Satz von Hess
Der Satz von Hess ist eine wichtige Schlussfolgerung aus dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik. Was du unter dem Satz von Hess verstehst, erklären wir dir im folgenden Beitrag und unserem Video dazu.
Inhaltsübersicht
Satz von Hess einfach erklärt
In einer chemischen Reaktion können Produkte über verschiedene Wege oder auch Teilreaktionen entstehen. Der Satz von Hess besagt nun, dass die Enthalpieänderung der Gesamtreaktion unabhängig vom Weg der chemischen Reaktion ist. Das heißt, die gesamte Enthalpie der Reaktion ist gleich der Summe der Enthalpien der Teilreaktionen.
Die Reaktionsenthalpie hängt somit nur von den Produkten und Edukten ab.
Ob eine chemische Reaktion als Gesamtreaktion oder über eine Teilreaktion 1 und Teilreaktion 2 verläuft, hat keinen Einfluss auf die Energetik.
Enthalpie Gesamtreaktion = Enthalpie Teilreaktion 1 + Enthalpie Teilreaktion 2
Satz von Hess und Enthalpie
Um den Satz von Hess anzuwenden, ist die Enthalpie eine wichtige Größe. Unter der Enthalpie verstehst du die Menge an Wärmeenergie einer chemischen Reaktion. Du kürzt sie mit dem Symbol H ab. Die Enthalpie eines Systems ist die Summe aus der inneren Energie U und dem Produkt aus Druck p und Volumen V.
H = U + p • V
Um den Satz von Hess zu verstehen, sind folgende Arten der Enthalpie bei einer chemischen Reaktion ausschlaggebend: die Reaktionsenthalpie ΔRH und die Standardbildungsenthalpie ΔHf0.
- Reaktionsenthalpie ΔRH: Die Reaktionsenthalpie ΔRH ist die Enthalpieänderung einer chemischen Reaktion bei konstantem Druck. Sie hängt nur vom Anfangs- und Endzustand der Reaktion ab. Über den berechneten Wert der Reaktionsenthalpie kannst du vorhersagen, ob eine chemische Reaktion endotherm oder exotherm verläuft.
- Standardbildungsenthalpie ΔHf0: Unter der Standardbildungsenthalpie ΔHf0 verstehst du die Menge an Wärme, die bei der Bildung von einem Mol einer bestimmten Substanz bei Standardbedingungen freigesetzt wird. Für reine Elemente wie Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel ist die Standardbildungsenthalpie gleich null.
Unter endotherm verstehst du chemische Reaktionen, bei denen Energie in Form von Wärme zugeführt werden muss. Exotherme Reaktionen laufen hingegen unter Wärmeabgabe (Energieabgabe) ab.
Satz von Hess: Formel
Um zu ermitteln, ob die chemische Reaktion nun endotherm oder exotherm ist, musst du die Formel von Satz von Hess anwenden.
Die Reaktionsenthalpie hängt nur von dem Ausgangs- und Endzustand der chemischen Reaktion ab. Das heißt, die Reaktionsenthalpie berechnest du, indem du die Enthalpieänderung einer Reaktion mithilfe der Standardbildungsenthalpien berechnest.
- Bilde dafür zunächst jeweils die Summe der Standardbildungsenthalpien ΔHf0 der Produkte und Edukte.
- Anschließend bildest du die Reaktionsenthalpie ΔRH aus den Standardbildungsenthalpien der Edukte und der Produkte.
![\[\Delta_\text{R}H = \Sigma H_\text{Produkte} - \Sigma H_\text{Edukte}\]](https://d1g9li960vagp7.cloudfront.net/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-9033d4b8630e25294ab327726b955129_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Satz von Hess: Beispiel
Schauen wir uns ein Beispiel zum Satz von Hess an: die Verbrennung von Graphit (C). Dabei reagiert Graphit (C) mit dem Sauerstoff (O2) aus der Luft zu Kohlenstoffdioxid (CO2). Die dabei frei werdende Wärmeenergie nennst du auch Verbrennungsenthalpie.
Die Verbrennung kann auf zwei Wegen erfolgen: die direkte oder stufenweise Verbrennung von Graphit.
Ob Graphit auf direktem Wege zu Kohlenstoffdioxid verbrannt wird oder über eine Teilreaktion mit der Zwischenstufe Kohlenstoffmonoxid und einer zweiten Teilreaktion, ist energetisch gesehen gleich.
Schauen wir uns die beiden Reaktionswege bei der Verbrennung von Graphit an:
1. Durch die vollständige Verbrennung:
C + O2 → CO2 ΔRH = – 393 kJ/mol
Graphit + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid
2. Durch die Verbrennung über das Zwischenprodukt Kohlenstoffmonoxid (CO):
C + 1/2 O2 → CO ΔRH1 = – 111 kJ/mol
Graphit + Sauerstoff → Kohlenstoffmonoxid
CO + 1/2 O2 → CO2 ΔRH2 = – 282 kJ/mol
Kohlenstoffmonoxid + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid
ΔRH = ΔRH1 + ΔRH2 = – 393 kJ/mol
Zusammenfassung
- Der Satz von Hess besagt, dass der Weg der Reaktion keinen Einfluss auf die Reaktionsenthalpie der gesamten Reaktion hat.
- Mithilfe des Satzes von Hess kannst du vorhersagen, ob eine Reaktion endotherm oder exotherm verläuft.
- Die Grundlage ist die Berechnung der Reaktionsenthalpien, die nur von den Edukten und Produkten abhängen.
- Ist die Reaktionsenthalpie negativ, dann verläuft Reaktion exotherm.
- Ist die Reaktionsenthalpie positiv, dann verläuft die Reaktion endotherm.
Da die Edukte nicht gleichzeitig als Produkte der Reaktion auftreten können, ist die Reaktionsenthalpie niemals null. Das ist die Begründung dafür, warum ein Perpetuum mobile niemals existieren kann. Was ein Perpetuum mobile ist und wie der erste Hauptsatz der Thermodynamik damit verknüpft ist, erfährst du hier !
