Arbeitsbuch zu Atkins, de Paula, Keeler Physikalische Chemie. James J. Keeler

Integration auf beiden Seiten der resultierenden Gleichung liefert

      Zur Lösung verwenden das Standardintegral A1 aus dem Anhang des Lehrbuchs, und es folgt

      S2.2.5 Das Volumen bleibt konstant, also ist w = 0 (d. h., es wird keine Volumenarbeit verrichtet). Weil aber bei konstantem Volumen ΔU = q gilt, folgt ΔU = q_V = +2,35 kJ. Wegen ΔV = 0 ist

      Nach der Van-der-Waals-Gleichung (Gl. (1.27b)) ist

      Beachten Sie, dass sich der Term, der den Parameter a enthält, herauskürzt, da das Volumen konstant gehalten wird. Also ist

      Mit den angegebenen Werten erhalten wir V_m = V/n = (15,0 dm³)/(2,0 mol) = 7,5 dm³ mol⁻¹ sowie ΔT = 341K − 300 K = 41K, und aus Tab. 1.6 des Lehrbuchs entnehmen wir den Van-der-Waals-Koef-fizienten b = 4,29 × 10⁻² dm³ mol⁻¹. Also ist die Enthalpieänderung

2.3 Thermochemie

      Diskussionsfragen

      D2.3.1 Die Verdampfung von Wasser ist ein endothermer Phasenübergang: H₂O (l) → H₂O (g), Δ_VH^⊖ = +44,01 kJ mol⁻¹. Daher muss für die Verdampfung der Flüssigkeit Energie in Form von Wärme zugeführt werden. Diese Energieübertragung kühlt sowohl die Stoffstreifen als auch die Luftmoleküle in ihrer unmittelbaren Umgebung ab.

      D2.3.3 Der Standardzustand einer Substanz ist ihre reine Form bei einem Druck von 1 bar und einer gegebenen Temperatur. Für den Standardzustand ist keine bestimmte Temperatur vorgegeben; wenn wir allerdings Werte für thermodynamische Standardgrößen angeben sollen, dann gehen wir

üblicherweise von der Raumtemperatur von 298,15 K (25 °C) aus. Der Referenzzustand einer Substanz ist ihr stabilster Zustand bei einem Druck von 1 bar und einer gegebenen Temperatur. Diese Unterscheidung ist wichtig, denn Bildungsenthalpien beziehen sich auf die Bildung einer Substanz aus ihren Elementen, die in ihren jeweiligen Referenzzuständen vorliegen – bei anderen Arten von Angaben zu Reaktionen ist es möglich, dass eine Substanz nicht in ihrem Referenzzustand vorliegt.

      Die Unterscheidung zwischen dem Standardzustand und dem Referenzzustand eines chemischen Elements mag auf den ersten Blick marginal erscheinen; bei Elementen, die bei einer bestimmten Temperatur in unterschiedlichen Formen vorliegen können, wird der Sinn dieser Differenzierung jedoch deutlich: Ein Element kann mehr als einen Standardzustand besitzen – einer für jede Form, in der dieses Element bei einer bestimmten Temperatur vorliegt.

      Standardzustände bilden einen Fixpunkt in der Thermodynamik, auf dessen Grundlage wir eine thermodynamische Größe unter anderen Bedingungen berechnen können (z. B. bei Drücken, die vom Standarddruck 1 bar deutlich abweichen). Anhand tabellierter thermodynamischer Daten zu den Standardzuständen können wir diese Größen bei anderen Bedingungen ableiten, ohne jedes Mal eine neue, für diese Bedingungen spezifische Liste erstellen zu müssen.

      Durch die Angabe der Referenzzustände ist es möglich, konsistente Datentabellen aufzustellen, die untereinander jederzeit vergleichbar sind.

      Leichte Aufgaben

      L2.3.1a Tetrachlormethan wird bei konstantem Druck verdampft, daher gilt

      Die bei konstantem Druck verrichtete Arbeit ist durch Gl. (2.6) gegeben, w = −p_exΔV. Beachten Sie, dass näherungsweise ΔV = V_E gilt, denn die Substanz nimmt im gasförmigen Endzustand ein viel größeres Volumen als im flüssigen Anfangszustand. Das Endvolumen V_E lässt sich mithilfe der Zustandsgleichung des idealen Gases (Gl. (1.4)) berechnen.

      Mithilfe des Ersten Hauptsatzes der Thermodynamik (Gl. (2.2)) erhalten wir

      L2.3.2a Die Reaktionsgleichung für die Bildung von Ethylbenzol lautet

      Zur Berechnung der Standardverbrennungsenthalpie dieser Verbindung setzen wir die angegebene Standardbildungsenthalpie Δ_BH^⊖ sowie weitere Werte aus Tab. 2.11 aus dem Anhang des Lehrbuchs in Gl. (2.30a) ein. Für die Standardverbrennungsenthalpie erhalten wir

      L2.3.3a Die Standardbildungsenthalpie Δ_BH^⊖ von HCl (aq) entspricht der Standardreaktionsenthalpie Δ_RH^⊖ der Reaktion

Da es sich bei HCl um eine starke Säure handelt, lautet die effektive Reaktion

      Per Definition ist Δ_BH^⊖(H⁺, aq) = 0, daher entspricht Δ_RH^⊖ dieser Reaktion der Standardbildungsenthalpie der Chloridionen, Δ_BH^⊖ (Cl⁻, aq):

      L2.3.4a Die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Naphthalin lautet

      Die Standardverbrennungsenthalpie Δ_CH^⊖ berechnen wir mithilfe von Gl. (2.30a) unter Verwendung der thermochemischen Daten, die in Tab. 2.10 und 2.11 im Anhang des Lehrbuchs angegeben sind:

      In einem Bombenkalorimeter findet die Wärmeübertragung bei konstantem Volumen statt; die Wärmemenge ist daher durch q_V = nΔ_CU^⊖ gegeben. Δ_CU^⊖ und Δ_CH^⊖hängen über die in Gl. (2.20) angegebene Beziehung zusammen, Δ_RH^⊖ = Δ_RU^⊖ + Δn_gRT, wobei Δn_g die Änderung der Stoffmenge der an der Reaktion beteiligten Gase bezeichnet. Im vorliegenden Fall ist Δn_g = 10 mol − 12 mol = − 2mol, und wir erhalten

      Die