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Bestimmung der Reaktionswärme durch Kalorimetrie 08:17 min

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Transkript Bestimmung der Reaktionswärme durch Kalorimetrie

Hallo und ganz herzlich willkommen. In diesem Video geht es um die "Bestimmung der Reaktionswärme durch Kalorimetrie".

"Kalorien" Kalorienangaben auf Lebensmitteln mit dem Zweck gesunder Ernährung sind veraltet. Wir sind Naturwissenschaftler und wissen: 1. Man sagt heute "Joule". 1 cal = 4,1868 J und 2. Für die meisten Angaben ist diese Größe viel zu klein und man spricht dann von "Kilojoule" (kJ).

Bei dieser Angabe handelt es sich um die "Verbrennungswärme". Das ist die Energie, die bei der vollständigen Verbrennung eines Stoffes entsteht. Nehmen wir z. B. den Alkohol Ethanol:

Bei der Verbrennung von 100 g Ethanol wird eine Wärme von 2970 kJ frei. Die Masse von 100 g Stoff ist sinnvoll für die Angabe der Verbrennungswärme von Nahrungsmitteln. Es gibt heute für praktisch alle gängigen Nahrungsmittel Angaben der Verbrennungswärmen: Umgangssprachlich "Kalorien". Daher rührt dann auch der Name Kalorimetrie Der Begriff umfasst in der Chemie alle Verfahren für die Bestimmung von Reaktionswärmen. Die Werte für die Nahrungsmitteln wurden mit einer erstaunlichen Genauigkeit ermittelt. Für 100 g Kohlrabi 59 kJ, für Pommes 1054 kJ und für Butter sogar 3234 kJ.

Kalorimeter Das Gerät für die Bestimmung von Reaktionswärmen nennt man Kalorimeter. Das Schema eines solchen für eine Verbrennungsreaktion ausgelegten Apparates seht ihr hier. Im Inneren des Kalorimeters wird die zu verbrennende Substanz deponiert. Sie befindet sich in einem Verbrennungsbehälter mit reinem Sommerstoff. Die Reaktion liefert Wärme. Die Wärme wird vom Wasser aufgenommen, das das Reaktionsgefäß umgibt. Da Wasser schlecht wärmeleitend ist, wird es gerührt, damit die Temperatur im gesamten Kühlraum gleich bleibt. Um Wärmeverluste zu vermeiden, wird das System isoliert. In unserem Gefall geschieht das mit einer Luftisolierung und einer Außenisolierung. Der Temperaturanstieg des Wassers wird mit einem Thermometer gemessen.

Reaktionswärme Wichtig ist eine exakte Einwage der Substanz. Die Temperaturerhöhung liefert natürlich noch keine Reaktionswärme. Die Reaktionswärme Q lässt sich mit der Grundgleichung der Wärmelehre.

Q = cmdeltaT c und m sind die spezifische Wärmekapazität und die Masse des Wassers. deltaT ist die Temperaturerhöhung in Kelvin.

Ein einfaches Beispiel Ein lehrreiches Schulbeispiel ist die Neutralisation. Nehmen wir eine starke Säure und eine starke Base. Hier ein sehr einfacher Versuchsaufbau. In eine Lösung von Salzsäure wird eine Lösung von Natriumhydroxid gegossen. Die Vereinigung muss schnell erfolgen. Mit dem Thermometer wird vorsichtig gerührt und es wird zügig abgelesen. Natriumhydroxid: 0,5 mol/l und 100 ml Salzsäure: 0,5 mol/l und 100 ml

Temperaturerhöhung: deltaT = 3,2 K Masse des Wassers: 100 ml + 100 ml = 200 ml entspricht 200 g Wärmekapazität des Wassers: 4,1868 J/(g*K)

Wir rechnen: Q = cmdeltaT Also: Q = 4,18682003,2J/(gK)gK Und: Q = 2679,552 J ist rund 2,68 kJ Um auf ein mol reagierender Partner umzurechnen, müsse wir mit dem Kehrwert von 0,50,1 (also 20) multiplizieren: Q = 2,6820 kJ/mol = 54 kJ/mol

Wir haben die Neutralisationswärme bestimmt. Denn die stattgefundene Reaktion ist lediglich die Vereinigung von Wasserstoff-Ionen und Hydroxid-Ionen zu Wasser-Molekülen:

H+ + OH- ---> H2O Übrigens: Da Wärme frei wird, gibt man der Reaktionswärme mitunter ein negatives Vorzeichen: Q = -54 kJ/mol Verbesserung der Genauigkeit

Reaktionsenthalpie Die Reaktionsenthalpie und die Reaktionswärme Q sind nur bei konstantem Druck p gleich. Bei der Bestimmung der Neutralionswärme ist diese Bedingung gut erfüllt.

Wärmekapazität Im Kalorimeter wird die freigesetzte Wärme vom Wasser aufgenommen. Das ist so gewollt und wird durch die hohe spezifische Wärmekapazität des Wassers gewährleistet. Es werden aber auch andere Bestandteile des Kalorimeters erwärmt. Der Anteil an der Gesamtwärme ist relativ gering. Seine Berücksichtung führt zu einer Verbesserung der kalorimetrischen Messung. Kurz gesagt: Die Wärmekapazität des Wassers ist durch die Wärmekapazität des Kalorimeters zu ersetzen.

Zwickelabgleich Trotz bester Isolierung findet die Erwärmung so statt, wie sie in der Darstellung dokumentiert. 1. Man legt an die Vorkurve und die Nachkurve Tangenten an. 2. Die Hauptkurve wird durch einen sprunghaften Anstieg ersetzt. Bedingung: Die Flächen FI und FII sind gleich. Im einfachsten Fall geschieht das durch Schätzung.

Das war es auch schon wieder für heute. Ich wünsche euch alle Gute und viel Erfolg.

Tschüs.

Euer André

5 Kommentare
  1. 001

    Hallo Herr Otto,
    danke, dass Sie auf meine Frage so schnell geantwortet haben.
    Viele Grüße
    Dina

    Von André Otto, vor mehr als 2 Jahren
  2. 001

    Hallo,

    Reaktionsenthalpie ist die Reaktionswärme bei konstantem definierten Druck. Für die Untersuchungen im Video sind beide Begriffe gleich zu verwenden.
    Im Video wird bei 5:30 NICHT durch die Kehrwerte dividiert. Es wurde durch die Werte dividiert ODER mit den Kehrwerten multipliziert.
    Aber das war wohl auch gemeint.
    Eine Erklärung wurde auch gegeben: Die Reaktionswärme sollte pro mol Umsatz bezogen auf einen Liter Lösung berechnet werden. Da aber mit einer Lösung von 0,5 mol/l und einer Flüssigkeitsmenge von 0,1 l gearbeitet wurde, wird dadurch dividiert, um 1 mol zu erhalten (zu normieren).
    Man kann auch zweimal eine Proportion aufstellen, was nicht sehr ersprießlich ist.
    Alternativ kann man so vorgehen:
    Ein Volumen von 0,1 l mit einer Konzentration von 0,5 mol/l ergibt eine Stoffmenge von 0,05 mol oder 1/20 mol. Um 1 mol zu erhalten, muss man entweder mit 20 multiplizieren oder durch 0,05 (1/20) teilen.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 2 Jahren
  3. Default

    hallo! ich habe unter anderem dieselbe Frage wie Anikii: Was ist der Unterschied zwischen der reaktionswärme und der reaktionsenthalpie?
    Und wieso musste man bei ca. 5min30 durch den Kerhwert von 0,5 und 100 rechnen?Ich finde das wird im Video nicht genau erläutert.

    Von Dina Chouli, vor mehr als 2 Jahren
  4. Default

    Guten Morgen Hr Otto!
    Ich weiß nicht ,was der Unterschied zwischen Reaktionswärme und Reaktionsenthalpie ist und woher das Minuszeichen bei Q=-c.m.t/n kommt,denn im Physik hat man ja nicht.

    Von Aniikii, vor mehr als 2 Jahren
  5. Default

    sehr gut und verständlich erklärt :)

    Von Saira Akr, vor mehr als 3 Jahren