Thermodynamik: Übergangstemperatur¶

• Wasser wird direkt über dem Bunsenbrenner erhitzt
• mit den übrigen Substanzen wird ein RG ca 1/3 Höhe gefüllt, ein Thermometer hineingestellt und das RG im Wasserbad bei 100°C inkubiert.

1. Wasser¶

ΔH°_R = 44.00 kJ/mol
ΔS°_R = 118.922 J/mol/K
ΔG°_R (Tabellenwerte) = 8.61 kJ/mol
Übergangstemperatur: 370.02 K = 96.87 °C

Entropiezuwachs durch Volumenzunahme: $ ΔS°_{ΔV} = n \cdot R \cdot ln(\frac{V}{V_0}) = R \cdot ln(\frac{31 L}{0.018 L}) = 62 \frac{J}{mol \cdot K} $

Dazu kommt:

• Verlust von Nahordnung/Korrelationen in der Flüssigkeit (bei Wasser wichtiger Faktor: grosser Zugewinn an Mikrozuständen).
• Rotationsentropie des Gases (zusätzliche Freiheitsgrade im Gas).
• Temperaturabhängigkeit der Freiheitsgrade
• weitere kleinere Effekte

Genaue Berechnung: Sackur-Tetrode-Gleichung

2. Methanol¶

ΔH°_R = 37.83 kJ/mol
ΔS°_R = 112.02 J/mol/K
ΔG°_R (Tabellenwerte) = 4.43 kJ/mol
Übergangstemperatur: 337.71 K = 64.56 °C

3. Hexan¶

ΔH°_R = 31.60 kJ/mol
ΔS°_R = 93 J/mol/K
ΔG°_R (Tabellenwerte) = 3.90 kJ/mol
Übergangstemperatur: 339.78 K = 66.63 °C

4. Pentan¶

ΔH°_R = 26.70 kJ/mol
ΔS°_R = 87.88 J/mol/K
ΔG°_R (Tabellenwerte) = 0.498 kJ/mol
Übergangstemperatur: 303.82 K = 30.70 °C

5. Ethanol¶

ΔH°_R = 42.46 kJ/mol
ΔS°_R = 121.21 J/mol/K
ΔG°_R (Tabellenwerte) = 6.32 kJ/mol
Übergangstemperatur: 350.30 K = 77.15 °C

6. Aceton¶

ΔH°_R = 31.27 kJ/mol
ΔS°_R = 94.89 J/mol/K
ΔG°_R (Tabellenwerte) = 2.98 kJ/mol
Übergangstemperatur: 329.54 K = 56.39 °C

• Zuerst wird die Übergangstemperatur berechnet, dann überlegt, ob sich diese Temperatur mit dem Bunsenbrenner erreichen lässt und wie das aussehen dürfte

  ΔH°_R = 175.58 kJ/mol
  ΔS°_R = 284.36 J/mol/K
  ΔG°_R (Tabellenwerte) = 91.25 kJ/mol
  Übergangstemperatur: 617.47 K = 344.32 °C
  

• Spatelspitze Ammoniumchlorid im Reagenzglas erhitzen, bis die Zersetzung einsetzt und weiter oben im RG sich wieder festes Ammoniumchlorid abscheidet

• Nun haben wir immer gesagt: Salze lassen sich nicht verdampfen. Hier "verdampft" trotzdem ein Salz. Wie kann das sein? (Ionen verwandeln sich in undeladene Moleküle, die dann in die Gasphase wechseln).
• Das ist eine Art Thermometer für eine ganz bestimmte Temperatur

Thermolyse von Wasser

• ΔH°_R = 571.66 kJ/mol
  
• ΔS°_R = 326.686 J/mol/K
  
• ΔG°_R (Tabellenwerte) = 474.36 kJ/mol
  
• Übergangstemperatur: 1749.88K = 1476.73 °C
  

Die Verbrennung von Wasserstoff

2 H₂ + O₂ ⇄ 2 H₂O

ist sehr stark spontan

• ∆H_R = - 484 kJ
• ∆S_R = -89 J/K
• ∆G_R = - 458 kJ

und hat eine unvorstellbar grosse Gleichgewichtskonstante:

\(K = 10^{80}\)

Weil die Reaktion exotherm ist, verschiebt sich das Gleichgewicht mit steigender Temperatur auf die Seite von Wasserstoff und Sauerstoff. Bei Temperaturen von theoretisch über 5000 °C wird die Zersetzung von Wasser sogar spontan. Aber bereits bei etwa 1500 °C liegen im Gleichgewicht grössere Mengen von Wasserstoff und Sauerstoff vor, die genutzt werden können.

Das Knallgasgemisch wird mit einer pneumatischen Wanne in einem Reagenzglas während einigen Minuten aufgefangen. Wenn einige Milliliter Gas gesammelt worden sind, kann dieses an der Bunsenbrennerflamme zu einer heftigen Explosion gebracht werden. Vorsicht!

Mit dem Solzinc-Verfahren umgeht man die Schwierigkeit, die Gase zu trennen.