Allgemeine Chemie 60 Fluorit CaF 2 KZ(Ca) = 8, KZ(F) = 4 Tabelle 7: weiter Strukturtypen C Metallkristalle kubisch primitiv KZ = 6 kubisch innenzentriert KZ = 8 kubisch flächenzentriert, kubisch dichteste Kugelpackung KZ = 12 Tetraederlücken (blau) ktaederderlücken (blau) inweis: Bis auf die ktaederlücke in der Mitte, gehören alle ktaederlücken nur zu 25% zur Elementarzelle
Allgemeine Chemie 61 1. Lage A 2. Lage B 3. Lage C hexagonal: Schichtfolge ABAB hexagonal dichteste Kugelpackung Schichtfolge ABCABC entspricht der kubisch dichtesten Kugelpackung Abbildung 30: verschiedene Packungsysteme D Molekülkristalle und ernetzte Festkörper Bsp: 2 - regelmäßige Anordnung Eiskristall Diamant: kovalente Bindungen zwischen den C-Atomen 3D-Netzwerk Tetraeder
Allgemeine Chemie 62 9. Thermodynamik 1. auptsatz A Begriffe Die Thermodynamik beschreibt Zusammenhänge zwischen Energie und physikalischen und chemischen Abläufen. System: Der unter thermodynamischen Gesichtspunkten untersuchte Bereich. Umgebung: alles was nicht zum betrachteten System gehört offenes System: Energie- und Stoffaustausch mit der Umgebung möglich geschlossenes System: nur Energieaustausch mit der Umgebung möglich isoliertes System: kein Energie- und Stoffaustausch mit der Umgebung möglich Zustand: wird beschrieben durch Zustandsgrößen (z.b.: Temperatur, Druck, Zusammensetzung) Energie: Zustandsfunktion; ergibt sich aus den Zustandsgrößen. Energie ist auch ein Maß für die Arbeit, die ein System verrichten kann, wenn es von Zustand 1 zum Zustand 2 übergeht. innere Energie: Summer aller Energien eines Systems Formen von Arbeit W: Expansionsarbeit: W = p Δ p konstanter Druck; Δ Änderung des olumens ubarbeit: W = m g Δh m Masse; g Fallbeschleunigung; Δh öhendifferenz elektrische Arbeit: W = Φ Δq Φ... elektrisches Potential; Δq Ladungsdifferenz
Allgemeine Chemie 63 B Reversible und Irreversible orgänge Expansive Arbeit kann reversibel und irreversibel geleistet werden. Reversibel ist ein Prozess dann, wenn er durch kontinuierliches Ändern (infinitesimal kleine Schritte) umgekehrt werden kann. ideales Gas p extern Druck p Gas in Pa reversibel geleistete Arbeit: W = -p ex *Δ irreversibel olumen in m 3 Abbildung 31: reversible und irreversible Zustandsänderungen reversibel: reversibel: panfang pende, sprunghaft panfang pende, aber p ändert sich stetig Für T = const. gilt: dw n n R T d = p d = W = ende R T ln und ΔU = 0 anfang ende anfang n R T d =
Allgemeine Chemie 64 C Wärme = Energie, die aufgrund einer Temperaturdifferenz übertragen wird. Wärmeeintrag: Q = ΔU bei konstanten olumen Es gilt: Q = c m ΔT Q Wärme; c spezifische Wärmekapazität; m Masse; ΔT Temperaturdifferenz Alte Maßeinheit: 1 cal = die Wärmemenge, die benötigt wird, um 1g Wasser um 1K zu erwärmen. Bsp: 0,5 l Bier hat ca. 200 kcal. Nimmt man es aus dem Kühlschrank (7 C) und trinkt es, erwärmt der Körper es auf Körpertemperatur (37 C). Dazu werden 15 kcal benötigt, da 500 g Wasser um 30 K erwärmt werden. Somit bleiben noch 185 kcal übrig (z.b. zum Fettansetzen). 1 kcal entspricht 4,184 kj Das orzeichen von Q ist positiv, wenn Energie von der Umgebung in das System fließt. Als Folge kühlt sich die Umgebung ab. Q < 0: exotherme Prozesse Q > 0: endotherme Prozesse
Allgemeine Chemie 65 D Der 1. auptsatz der Thermodynamik Δ U = Q + W ΔU Änderung der inneren Energie; Q ausgetauschte Wärme; W verrichtete olumenarbeit Die innere Energie eines isolierten Systems ist konstant. Um die Änderung eines Systems zu bestimmen, verwendet man Kalorimeter. Bsp: Wie groß ist die Änderung der inneren Energie eines geschlossenen Gefäßes, in dem Schokolade verbrannt wird? Thermometer 2 Schokolade 1 l Wasser Das Gefäß hat starre Wände = const. W = 0 Das Wasser erwärmt sich um 5 K cal ΔU erbr = Q = 1000 g 5 K = 5 kcal g K 21kJ
Allgemeine Chemie 66 E Enthalpie iele Reaktionen laufen bei konstantem Druck (isobar) ab. Die Energieänderung bei konstantem Druck wird durch die Enthalpie beschrieben: Δ = ΔU + p Δ kj Bsp: Zn(s) + I2 (s) ZnI2 (s) Δ = 208 mol Das orzeichen ist negativ, d.h. es wird Energie an die Umgebung abgegeben exotherme Reaktion. Enthalpie bei Phasenübergängen: Schmelzen: erdampfen: Sublimieren: Δ Überwindung der Gitterenergie m Δ v Δ subl Überwindung der intermolekularen Wechselwirkungen = Δ v + Δ m = Standardbedingungen (1 atm) erbindung Gefrierpunkt in K kj Δ m in Siedepunkt in K Δ v mol Argon 83,8 1,2 87,3 6,5 Benzol 278,6 10,6 353,2 30,8 Methan 90,7 0,9 111,7 8,2 Wasser 273,2 6,0 373,2 40,7 Tabelle 8: Eigenschaften ausgewählter Stoffe kj in mol