Berechnung der Reaktionswärme

Die Reaktionswärme \text{Q}{_\text{R}}QR\text{Q}{_\text{R}} gibt an, wie viel Wärme bei der Reaktion abgegeben oder aufgenommen wird.


Berechnung

Bei einer chemischen Reaktion wird entweder Energie verbraucht (endotherme Reaktion) oder Energie freigesetzt (exotherme Reaktion).
Die freigesetzte oder verbrauchte Energie wird meist in Form von Wärme deutlich. Sie wird auch als Reaktionswärme bezeichnet.

Die Reaktionswärme \text{Q}{_\text{R}}QR\text{Q}{_\text{R}} kannst du mit folgender Formel berechnen:

\text{Q}{_\text{R}} = \text{c}{_\text{P}} \cdot \Delta \text{T } \cdot \text{m}QR=cPΔT m\text{Q}{_\text{R}} = \text{c}{_\text{P}} \cdot \Delta \text{T } \cdot \text{m}
  • \text{c}{_\text{P}}cP\text{c}{_\text{P}} = spezifische Wärmekapazität der Probe in \frac{\text{kJ}}{\text{kg}\cdot \text{K}}kJkgK\frac{\text{kJ}}{\text{kg}\cdot \text{K}}
  • \Delta \text{T}ΔT\Delta \text{T} = Temperaturdifferenz in \text{K}K\text{K}
  • \text{m}m\text{m} = Masse der Probe in \text{kg}kg\text{kg}

Die spezifische Wärmekapazität gibt an, wie viel Energie erforderlich ist, um die Temperatur von 1 kg eines Stoffes um 1 K anzuheben.
Jeder Stoff hat einen eigenen Wert, den du aus Formelsammlungen oder Tabellen ablesen kannst.

Die Temperaturdifferenz ist entweder auf den reagierenden Stoff oder auf das sich erwärmende Wasser bei einem Bombenkalorimeter bezogen.
Bei diesem Wert musst du darauf achten, dass du sie in Kelvin (K) angibst und nicht in °C. Die Temperaturdifferenz berechnest du folgendermaßen:

\Delta \text{T = T} _{\text{nach}} - \text{T}_{\text{vor}}ΔT = TnachTvor\Delta \text{T = T} _{\text{nach}} - \text{T}_{\text{vor}}

Hier ist es dann möglich, dass die Temperaturdifferenz negativ wird.

Je nach Vorzeichen der Temperaturdifferenz ergeben sich für die Wärmemenge folgende Ergebnisse:

  • positiv (Wärme wird abgegeben)
  • negativ (Wärme wird aufgenommen)

Beispiel für die Berechnung beim Bombenkalorimeter

In einem mit 1,2 Liter gefüllten Kalorimeter werden 3 g Zucker verbrannt. Die Temperatur des Wassers steigt von 22 °C auf 31 °C. Berechne die frei werdende Reaktionswärme.

Um die Reaktionswärme zu berechnen, benötigst du folgende Formel:

\text{Q}{_\text{R}} = \text{c}{_\text{P} \cdot \Delta \text{T }} \cdot \text{m}QR=cPΔT m\text{Q}{_\text{R}} = \text{c}{_\text{P} \cdot \Delta \text{T }} \cdot \text{m}

Nun liest du aus der Aufgabenstellung die gegebenen Werte ab und suchst in einer Formelsammlung die spezifische Wärmekapazität für Wasser heraus.
Damit erhälst du:

  • \text{c}_{\text{P}} \text{= 4,18 } \frac{\text{kJ}}{\text{kg}\cdot\text{K}}cP= 4,18 kJkgK\text{c}_{\text{P}} \text{= 4,18 } \frac{\text{kJ}}{\text{kg}\cdot\text{K}}
  • \Delta \text{T = 9 K}ΔT = 9 K\Delta \text{T = 9 K}
  • \text{V = 1,2 L}V = 1,2 L\text{V = 1,2 L}
    • daraus folgt: \text{m = 1,2 kg}m = 1,2 kg\text{m = 1,2 kg}

Durch Einsetzen der Werte in die Formel erhälst du:

\text{Q}{_\text{R}} = \text{ 4,18 } \frac{\text{kJ}}{\text{kg}\cdot\text{K}} \cdot \text{9 K } \cdot \text{1,2 kg}QR= 4,18 kJkgK9 K 1,2 kg\text{Q}{_\text{R}} = \text{ 4,18 } \frac{\text{kJ}}{\text{kg}\cdot\text{K}} \cdot \text{9 K } \cdot \text{1,2 kg}\lsg{\text{Q}_{\text{R}} \text{ = 45,144 kJ}}QR = 45,144 kJ\lsg{\text{Q}_{\text{R}} \text{ = 45,144 kJ}}
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