6. Chemische Reaktion (Pi VL6/VL7, Se 8) Flashcards
Begriff: chemische Reaktion
Vorgang, der verbunden ist mit dem Lösen und/oder Entstehen von (bestehenden/neuen) chemischen Bindungen
chemische Rekationen Klassifizierungen
- energetisch
- Aggregatzustand
- Art der reagierenden Teilchen
- OC: Änderung des Bindungszustands des C-Atoms
- AAC: Art der bei der Reaktion ausgetauschten Teilchen
- Art der Materie
- Art der Katalyse
chemische Rekationen Klassifizierungen - energetisch
exotherm / endotherm
chemische Rekationen Klassifizierungen - Aggregatzustand
Gasreaktion / Reaktionen in Lösungen / Festkörperreaktionen
chemische Rekationen Klassifizierungen - Art der reagierenden Teilchen
Molekül- / Ionen- / Radikalreaktion
chemische Rekationen Klassifizierungen - OC: Änderung des Bindungszustands des C-Atoms
Substitution / Addition / Eliminierung
chemische Rekationen Klassifizierungen - AAC: Art der bei der Reaktion ausgetauschten Teilchen
Redox- / Säure-Base- / Fällungs- / Komplexreaktionen
chemische Reaktionen Klassifizierungen - Art der Materie
anorganische, organische, bioorganische
chemische Rekationen Klassifizierungen - Art der Katalyse
homogen / heterogen
Standardbildungsenthalpie
+Bsp
ΔH°_B
Standardreaktionsnthalpie, die bei Bildung:
- von 1 mol einer Substanz
- aus der allotropisch stabilsten Form der reinen Elemente im Standardzustand
- unter Standardbedingungen (1,013 Bar, 25°)
… frei wird (exotherme Reaktion, negative Vorzeichen)
… zur Bildung erforderlich ist (endotherme Reaktion, positive Vorzeichen
zB 1 mol O2 + 1 mol Graphit –> 1 mol CO2
Reaktionsenthalpie
ΔH
- Änderung der Enthalpie im Verlauf einer Reaktion
= Energieumsatz einer bei konstanten Druck durchgeführten Reaktion
= abgegebene / aufgenommene Wärme bei konstanten Druck
ΔH = ΔU + pΔV
Welche Aussage anhand Reaktionsenthalpie
ob Energie freigesetzt oder benötigt wird um zwischen Molekülen zweier Stoff neue chemische Bindung zu bilden und wie viel
—> ob Reaktionsverlauf exotherm oder Endotherm ist
Satz von Hess
Die Enthalpieänderung ΔH eines Gesamtprozesses ist die Summe der Enthalpieänderungen der einzelnen Prozessschritte
ΔH_R = [Summe von H(Prod)] - [Summe von H(Ed)]
–> Reaktionsenthalpie unabhängig vom Reaktionsweg, sie hängt nur vom Anfangs- und vom Endzustand des Systems ab
Dient zur Berechnung von Enthalpieänderungen bei chemischen Reaktionen
Gleichung für freie Reaktionsenthalpie?
Welche Aussagen resultieren daraus?
ΔG = ΔH - TΔS
ΔG < 0 → exergone Reaktion: freiwillig
(läuft unter gegebenen Bedingungen spontan ab)
ΔG > 0 → endergone Reaktion: nicht freiwillig
(Ablauf in angegebenen Richtung erfordert Energiezufuhr)
ΔG = 0 → Gleichgewichtssituation
Was ist Reaktionsgeschwindigkeit?
Wie viele Teilchen pro Zeit in einer chemischen Reaktion umgesetzt werden
Stoffmenge- oder Konzentrationsänderung pro Zeiteinheit –> dn/dt oder dc/dt
Grundlegende Größe, mit der in der Kinetik gearbeitet wird
Wovon hängt die Reaktionsgeschwindigkeit ab?
- Konzentration der vorliegende Stoffe und Verhältnisse davon
- Temperatur
- Anwesenheit von Katalysatoren
- Druck (gasförmige Stoffe)
Massenwirkungsgesetz / Gleichgewichtskonstante
verschiedene Ks ..?
a A + b B ⇄ c C + d D
K = [(c^c)(C) ⋅ (c^d)(D)] /
[(c^a)(A) ⋅ (c^b)(B)]
K»_space; 1: Reaktion läuft nahezu vollständig in Richtung der Endprodukte ab
K «_space;1: Reaktion läuft praktisch nicht ab
K ≈ 1: alle Reaktionspartner liegen in vergleichbar großen Konzentrationen vor
Einflüsse von Druck- Temp-, Konz- Änderung und Katalysatoren auf Lage des chemischen Gleichgewichts?
Prinzip von Le Chatelier:
Übt man auf einem System im Gleichgewicht einen äußeren Zwang aus, so reagiert das System so, dass dieser Zwang vermindert wird
Einfluss auf Lage des chemischen Gleichgewichts:
Druckänderungen?
Erhöht man den Druck, weicht das System so aus, dass die Volumen-verkleindende Reaktion gefordert wird
Verringert man den Druck –> Volumen-vergoßende Reaktion wird gefordert
Einfluss auf Lage des chemischen Gleichgewichts:
Temperaturänderungen?
Erhöht man die Temperatur, wird wärmeliefernde Reaktion zurückgedrängt und umgekehrt.
Einfluss auf Lage des chemischen Gleichgewichts:
Konzentrationsänderungen?
zB Produkt aus dem Ansatz entfernen –> System reagiert, indem Produkt nachproduziert wird
Einfluss auf Lage des chemischen Gleichgewichts:
Katalysatoren?
- beschleunigt bzw bremst Hin- und Rückreaktion –> Gleichgewichtszustand sich schneller einstellt
- verändert GG Konzentration der Edukte und Produkte nicht
also keine Einfluss auf Lage des GGs (?)
gesättigte Lösung
Löslichkeit (Grenzkonzentration) des Stoffes im Lösungsmittel ist erreicht
Lösung, welche die bei der betreffenden Temp höchstmögliche Menge eines gelösten Stoffes enthält
Geschwindigkeit von Austreten und Eintreten in Kristall gleich
Aussage aus Löslichkeitsprodukt
Überschreitet Produkt der beiden Konzentration der Ionen A und B das Löslichkeitsprodukt, fällt Salz als Feststoff aus.
Löslichkeitsprodukt gibt also die Sättigungskonzentration eines Salzes an.
Phasendiagramme - Kurven und Punkte
Subliminationskurve: Gleichgewicht zw fest / gasförmig
Schmelzkurve: GG zw fest / flüssig
Dampfdruckkurve: GG zw flüssig / gasförmig
Tripelpunkt - 3 Phasen gleichzeitig
Kritische Punkt - sichtbare Trennfläche zw flüssig und gasförmige Phasen verschwindet, da Dichte gleich sind
Diamant - Leiter?
man erwartet:
- 2s Band mit 2N Quantenzustände, voll besetzt
- 2p Band mit 6N Quantenzustände, nur teilweise besetzt
- -> elektrische Leitung?
Nein!
Diamant Gitter:
- sp3-Hybridisierung –>
- sp3-bindende Band mit 4N Quantenzuständen, voll besetzt
- sp3-antibindende Band mit 4N Quantenzustände, leer
- mit verbotene Zone von 5,3 eV
5,3 eV zu große Lucke für Elektronen durch thermische Energie zu überwinden
–> Isolator!
(cf Graphit: sp2 Hybridisierung –> Halbleiter)
Verdampfungswärme, Schmelzwärme usw
Zum verdampfen, Schmelzen, Sublimination: Energie muss System zugeführt werden
Enthalpieänderungen von Phasenübergang-Vorgängen bei konstante Druck
Verdampfungsenthalpie, Schmelzenthalpie:
- ΔH > 0
- endotherm
Kondensationsenthalpie, Kristallisationsenthalpie:
- ΔH < 0
- exotherm
Standardreaktionsenthalpie
ΔH°
für definierten Anfangs- und Endzustand der Reaktionsteilnehmer = Standardzustand:
- bei Gasen ideal Zustand (1 atm)
- bei festen und flüssigen Stoffen der Zustand der reiner Phase (1 atm)
(- bei Standardtemperatur = 25°C / 298°K –> ΔH°_298)
Enthalpie von stabilsten Form eines Elements bei Standardbedingungen
0
Gleichgewichtskonstante für partielle Druck K_p
zB H2 + I2 ⇌ 2HI
pV = nRT --> p(H2) = [n(H2)/V] * RT = c(H2) * RT p(I2) = c(I2) * RT P(HI) = c(HI) * RT
usw
Änderung der inneren Energie
ΔU = Q + W
Q = Wärme W = Arbeit = -pΔV
Entropie
S
maß für Unordnung in einem System
ΔH < 0
Freie Reaktionsenthalpie?
Reaktion Exotherm –> trägt zu einem ΔG < 0 (Reaktion freiwillig) bei
ΔS > 0
Freie Reaktionsenthalpie?
Entropy steigt –> trägt zu einem ΔG < 0 (Reaktion freiwillig) bei
Bei einem Reaktion wird ein ______ angestrebt
Energieminimum
Gleichgewicht und freie Reaktionsenthalpie
??
ΔG° = - RT * ln(K_c)
(Pinna Week 7)
Temperaturabhängigkeit von Gleichgewichtskonstante
??
Pinna Week 7
Reaktionskinetik
??
Pinna Week 7
