3. Hauptsatz der Thermodynamik < Chemie < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 09:52 Do 17.05.2007 | | Autor: | leonie |
| Aufgabe | | Angenommen eine Person hat ein Problem mit der Reaktion H2 + O2--> 2H2O. Er behauptet, dass nach dem 3. Hauptsatz der Thermodynamik für diese Reaktion die Entropie negativ sei und die Reaktion daher nicht stattfinden könnte. Erklären Sie ihm, was die falsche Annahme bei ihm sei und unter welchen speziellen Umständen die Reaktion tatsächlich nicht stattfinden würde. |
Mein Ansatz:
Der 3. Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass bei Annäherung an den absoluten Nullpunkt die Entropie gegen Null geht, deswegen kann die Entropie nicht negativ werden.
Ist das soweit richtig?
Aber ich habe keine Ahnung unter welchen speziellen Umständen die Reaktion tatsächlich nicht stattfinden kann. Kann mir da jemand helfen?
Lg Leonie
Ich habe diese Frage auch in folgenden Foren auf anderen Internetseiten gestellt:
http://www.chemieonline.de/forum/showthread.php?t=88839
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 12:56 Do 17.05.2007 | | Autor: | ONeill |
> Angenommen eine Person hat ein Problem mit der Reaktion H2
> + O2--> 2H2O.
Ja ein Problem hab ich da auch, denn die Reaktionsgleichung ist falsch: [mm] 2H_2+0_2->2H_2O
[/mm]
>bei Annäherung an den absoluten Nullpunkt die Entropie gegen >Null geht, deswegen kann die Entropie nicht negativ werden.
So würde ich das auch begründen.
Gruß ONeill
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Hallo,
nun, die Annahme der Person, dass die Reaktion nicht ablaufen würde wegen der negativen Reaktionentropie (exotrop) ist ja falsch, da nicht die Reaktionsentropie [mm] \Delta [/mm] S über das spontane Ablaufen einer Reaktion entscheidet, sondern die freie Enthalpie [mm] \Delta [/mm] G, die sich nach der Gibbs-Helmholtz-Gleichung errechnet.
Da die Reaktion stark exotherm ist, wird der Entropieterm bei weitem von der Reaktionsenthalpie überkompensiert, so dass sich eine exergonische Reaktion ergibt, die freiwillig abläuft.
Spezielle Umstände, unter denen die Reaktion nicht ablaufen würde, fallen mir im Moment nicht ein.
Abgesehen vom Le Chatelierschen Prinzip, nachdem bei sehr hohen Temperaturen die exotherme Reaktion nicht nur nicht ablaufen würde, sondern gar rückwärts (thermolytische Wasserspaltung).
Den Ansatz, dass bei der Annährung an den absoluten Nullpunkt die Entropien gegen Null gehen (ebenso wie die Wärmekapazitäten), ist zwar sachlich richtig, stellt nach meiner Ansicht aber keine Lösung der Aufgabe dar.
LG, Martinius
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 18:30 Do 17.05.2007 | | Autor: | Martinius |
Hallo leonie,
Man kann ja mal etwas mit Zahlen jonglieren:
Für die Reaktion 2 [mm] H_{2} [/mm] + [mm] O_{2} [/mm] <--> 2 [mm] H_{2}O_{(g)}
[/mm]
ist: [mm] \Delta [/mm] G = -456,94 kJ [mm] \Delta [/mm] H = -483,96 kJ
[mm] \Delta [/mm] S = -90,63 J/K bei 25°C und 1013 hPa.
Nach Gibbs-Helmholtz ist [mm] \Delta [/mm] G = [mm] \Delta [/mm] H - T * [mm] \Delta [/mm] S
Will man nun wissen, bei welcher Temperatur die Triebkraft der Reaktion [mm] \Delta [/mm] G = 0 ist, also im Gleichgewicht ist, rechnet man
[mm]T = \bruch{\Delta H}{\Delta S} = 5340 K[/mm]
Das ist schon mal ein Anhaltspunkt. Einen ähnlichen Wert erhält man, wenn man die Temperatur aus der Gleichgewichtskonstante berchnen will:
[mm]K_{p} = exp\left(\bruch{-\Delta G}{R*T}\right)[/mm]
Die Anzahl der Moleküle, die die notwendige Energie zu Thermolyse besitzen folgen wahrscheinlich einer Maxwell-Boltzmann-Verteilung, so dass schon bei niedrigeren Temperaturen ein gewisser Prozentsatz der Wassermoleküle zu Wasserstoff und Sauerstoff thermolysiert.
Eine Tabelle findest Du im Hollemann-Wiberg, S. 250.
Z. B sind bei
2000 K 3000 K 3500 K
0,582% 14,4% 30,9%
der Wassermoleküle thermolysiert.
Tatsächlich werden bei der thermischen Spaltung auch H, O und OH Radikale gebildet, so dass der wahre Dissoziationsgrad insbesondere bei höheren Temperaturen erheblich größer ist. So sind bspw. bei 3000 K insgesamz 29,2 % des Wasserdampfes gespalten.
LG, Martinius
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| Status: |
(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 23:01 Do 17.05.2007 | | Autor: | leonie |
Vielen Dank für die Hilfe.
Lg Leonie
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