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mep
Gast
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 Verfasst am: 30. März 2010 19:59 Titel: Berechnen der freiwerdenden Energie einer chem. Reaktion |
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Ich hab das schon mal in einem anderen Forum gepostet aber keine Antwort erhalten also versuche ich es hier nochmal.
Lange Rede kurzer Sinn, grundsätzlich brauch ich eine geeignete Erklärung wie man die freiwerdende Energie einer Reaktion berechnet.
Wie man die Reaktion aufstellt lernt man ja in der Schule und wer nicht findet im Internet auch massig Erklärungen. Leider will ich aber genauer über die Reaktion Bescheid wissen.
Ich will berechnen welche Energiemenge bei der Reaktion von Wasser mit Magnesium frei wird. Leider wurde in der Schule und im Studium nicht vermittelt wie sowas geht obwohl es ja eigentlich nicht schwer sein kann.
Ich habe im Internet in bisschen danach gesucht und den Wert von 1202kJ/mol gefunden. Zudem eine auf einer anderen Seite eine Erklärung zur Berechnung. Ich weiß aber nicht ob die auch korrekt ist:
Ich errechne folgendes:
Mg + ½ O2 => MgO
und diesen Daten:
Mg = 0 KJ/mol O2 = 0 KJ/mol MgO = -601 kJ/mol
Bekomme ich dieses Ergebnis:
dHr = -601kJ/mol - (0 kJ/mol + 0 kJ/mol ) = -601 KJ/mol
Welches sich aber nicht mit dem Ergebnis von -1202KJ/mol deckt sondern genau die Hälfte beträgt. Offensichtlich scheint der Faktor 2 von dem O2 hier eine Rolle zu spielen. Ich denke aber dass es doch möglich sein muss die Formel zu Kürzen oder zu Erweitern und dennoch immer die richtige Energiemenge berechnen zu können. Da die Energiemenge von O2 und Mg aber jeweils 0KJ/mol beträgt nützt ein Multiplizieren mit einem Faktor nichts.
Irgendeine genauere Erklärung was nun richtig ist?
Desweiteren will ich die Reaktion von Mg und Wasser berechnen:
Mg + H2O => MgO + H2
Hier errechne ich folgende Energie:
dHr= (-601+0) – (0-286) =-316 kJ/mol
Und bei der anschließenden Reaktion des Wasserstoffs mit Luftsauerstoff:
2H2 + O2 => 2H2O
dHr= -242 - (0+0) = -242kJ/mol
Ist das so richtig?
Neben der Energie gibt es auch noch ein paar Faktoren die mich interessieren.
Wann startet die Reaktion? Hängt das allein von der Zündtemperatur ab oder gibt es noch andere Faktoren (Zerteilungsgrad)?
Wie schnell läuft die Reaktion ab (klar hängt vom Zerteilungsgrad ab, ich hätte aber gern die genaue Zeit berechnet)? |
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magician4
Moderator
Anmeldungsdatum: 05.10.2009
Beiträge: 4946
Wohnort: Hamburg
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| Verfasst am: 30. März 2010 21:26 Titel: |
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| Zitat: | | Ich habe im Internet in bisschen danach gesucht und den Wert von 1202kJ/mol gefunden. |
das ganze muss man sehr aufmerksam "lesen", denn es bezieht sich auf "mol formelumsatz"
und da macht es eben einen gewaltigen unterschied ob du als formelumsatz
Mg + 1/2 O2 --> MgO
oder
2 Mg + O2 --> 2 MgO
hast: das ganze sind zwei verschiedene formelumsaetze, mit entsprechen zwei verschiedenen freiwerdenden energien pro formelumsatz (die hier verstaendlicher weise sich wie 1:2 verhalten)
| Zitat: |
Desweiteren will ich die Reaktion von Mg und Wasser berechnen:
Mg + H2O => MgO + H2
Hier errechne ich folgende Energie:
dHr= (-601+0) – (0-286) =-316 kJ/mol
Und bei der anschließenden Reaktion des Wasserstoffs mit Luftsauerstoff:
2H2 + O2 => 2H2O
dHr= -242 - (0+0) = -242kJ/mol
Ist das so richtig? |
vom rechenweg her beides richtig, wobei du im ersteren falle wasser als fluessigkeit, im zweiten als gas hast entstehen lassen. wenn das so beabsichtigt war, dann ist alles korrekt
| Zitat: |
Wann startet die Reaktion? Hängt das allein von der Zündtemperatur ab oder gibt es noch andere Faktoren (Zerteilungsgrad)? |
in der kinetischen theorie startet eine reaktion, sobald ein zusammenstoss erfolgreich ist, d.h. produktgenerierend. da entsprechend der maxwellschen geschwindigkeitsverteilung dies (ausser am absoluten nullpunkt) real immer irgendwann einmal gegeben ist, lautet die etwas paradoxe antwort daher: immer
es kann allerdings sein dass du bis du auf relevanten umsatz kommst dann eben warten musst bis die sonne final verlischt und die milchstrasse mit andromeda kollidiert ist.
was du eigentlich meinst sind
(a) die "zuendbedingungen" , also was du tun musst damit es losgeht - hier verweise ich auf die "zuendtemperatur" bei z.b. fluesigkeiten, die verhaeltnisse sind von der theorie her vergleichbar
(b) die bedingungen unter denen eine einmal angeschubste reaktion dann (ggf. von alleine oder beschleunigt) fortlebt, ein sehr kompliziertes thema. hierzu verweise ich auf den ebenfalls vergleichbaren sachverhalt beim "flammpunkt" bei fluessigkeiten
| Zitat: | | Wie schnell läuft die Reaktion ab (klar hängt vom Zerteilungsgrad ab, ich hätte aber gern die genaue Zeit berechnet)? |
hierzu brauchst du die kinetischen daten der reaktion, die du aus den enthalpien usw (thermodynamische daten) NICHT ableiten kannst
gruss
ingo
_________________
ein monat im labor erspart einem doch glatt ne viertel stunde in der bibiliothek! |
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mep
Anmeldungsdatum: 31.03.2010
Beiträge: 1
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| Verfasst am: 31. März 2010 21:53 Titel: |
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Aaaah Danke für deine schnellen Antworten.
| Zitat: | das ganze muss man sehr aufmerksam "lesen", denn es bezieht sich auf "mol formelumsatz"
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Hm, es scheint so als ob hier eine gewisse Problematik in der Definition vorliegt. Wird mit nur die Energiemenge pro mol angegeben hab ich ja keine Ahnung was den der Bezug ist. Eigentlich sollte das rechnen mit spezifischen Einheiten ja solche Probleme ausschließen. Wenn jetzt aber einer die Formel mit doppelter Stoffmenge aufstellt erhält er ja eine viel höhere Energie? Damit kann man ja ganz schnell falsche Tatsachen vortäuschen. Was hier wohl auch der Fall ist, weil bei den 1202kJ/mol frage ich mich auf welche Molmenge sich den das beziehen soll. Es kann sich ja eigentlich nur auf die des Sauerstoffs beziehen, weil ja für diese Energie 2 mol Mg nötig sind und auch 2 mol MgO entstehen.
| Zitat: | | vom rechenweg her beides richtig, wobei du im ersteren falle wasser als fluessigkeit, im zweiten als gas hast entstehen lassen. wenn das so beabsichtigt war, dann ist alles korrekt |
War beabsichtigt weil bei den Temperaturen Wasser ja auch gasförmig ist.
| Zitat: | in der kinetischen theorie startet eine reaktion, sobald ein zusammenstoss erfolgreich ist, d.h. produktgenerierend. da entsprechend der maxwellschen geschwindigkeitsverteilung dies (ausser am absoluten nullpunkt) real immer irgendwann einmal gegeben ist, lautet die etwas paradoxe antwort daher: immer
es kann allerdings sein dass du bis du auf relevanten umsatz kommst dann eben warten musst bis die sonne final verlischt und die milchstrasse mit andromeda kollidiert ist. |
Jep ist klar.
Ich kann mir auch vorstellen das so eine Reaktion auch wieder zum stehen kommt bspw. wenn sich auf der Oberfläche eine Oxidschicht bildet, die sozusagen die unteren Schichten abschirmt (Passivierungsschicht).
Wo sich ja wieder die Frage aufwirft wieso bei der Reaktion eines Festkörpers sich nicht immer eine solche Schicht bildet. Bei Gasen und Flüssigkeiten ist das klar, weil sich die Schichten mischen können.
| Zitat: | was du eigentlich meinst sind
(a) die "zuendbedingungen" , also was du tun musst damit es losgeht - hier verweise ich auf die "zuendtemperatur" bei z.b. fluesigkeiten, die verhaeltnisse sind von der theorie her vergleichbar |
Ok für Mg habe ich eine Zündtemperatur von 500°C gefunden.
So wie ich dich verstanden habe ist diese Temperatur immer erforderlich egal ob es sich um einen Mg Block oder um Pulver handelt.
Weiter nehme ich an das es sich dabei lediglich um die Temperatur in Luft handelt? Unter Wasser oder in Umgebung mit einem anderen Stoff wird die Temperatur möglicherweise niedriger sein?
Bei Wikipedia kann man folgendes lesen:
| Zitat: | | Frisch hergestelltes Magnesiumpulver erwärmt sich an der Luft bis zur Selbstentzündung. |
Ich versteh das so, dass die Oxidation so viel Wärme freisetzt bis die 500°C erreicht sind und dann in eine Verbrennung über geht.
Ist denn dann Pulver überhaupt in Luft Umgebung sicher zu lagern? |
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magician4
Moderator
Anmeldungsdatum: 05.10.2009
Beiträge: 4946
Wohnort: Hamburg
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| Verfasst am: 31. März 2010 22:35 Titel: |
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| Zitat: | | Hm, es scheint so als ob hier eine gewisse Problematik in der Definition vorliegt. |
nicht wirklich. du musst eben den konkreten formelumsatz auf den es sich bezieht exakt kennen, mithin ggf. mit angeben (sofern der nicht selbstevident ist), das ist alles
m.a.w.: du kannst fuer die reaktion "wasserstoff + sauerstoff = wasser " KEIN delta H tabellieren OHNE konkret dazu zu sagen "ich meine H2 + 1/2 O2 --> H2O" ODER " 2 H2 + O2 --> 2 H2O"
wenn du das jedoch mit angibst ists schon exakt definiert
| Zitat: |
Ich kann mir auch vorstellen das so eine Reaktion auch wieder zum stehen kommt bspw. wenn sich auf der Oberfläche eine Oxidschicht bildet, die sozusagen die unteren Schichten abschirmt (Passivierungsschicht).
Wo sich ja wieder die Frage aufwirft wieso bei der Reaktion eines Festkörpers sich nicht immer eine solche Schicht bildet. |
tut sie doch. die frage ist halt lediglich ob du bedingungen schaffst bei denen diese schicht rechtzeitig fuer den weiteren fortgang "abplatzt" - oder nicht --> ein weitere aspekt zu "zuendtemperatur"
fast alle metalle sind z.b. (ggf. minimalst) oberflaechenoxidiert !
| Zitat: | | So wie ich dich verstanden habe ist diese Temperatur immer erforderlich egal ob es sich um einen Mg Block oder um Pulver handelt |
ja...aeh, also doch eher nein.. mithin irgendwie jein...
ich versuchs mal sorum: dass es nicht bei jeder maxwell-kollision sofort zu ner weglaufenden kettenreaktioon kommt, hat ja u.a. was mit den waermeableit-eigenschaften der materialien zu tun (wuerde die waerme nicht wegkoennen waers ja akkumulativ, und somit frueher oder spaeter stets selbst-initiierend).
und ein metallband leitet die waerme halt anders weg als ein metallquader...
insofern, um nur EINEN der aspekte rauszugreifen, gibts da in den feinheiten schon noch unterschiede
aber im groben hast du schon recht.
faustregel fuer "feinheiten" jedoch: je pulver desto zuend. (weil eben die luft die partikel isolierend umgibt --> mehr lokaler waermestau im vergleich zum massiven metallkoerper). und daher auch die tatsache dass staeube gelegentlich zum explodieren neigen, wo massive sachen das nicht tun usw...("staubexplosion").
und wenn du feuerchen machen willst zuendest du auch erst kleine aeste oder ein stueck papier an statt gleich den dicken holzblock...
| Zitat: | | Weiter nehme ich an das es sich dabei lediglich um die Temperatur in Luft handelt? Unter Wasser oder in Umgebung mit einem anderen Stoff wird die Temperatur möglicherweise niedriger sein? |
nene, hier gehts schon um das gesamt-ensemble in seiner vollen dynamik, also feuerzeug, luft, metall...darum musst du ja auch an ner wunderkerze z.b. ne zeitlang rumkokeln bis die zu spruehen anfaengt.
das ist kein ein-komponenten-phaenomen, sondern ne hoechst komplexe geschichte.
und unter wasser hast du halt andere waermeableiteigenschaften am objekt (sofern wir net auch noch ueber eine andere chemie reden, was mit Mg im vergleich luftverbrennung /wasserverbrennung wohl der fall sein duerfte)
| Zitat: |
Ich versteh das so, dass die Oxidation so viel Wärme freisetzt bis die 500°C erreicht sind und dann in eine Verbrennung über geht. |
so in etwa. initial hast du halt stille oxidation, durch die luft den waermestau, und irgendwann ist halt der flammpunkt des pulvers erreicht... und wenn dann noch irgendwo ein sauerstoffchen dumm rumfliegt gehts halt los...
| Zitat: |
Ist denn dann Pulver überhaupt in Luft Umgebung sicher zu lagern? |
s.O.: alle metalle sind frueher oder spaeter von ner oxidschicht ueberzogen
die aussage der selbstentzuendlichkeit gilt bei MG daher tatsaechlich nur fuer "jungfraeuliches" pulver, welches man i.a. so im handel nicht beziehen kann. (daher auch die "aktivierung" bei der grignard-reaktion, da machst du naemlich exakt ein loch in diese passivschicht...)
gruss
ingo
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