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Satz von Hess

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Satz von Hess

Hast Du Dir schon einmal ausgemalt, wie cool es wäre eine Maschine zu haben, die in einem ewigen Kreislauf immer weiter Wärme erzeugen kann? Die Ausgangsstoffe reagieren, geben Energie ab und die Produkte werden wieder zu Edukten. Die Edukte könnten wieder reagieren und der Kreislauf würde theoretisch immer so weiterlaufen. Doch eine solche Maschine, auch Perpetuum mobile genannt, widerspricht dem Satz von Hess.

Grundlagen zum Satz von Hess

Um den Satz von Hess zu verstehen, musst Du vor allem wissen, was die sogenannte Enthalpie ist. Die Enthalpie ist eine wichtige Größe der chemischen Thermodynamik und wurde früher auch "Wärmeinhalt" genannt. Der frühere Name der Enthalpie ist, im Gegensatz zum heutigen, deutlich aufschlussreicher bezüglich der Definition der Zustandsgröße.

Die Enthalpie gibt die Menge an Wärmeenergie eines thermodynamischen Systems, also eines abgegrenzten chemischen Prozesses, an. Sie gehört zu den Zustandsgrößen und wird mit dem Buchstaben "H" abgekürzt. Da die Enthalpie von der Stoffmenge der Reaktanten abhängig ist, wird sie auch als extensive Zustandsgröße bezeichnet.

Zustandsgrößen sind physikalische Größen, die den aktuellen Zustand eines thermodynamischen Systems beschreiben können. Einige Zustandsgrößen, wie Temperatur, Druck, Volumen oder Masse, kennst Du bestimmt schon. Masse und Volumen gehören, wie die Enthalpie, zu den extensiven Zustandsgrößen, während die Temperatur zu den sogenannten intensiven Zustandsgrößen gehört. Intensive Zustandsgrößen sind anders als extensive Zustandsgrößen von der Stoffmenge unabhängig.

Neben der Enthalpie ist manchmal auch von der sogenannten Reaktionsenthalpie die Rede. Wie Du wahrscheinlich schon vermutet hast, ist die Reaktionsenthalpie eine spezielle Art der Enthalpie.

Die Reaktionsenthalpie gibt die Enthalpieänderung einer chemischen Reaktion an, die bei konstantem Druck abläuft. Sie wird mit ∆H (gesprochen: "Delta H") abgekürzt und gibt Aufschluss darüber, ob eine chemische Reaktion endotherm oder exotherm abläuft. Ist der Wert der Reaktionsenthalpie einer chemischen Reaktion positiv, so bezeichnest Du diese als endotherm. Eine chemische Reaktion wird hingegen exotherm genannt, wenn ihre Enthalpieänderung negativ ist.

Eine chemische Reaktion ist endotherm, falls sie zum Ablaufen Energie in Form von Wärme aus der Umgebung aufnehmen muss. Das Gegenteil einer endothermen Reaktion ist eine exotherme Reaktion. Bei exothermen Reaktionen wird Energie in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben.

Neben der Reaktionsenthalpie existieren von der Enthalpie noch weitere Unterarten. Eine dieser Unterarten ist die Standardreaktionsenthalpie.

Die Änderung der Reaktionsenthalpie bei Standardbedingungen (1,013 bar und 25 °C) wird als Standardreaktionsenthalpie bezeichnet. Da die Standardreaktionsenthalpie von der jeweiligen Stoffmenge abhängig ist, muss sie immer zusammen mit der Reaktionsgleichung, sowie den jeweiligen Aggregatzuständen der einzelnen Produkte und Edukte angegeben werden.

Eine weitere Art der Enthalpie ist die Standardbildungsenthalpie. Wie Du aus dem Namen schon heraus hören kannst, bezieht sich auch die Standardbildungsenthalpie auf die chemischen Standardbedingungen mit einem Druck von 1,013 bar und einer Temperatur von 25 °Celsius.

Als Standardbildungsenthalpie Chemische Thermodynamik Standardbildungsenthalpie StudySmarterwird die Menge an Wärme bezeichnet, die bei der Bildung von einem Mol einer bestimmten Substanz bei Standardbedingungen freigesetzt wird. Reine Elemente, wie Wasserstoff, Sauerstoff oder Schwefel, haben eine Standardbildungsenthalpie von 0.

Satz von Hess: Formel und Definition

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass keine Energie vernichtet oder erzeugt werden kann, sie kann also nur umgewandelt werden. In Bezug auf die Enthalpie verfasste der Chemiker Germain Henri Hess den Satz von Hess, auch Hess'scher Wärmesatz genannt.

Der Satz von Hess besagt, dass der Weg einer chemischen Reaktion keinen Einfluss auf die Reaktionsenthalpie der Gesamtreaktion hat. Die Reaktionsenthalpie der Gesamtreaktion ist somit auch von der Anzahl der Teilreaktionen unabhängig. Die Enthalpieänderung der gesamten Reaktion ist die Summe der Reaktionsenthalpie der einzelnen Teilreaktionen.

Nach dem Satz von Hess ist die Reaktionsenthalpie also nur von dem Ausgangs- und Endzustand der chemischen Reaktion abhängig. Du kannst daher die Änderung der Enthalpie einer Reaktion mithilfe der Standardbildungsenthalpien folgendermaßen berechnen:

  • Du bildest die Summe der Standardbildungsenthalpien der Produkte und Edukte.
  • Danach subtrahierst Du die Standardbildungsenthalpien der Edukte von den Standardbildungsenthalpien der Produkte.

Die Formel zur Berechnung der Reaktionsenthalpie lautet nach dem Satz von Hess also:

Satz von Hess Formel zur Berechnung der Reaktionsenthalpie nach dem Satz von Hess StudySmarter

Germain Henri Hess war ein bedeutender russischer Chemiker. Er wurde am 7. August 1802 in Genf (Schweiz) geboren und war maßgeblich an der Entwicklung der Chemie in Russland beteiligt. Er war Professor für Chemie an der naturwissenschaftlichen Akademie in Sankt Petersburg (Russland) und sein Lehrbuch "Grundlagen der reinen Chemie" war lange Zeit das russische Standardlehrbuch für das Grundstudium in Chemie. Hess’ wichtigste Arbeit veröffentlichte er 1840 an der naturwissenschaftlichen Akademie. Darin verfasste er auch den Satz von Hess. Germain Henri Hess starb am 12. Dezember 1850 in Sankt Petersburg.

Satz von Hess: Anwendung

Mit Sicherheit hast Du Dir die Frage gestellt, wozu Du den Satz von Hess nun benötigst. Mithilfe des Satzes von Hess kannst Du die Reaktionsenthalpien von chemischen Reaktionen bestimmen, selbst wenn diese nicht gemessen werden können. So kannst Du etwa die Reaktionsenthalpie einer Teilreaktion berechnen, wenn die Änderung der Enthalpien der anderen Teilreaktionen, sowie der Gesamtreaktion bekannt sind. Zudem kannst Du mit dem Satz von Hess auch die Reaktionsenthalpie der gesamten Reaktion berechnen, wenn die Reaktionsenthalpie der Teilreaktionen bereits bekannt sind.

Satz von Hess: Beispiele

Verbrennung von Grafit

Ein Beispiel zur Veranschaulichung des Satzes von Hess ist die Verbrennung von Grafit. Dabei reagiert Grafit (C) mit dem Sauerstoff (O₂) aus der Luft zu Kohlenstoffdioxid (CO₂). Die Wärmeenergie, die bei einer Verbrennung von Stoffen frei wird, wird auch Verbrennungsenthalpie genannt.

Die Verbrennung kann auf zwei Wegen erfolgen:

  1. Durch die vollständige Verbrennung
  2. Durch die Verbrennung über das Zwischenprodukt Kohlenstoffmonoxid (CO)

Satz von Hess Verschiedene Reaktionswege zur Bildung von Kohlenstoffdioxid aus Grafit und Sauerstoff StudySmarter

Wie Du an der Berechnung erkennen kannst, ist die Gesamtenthalpie der vollständigen Verbrennung von Grafit genauso groß wie die Summe der Reaktionsenthalpie der beiden Teilreaktionen.

Bildung von Schwefeltrioxid

Schwefeltrioxid (SO3) wird bei der Reaktion von Schwefel (S) mit Sauerstoff (O₂) gebildet. Auch bei dieser chemischen Reaktion kann das Produkt nicht nur über einen Weg gebildet werden.

Die Reaktion kann auf zwei Wegen erfolgen:

  1. Durch die vollständige Reaktion von Schwefel und Sauerstoff zu Schwefeltrioxid
  2. Durch zwei Teilreaktionen mit dem Zwischenprodukt Schwefeldioxid

Wie Du an den folgenden Reaktionsgleichungen sehen kannst, fehlt beim zweiten Reaktionsweg die Standardreaktionsenthalpie der zweiten Teilreaktion. Mithilfe Deines Wissens über den Satz von Hess, kannst Du die Standardreaktionsenthalpie der zweiten Reaktion von Schwefeldioxid und Sauerstoff zu Schwefeltrioxid ganz einfach berechnen.

Satz von Hess Verschiedene Reaktionswege der Bildung von Schwefeltrioxid aus Schwefel und Sauerstoff StudySmarter

Da die Standardbildungsenthalpie von Schwefeltrioxid und Schwefeldioxid schon bekannt sind, kannst Du die fehlende Standardreaktionsenthalpie durch eine Subtraktion erhalten:

Satz von Hess Berechnung der Reaktionsenthalpie der Bildung von Schwefeltrioxid aus Schwefeldioxid und Sauerstoff StudySmarter

Die Reaktionsenthalpie der Reaktion von Schwefeldioxid und Sauerstoff zu Schwefeltrioxid beträgt somit laut dem Satz von Hess -98,92.

Jetzt kannst Du erklären, warum das Perpetuum mobile vom Beginn der Erklärung dem Satz von Hess widerspricht.

Der Grund dafür liegt darin, dass die Edukte auch gleichzeitig als Produkte dieser chemischen Reaktion auftreten. Dadurch muss die Reaktionsenthalpie der Reaktion null sein. Eine Reaktionsenthalpie von null bedeutet auch, dass gar keine Wärme bei der chemischen Reaktion abgegeben wird. Somit kann kein Perpetuum mobile existieren, das in einem unendlichen Kreislauf Wärme abgeben kann.

Satz von Hess Formel zur Berechnung der Reaktionsenthalpie eines Perpetuum mobile StudySmarter

Satz von Hess - Das Wichtigste

  • Die Enthalpie gibt die Menge an Wärmeenergie eines thermodynamischen Systems, also einer abgegrenzten chemischen Reaktion, an.
  • Der Satz von Hess besagt, dass der Weg einer chemischen Reaktion keinen Einfluss auf die Enthalpieänderung der Gesamtreaktion hat.
  • Die Enthalpieänderung der Gesamtreaktion hängt nur von dem Ausgangs-, sowie dem Endzustand, also den Edukten und Produkten der Reaktion ab.
  • Die Summe der Reaktionsenthalpien der einzelnen Teilreaktionen entspricht genau der Reaktionsenthalpie der Gesamtreaktion.
  • Mithilfe des Satzes von Hess kannst Du die Änderungen der Enthalpien von chemischen Reaktionen bestimmen, auch wenn diese nicht direkt gemessen werden können.

Nachweise

  1. Chemie heute Sekundarbereich II (1998). Schroedel Verlag.
  2. Chemie.de: Hess'scher Wärmesatz. (04.06.2022)
  3. Angela Köhler-Krützfeldt; Klaus Christman. Hermann Heinrich Hess. uol.de. (04.06.2022)

Häufig gestellte Fragen zum Thema Satz von Hess

Die Verbrennungsenthalpie bezeichnet die Enthalpie einer Verbrennungsreaktion. Sie gibt also an, wie viel Energie bei einer Verbrennung abgegeben wird.

Die Enthalpie gibt die Menge an aufgenommener oder abgegebener Wärme einer chemischen Reaktion an.

Der Satz von Hess besagt, dass der Weg einer chemischen Reaktion keinen Einfluss auf die Enthalpieänderung der Gesamtreaktion hat. Egal, ob die Reaktion in einer oder mehreren Teilreaktionen abläuft, die Enthalpieänderung der Gesamtreaktion ist äquivalent. Die Enthalpieänderung einer chemischen Reaktion ist somit nur von dem Ausgangs- und Endzustand abhängig.


Die Enthalpie kann man nicht berechnen, während man die Enthalpieänderung berechnen kann, in dem man die Enthalpien der Edukte von den Enthalpien der Produkte subtrahiert.


Finales Satz von Hess Quiz

Frage

Was gibt die Enthalpie an?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Enthalpie gibt die Menge an Wärmeenergie eines thermodynamischen Systems, also eines abgegrenzten chemischen Prozesses, an.

Frage anzeigen

Frage

Was gibt die Reaktionsenthalpie an?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Reaktionsenthalpie gibt die Enthalpieänderung einer chemischen Reaktion bei konstantem Druck an.

Frage anzeigen

Frage

Ist der Wert der Reaktionsenthalpie positiv, so ist die Reaktion ... .

Antwort anzeigen

Antwort

endotherm

Frage anzeigen

Frage

Wer verfasste den Satz von Hess?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Satz von Hess wurde von dem Chemiker Germain Henri Hess verfasst.

Frage anzeigen

Frage

Was besagt der Satz von Hess?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Satz von Hess besagt, dass der Weg oder die Anzahl der Teilreaktionen einer chemischen Reaktion keinen Einfluss auf die Reaktionsenthalpie der Gesamtreaktion hat.

Frage anzeigen

Frage

Wozu kannst Du den Satz von Hess anwenden?

Antwort anzeigen

Antwort

Zur Berechnung von Reaktionsenthalpien, die nicht gemessen werden können.

Frage anzeigen

Frage

Wieso widerspricht ein Perpetuum mobile, das in einem Kreislauf unendlich Energie in Form von Wärme erzeugt, dem Satz von Hess?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein solches Perpetuum mobile widerspricht dem Satz von Hess, da die Edukte gleichzeitig die Produkte des chemischen Prozesses wären. Laut dem Satz von Hess liegt die Reaktionsenthalpie bei 0, das heißt, es ist nicht möglich, dass bei einer solchen Reaktion Wärme abgegeben wird.

Frage anzeigen

Frage

Mit welchem Buchstaben wird die Enthalpie abgekürzt?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Enthalpie wird mit dem Buchstaben "H" abgekürzt.

Frage anzeigen

Frage

Ist die Enthalpie eine intensive oder extensive Zustandsgröße?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Enthalpie gehört zu den extensiven Zustandsgrößen, sie ist von der Stoffmenge abhängig.

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Standardbildungsenthalpie?

Antwort anzeigen

Antwort

Als Standardbildungsenthalpie wird die Menge an Wärme bezeichnet, die bei der Bildung von einem Mol einer bestimmten Substanz bei Standardbedingungen freigesetzt wird.

Frage anzeigen

Frage

Ist der Wert der Reaktionsenthalpie negativ, so ist die Reaktion ... .

Antwort anzeigen

Antwort

exotherm

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Verbrennungsenthalpie?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Verbrennungsenthalpie ist die Wärmeenergie, die bei einer Verbrennung von Stoffen freigesetzt wird.

Frage anzeigen

Frage

Wovon ist die Reaktionsenthalpie eines chemischen Prozesses abhängig?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Reaktionsenthalpie ist nur von dem Ausgangs- und Endzustand des chemischen Prozesses abhängig.

Frage anzeigen

Frage

Wie wird der Satz von Hess noch genannt?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Satz von Hess wird auch als Hess'scher Wärmesatz bezeichnet.

Frage anzeigen
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