Enthalpie

Der Begriff „Enthalpie“ (altgriechisch: Thálpein/ zu Deutsch: „erwärmen“) kann auch als „Reaktionswärme“ oder „Wärmeinhalt“ beschrieben werden und kommt aus der Chemie.

Die Enthalpie gibt an wie viel Wärme bzw. Energie ein thermodynamisches System besitzt. Da sie einen Zustand des Systems definiert, ist sie eine Zustandsgröße. Wie bei den meisten Größen in der Wissenschaft, kann man zwischen verschiedenen Enthalpien unterscheiden. In diesem Beitrag wirst du alles über die Reaktionsenthalpie, Standardbildungsenthalpie, molare und spezifische Enthalpie erfahren.

Thermodynamisches System

„Thermo“ steht für Wärme und „Dynamik“ für Kräfte, die wirken. Es handelt sich also um einen aktiven Prozess innerhalb des Systems.

Wie berechne ich die Enthalpie?

In der Chemie wird Enthalpie mit dem Buchstaben H, für „heat content“, definiert. Sie ist die Summe aus der inneren Wärme/Energie U und dem Produkt aus dem Volumen V und dem Druck p des thermodynamischen Systems.

Formel zur Enthalpie:

Da Enthalpie eine Energie darstellt, wird sie in der Einheit Joule [J] angegeben

Reaktionsenthalpie

Möchte man nicht nur wissen, wie viel Wärme in einem thermodynamischen System steckt, sondern auch wie viel Wärme bei einer chemischen Reaktion freigesetzt oder aufgenommen wurde, kann dies mit der Reaktionsenthalpie errechnet werden.

Hierfür wird für ein thermodynamisches System sowohl vor, als auch nach der chemischen Reaktion eine Enthalpie berechnet. Die Differenz (∆) dieser beiden Werte ergibt dann die Reaktionsenthalpie ∆H.

Important to know:

• Ist ∆H positiv so ist die Reaktion endotherm. Da die Enthalpie am Ende der Reaktion größer war als die Ausgangsenthalpie, hat das thermodynamische System Wärme aufgenommen.
• Ist ∆H negativ, so ist die Reaktion exotherm. In diesem Fall ist die Enthalpie im Endzustand geringer als die Ausgangsenthalpie. Somit wurde ein Teil der Enthalpie, die am Anfang der Reaktion noch im thermodynamischen System war, freigesetzt.

Anwendung der Reaktionsenthalpie in der Schule

Sollst du nun eine Reaktionsenthalpie berechnen, findest du die Enthalpien, mit denen du rechnen musst, meist auf den letzten Seiten deines Chemie-Buches als Standardbildungsenthalpie HB°.

Die Standardbildungsenthalpie beschreibt, die Enthalpie, die bei der Bildung eines Mols jener Substanz freigesetzt oder aufgenommen wird. Sie wird Standardbildungsenthalpie genannt, da sie nur die Enthalpie unter Standardvoraussetzungen, also einem Druck p von 1.013 bar und Temperatur T von 25°C, angibt. Diese Standardvorrausetzungen finden sich als „°“ in HB° wieder.

Verändert sich während der Reaktion der Druck nicht, so nennt man dies isobar. Grundsätzlich ist die Standardbildungsenthalpie der chemischen Elemente in ihrem stabilsten Zustand (Beispiele:H2, He, Li, Br2, I2, Cl2...) per Definition auf 0 kJ/mol festgesetzt.

Zur Berechnung der Reaktionsenthalpie musst du nur die Summe (∑) der

Standardbildungsenthalpien der Edukte (Substanzen vor der Reaktion) von der Summe der Standardbildungsenthalpien der Produkte (Substanzen nach der Reaktion) subtrahieren.

Achtung:

Auf diese Weise berechnete Enthalpien besitzen nun die Einheit Joule pro Mol [J/mol].

Molare und Spezifische Enthalpie

Außer der Reaktionsenthalpie und Standardbildungsenthalpie kann auch noch zwischen der molaren und spezifischen Enthalpie unterschieden werden.

Die molare Enthalpie kennst du nun bereits.

Sie gibt die Enthalpie H im Verhältnis zur Stoffmenge n an. Das kennen wir doch! Würden zum Zeitpunkt des Versuches Standardvoraussetzungen herrschen, wie oben beschrieben, wäre die molare Enthalpie die Standardbildungsenthalpie der jeweiligen Substanz. Grundsätzlich wird die molare Enthalpie Hm berechnet, indem man die Enthalpie H des thermodynamischen Systems durch die vorhandene Stoffmenge n dividiert:

Wie bei der Standardbildungsenthalpie wird hier eine Enthalpie pro Stoffmenge errechnet und somit in der Einheit Joule pro Mol [J/mol] angegeben.

Die spezifische Enthalpie h gibt Enthalpien im Verhältnis zur Masse der Substanz an und wird berechnet indem du die Enthalpie H durch die Masse m dividierst:

Sie gibt eine Enthalpie pro Masse an und wird folglich in der Einheit [J/kg] angegeben.

Zur Veranschaulichung stelle dir dich und 9 deiner Freunde vor. Ihr steht für das thermodynamische System oder eine Substanz. Für dieses Beispiel besitzt ihr zusammen 1000€ an Geldern, die in diesem Falle für eure Enthalpie bzw. euren „Wärmeinhalt“ stehen.

Bei der molaren Enthalpie wird untersucht wie viel Enthalpie pro Stoffmenge enthalten ist. In unserem Fall seid ihr die Stoffmenge (10 Personen) und die Enthalpie sind die 1000€. Gesucht ist wie viel Geld ihr pro 1 Person besitzt. In diesem Beispiel besitzt ihr somit 100€/Person.

Bei der spezifischen Enthalpie wird die Enthalpie pro Masse berechnet. In diesem Beispiel wiegt ihr alle 50kg pro Person, um es einfach zu machen. Als gesamte Gruppe bzw. thermodynamisches System kommt ihr somit auf eine Masse von 500 kg und ihr Sparfüchse besitzt immer noch 1000€. Bei der spezifischen Enthalpie in unserem Beispiel würde also nach der Geldmenge pro Kilogramm eures Gewichtes gesucht werden. Wenn man die Formel der spezifischen Energie auf unser Beispiel anwendet besitzt ihr also: 2€/kg eures Gewichtes.

Alles Wichtige zur Enthalpie auf einen Blick!

• Enthalpie ist eine extensive Zustandsgröße eines thermodynamischen Systems: sie gibt die Menge an Wärme und Energie an, die das System besitzt und wird in der Einheit Joule [J] angegeben.
• Außerdem kann mittels Reaktionsenthalpien die Differenz der Wärme vor und nach der Reaktion berechnet und die Reaktion als endo- oder exotherm kategorisiert werden.
• Die molare Enthalpie gibt die Enthalpie im Verhältnis zur Stoffmenge an, während die spezifische sich mit dem Verhältnis zur Masse beschäftigt.