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Chemie für Ernährungswissenschaftler (Subject) / Energieumsatz bei Chemischen Reaktionen (Lesson)
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- Brennende Erdnüsse Brennende Erdnüsse liefern genügend Energie, um eine Tasse Wasser zumKochen zu bringen.
- Brennender Zucker (Zucker reagiert mit KClO3, ein starkes Oxidationsmittel)
- brennende Erdnüsse und brennender Zucker Diese Reaktionen sind PRODUKTBEVORZUGENDDie Reaktanten reagieren fast vollständigzu Produkten
- 2 H2(g) + O2(g) -> 2 H2O(g) + Wärme und Licht Dies kann in einer Brennstoffzelle verwendet werden, um elektrische Energie zu erzeugen.Oxidation:2 H2-> 4 H+ + 4 eReduktion:4 e- + O2 + 2 H2O -> 4 OH
- ENERGIE – die Fähigkeit Arbeitzu leisten oder die Übertragungvon Wärme.
- WÄRME die Form von Energie, die zwischen 2 Objekten wegen ihrer unterschiedlichenTemperaturen fließt.
- Anderen Energieformen • Licht• Elektrische• Kinetische und Potentielle
- Potentielle Energie Energie die ein unbeweglicher Körper durch seine Position hat.
- Potentielle Energie aus der Atomischen-Ansicht • Positive und negative Teilchen (Ionen) ziehen einander an.• Zwei Atome können sich verbinden.• Wenn die Teilchen sich annähren haben sie eine geringere potentielle Energie.
- Kinetische Energie Bewegungsenergie
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- Innere Energie (U) PE + KE = Innere Energie (U)
- Die Innere Energie eines chemischen Systems hängt von folgendem ab: • Anzahl an Teilchen• Art der Teilchen• Temperatur
- Innere Energie (U) - Temperatur • Je höher die T umso höher die innere Energie• Daher können wir Änderungen der T (∆T) nutzen um Änderungen in der Energie (∆U) zu überwachen.
- Thermodynamik Thermodynamik ist die Wissenschaft vom Energie-Transfer in Form von Wärme.
- Thermodynamik - Vorgang Wärmeenergie wird mit den molekularen Bewegungen in Verbindungung gebracht.Energie wird in Form von Wärme übertragen bis ein Thermisches Gleichgewicht hergestellt wird.Durch ∆T kann die übertragende Energie gemessen werden.
- SYSTEM Das untersuchte Objekt
- UMGEBUNG Alles außerhalb des Systems
- Richtung der Energieübertragung Energieübertragung in Form von Wärme geht immer von einem wärmeren Objekt zu einem kühleren.
- EXOtherm Energieübertragung vom SYSTEM zur UMGEBUNGT(System) sinktT(Umgebung) erhöht
- ENDOtherm Energieübertragung von der UMGEBUNG zum SYSTEM.T(System) erhöhtT (Umgebung) sinkt
- Die Thermodynamik basiert auf dem... Gesetz der ERHALTUNG DER ENERGIE.
- Gesetz der ERHALTUNG DER ENERGIE. • Die Gesamtenergie in einer chemischen Reaktion bleibt unverändert.• Wenn PE der Produkte geringer ist als die der Reaktanten, muss die Differenz als KE freigegeben werden.
- Energieänderungen in chemischen Prozessen System PE sinkt -> KE steigt -> daher fühlen wir oft eine Erhöhung der T
- ENERGIEEINHEITEN 1 Kalorie = Wärmemenge, die nötig ist um 1.00 g H2O um 1.0 °C zu erwärmen.1000 cal = 1 Kilokalorie = 1 kcal1 kcal = 1 Kalorie (eine Lebensmittel “Kalorie”)Aber wir benutzen die EinheitJOULE1 cal = 4.184 joules
- WÄRMEKAPAZITÄT Die Wärmemenge die benötigt wird, um die Körpertemperatur um 1 ˚C zu erhöhen.
- Welches hat die größere Wärmekapazität ? Glas vs. Badewanne Badewanne -> viel größer, viel mehr Wärme
- Wie viel Energie wird durch T Unterschied übertragen? Die Wärme (q),'verloren' oder 'gewonnen', steht in Beziehung zua) der Masse der Probeb) Änderungen in der T undc) der spezifischen Wärmekapazität
- spezifischen Wärmekapazität Specific heat capacity = heat lost or gained by substance (J) (mass, g)(T change, K)
- Spez. Wärme - Formel J/g•K
- spez. Wärme - H2O 4.184
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- spez. Wärme - Ethylenglykol 2.39
- spez. Wärme - Al 0.897
- spez. Wärme - Glass 0.84
- Wenn wir 25.0 g Al von 310 °C bis auf 37 °C abkühlen, wie viel Energie (J) verliert das Al? Wärme gewonnen/verloren = q = (sp. Wär.)(Masse)(∆T)Wo ∆T = T(endgültig) - T(initial)q = (0.897 J/g•K)(25.0 g)(37 - 310)Kq = - 6120 JBeachten Sie, dass das negative Vorzeichen vor q bedeutet,dass Wärme 'verloren' geht oder von Al hinausfließt.
- übertragene q übertragene q = (sp. Wärm.)(Masse)(∆T)
- Energieübertragung Energieübertragung als eine Möglichkeit, spezifische Wärmekapazität, Cp zu ermitteln.
- Cp von: • 55.0 g Fe bei 99.8 ˚C Geben Sie es in 225 g Wasser bei 21.0 ˚C• Wasser und Metall erreichen schlussendlich 23.1 ˚C• Was ist die spezifische Wärmekapazität des Metalls? Wegen der Erhaltung der Energie,q(Fe) = –q(H2O) (Energieverlust von Fe = Energiegewinn von H2O) oder q(Fe) + q(H2O) = 0q(Fe) = (55.0 g)(Cp)(23.1 ˚C – 99.8 ˚C)q(Fe) = –4219 • Cpq(H2O) = (225 g)(4.184 J/K•g)(23.1 ˚C – 21.0 ˚C)q(H2O) = 1977 Jq(Fe) + q(H2O) = –4219 Cp + 1977 = 0Cp = 0.469 J/K•g
- Energieübertragung mit Aggregatszustandsänderungen Aggregatszustandsänderungen involvieren Energie(bei konstanter T)Eis + 333 J/g (Schmelzwärme) -> Flüssiges Wasserq = (Schmelzwärme)(Masse)
- Energieübertragung und Aggregatszustandsänderungen - Flüssigkeit -> Dampf Dieser Vorgang benötigt Energie (Wärme).Dies ist der Grund, dassa) uns kalt wird nach dem Schwimmenb) wir Wasser benutzen um ein Feuer zu löschen.
- Heizen / Kühlen – Diagramm für Wasser Diagramm ansehen
- Schmelzwärme von Eis = 333 J/g
- Spez.Wärme von Wasser = 4.184 J/g•K
- Verdampfungswärme = 2260 J/g
- Welche Wärmemenge wird benötigt, um 500. g Eis zu schmelzen und das Wasser bei 100 °C zu Dampf zu erhitzen? - Eis zu schmelzen q = (500. g)(333 J/g) = 1.67 x 105 J
- Welche Wärmemenge wird benötigt, um 500. g Eis zu schmelzen und das Wasser bei 100 oC zu Dampf zu erhitzen? - Wasser aufzuheizen von 0 oC bis 100 oC q = (500. g)(4.2 J/g•K)(100 - 0)K = 2.1 x 105 J
- Welche Wärmemenge wird benötigt, um 500. g Eis zu schmelzen und das Wasser bei 100 °C zu Dampf zu erhitzen? - Wasser zu verdampfen bei 100 °C q = (500. g)(2260 J/g) = 1.13 x 106 J
- Welche Wärmemenge wird benötigt, um 500. g Eis zu schmelzen und das Wasser bei 100 oC zu Dampf zu erhitzen? - Gesamte Energie Gesamte Energie = 1.51 x 106 J = 1510 kJ
- Chemische Reaktivität - Was treibt chemische Reaktionen? THERMODYNAMIK
- Chemische Reaktivität Wie treten sie auf? KINETIK
- “antriebende Kräfte” für PRODUKT-BEVORZUGENDE Reaktionen • Bildung eines Feststoffes (Fällung)• Gas Bildung• H2O Bildung (Säure-Base Reaktion)• Elektronübertragung in einer Batterie