J g ⋅ K

Damit ergibt sich dann folgende Gesamtformel für die Reaktionsenthalpie:

Δ r H m = c ( H 2 O ) ⋅ m ( H 2 O ) ⋅ Δ T n F

Im Nenner steht dabei die Stoffmenge der Formelumsätze nF.

Bei flüssigen Stoffen gilt: nF ist das Produkt aus Konzentration und Volumen des Stoffes.
Beispiel für die Stoffmenge der Formelumsätze von Salzsäure:

n F = c ( HCl ) ⋅ V ( HCl )


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