Kann mir jemand den Unterschied zwischen der Wärme und der Enthalpie erklären. Ich verstehe es irgendwie nicht?
Danke euch
6 Antworten
Der Hauptunterschied zwischen Enthalpie und Wärme besteht darin, dass Enthalpie die Wärmemenge ist, die während einer chemischen Reaktion bei konstantem Druck übertragen wird, während Wärme eine Form von e ist.
Die Enthalpie ist eine thermodynamische Eigenschaft und wir können sie als H bezeichnen. Die mathematische Beziehung für diesen Begriff lautet wie folgt:
H = U + PV
Hier ist H Enthalpie, U ist innere Energie, P ist Druck, V ist das Volumen des Systems.
Enthalpie ist eine Zustandgröße. (Die Zustandsgrößen beschreiben den aktuellen Zustand eines Systems und sind unabhängig davon, auf welchem Weg es zu diesem Zustand gekommen ist).
Wärme und Arbeit sind Prozessgrößen, die den Verlauf einer Zustandsänderung beschreiben.
enthalpie ist die wärme bei konstantem druck
Danke, und worin unterscheiden sich diese Energien? Ich kann mir das nicht vorstellen.
enthalpie ist wärme jnter bestimmten bedingungen. also enthalpie=wärme aber wärme≠enthalpie
Du hast mir jetzt gezeigt, dass sie unter bestimmten Bedingungen gleich sind, und dass Wärme ungleich enthalpie ist.
Aber was genau ist der Unterschied sprachlich gesprochen zwischen Wärme und Enthalpie?
Hier ist es sehr schön erklärt: https://physics.stackexchange.com/questions/296741/what-exactly-is-enthalpy
Nochmal auf Deutsch: Enthalpie ist definiert als H=U+PV. Wenn der Weihnachtsmann einen Hasen herzaubert, muss er zwei Energiebeiträge liefern: U, die innere Energie des Hasen, und PV -- eine Zusatzenergie, die es braucht, um Moleküle der Luft auseinanderzuschieben, sodass der Hase Platz hat, um zu erscheinen.
Wie man merkt, ist H=U, wenn das Ganze im Vakuum stattfindet, der Druck also Null ist. Und auch wenn der Hase ein Punkthase ist, also ein Volumen von Null hat.
Danke.
Und wenn der Druck nicht null wäre, dann wäre die Enthalpie wie zu unterscheiden von der Wärme? Dann wäre sie doch vom Druck her zu unterscheiden?
Also kann man sagen, dass der Unterschied zwischen Wärme und Enthalpie der ist, dass Wärme eben Wärme bleibt, solange da ein Druckunterschied herrscht, und falls der Druck null wird, dann bezeichnet man das nicht mehr als Wärme sondern als Enthalpie. Dann kann man ja sagen, dass die Enthalpie ein Spezialfall der Wärme darstellt oder?
Wärme sollte man mit Enthalpie nicht vergleichen. Wärme ist eine Prozessgröße, also eine, die bei einem Prozess übertragen wird, so wie zum Beispiel auch die Arbeit, die bei einem Prozess verrichtet wird. Man erkennt solche Größen auch darin, dass sie keine totalen Differentiale besitzen, Differenzen da also mit delta Q statt mit dQ notiert werden.
Vergleichen kann man die Enthalpie mit der inneren Energie, beide sind Zustandsgrößen.
Zunächst mal die Gemeinsamkeit:
Beides sind thermische Energien und machen eine Mengenangabe zur Energie. Thermische Energien sind sie deshalb, weil die Energiemenge unter anderem von der Temperatur abhängt.
Nun zum Unterschied:
Wärme ist eine Energieform mit realem physikalischen Hintergrund. Definition: „Wärme ist die Energie, die alleine aufgrund eines Temperaturunterschiedes die Systemgrenze überschreitet.“
Das selbe gilt für die innere Energie, die ebenfalls einen realen physikalischen Hintergrund hat. Definition: „Innere Energie ist die Energie, die ein System alleine aufgrund seiner Temperatur hat.“
Die Enthalpie ist keine reale Größe mehr, sondern ein künstlicher und abstrakter Begriff, eine rein rechnerische Größe, die aber unheimlich praktisch bei der Berechnung von offenen Systemen oder stationären Fließprozessen (wie z.B. in einer Turbine oder bei chemischen Reaktionen) ist. Man sollte sich also nicht zu viele Knoten ins Hirn machen, um diesem Begriff eine praktische Vorstellung zuordnen zu wollen.
Unpraktischer Weg:
Warum Enthalpie so praktisch ist, führe ich am besten dadurch vor, dass ich zeige, wie unpraktisch die Rechnung mit den realen Größen innere Energie und Wärme bei chemischen Reaktionen wäre:
Ausgangspunkt aller Berechnungen wäre der 1. Hauptsatz der Thermodynamik (Energieerhaltungssatz):
∆U = Q + pdV
wobei pdV die Volumenänderungsarbeit darstellt.
Wollte man nun die Reaktionswärme Q ausrechnen, ergäbe das:
Q = ∆U - pdV
Die Probleme fangen schon mit ∆U an:
∆U = m * c * ∆T
c wäre die spezifische Wärmekapazität. Die ist zum einen für die Ausgangs- und Endprodukte verschieden, je nach Reaktion verändert sich auch die Molzahl pro kg, und c für ein Gemisch müsste man aus den einzelnen Komponenten herleiten. Dazu kommt, dass c auch noch temperaturabhängig ist, man also ein Funktion c = f(T) für jeden einzelnen Reaktiuonsteilnehmer einsetzen müsste und so schon mal direkt bei Differentialgleichungssystemen landet, die erstmal gelöst sein wollen.
Weiter gehen die Probleme mit der Bestimmung der Volumenänderungsarbeit. Nehmen wir an, wir verbrennen H2 mit O2 zu H2O. Dann sind die Verbrennungsgase extrem heiß und dehnen sich aus. Man müsste also das Volumen der Verbrennungsgase bei 1 bar Druck über das ideale Gasgesetz berechnen, um von der Änderung der inneren Energie diese Volumenänderungsarbeit abziehen zu können. Das Gleichungssystem wird noch komplizierter. Nun ist es bei isobaren chemischen Reaktionen in der Regel aber so, dass die bei 1 bar ablaufen und die theoretisch mögliche Volumenänderungsarbeit überhaupt nicht genutzt wird (wie z.B. im Zylinder eines Verbrennungsmotors), sondern einfach in die Umwelt wirkungslos entlassen wird. Man hätte also wahnsinnig viel Aufwand für nichts.
Jetzt wirds paraktisch:
Nun kommt die Enthalpie ins Spiel. Die kürzt den ganzen Rechenvorgang enorm ab. Den Nachteil, dass sie streng genommen den 1. Hauoptsatz verletzt, weil wir die Volumenänderungsarbeit schon mal völlig ignorieren, kann man in vielen Fällen in Kauf nehmen. Desweiteren kann man die sogenannte Standardbildungsenthalpie definieren, sodass alle Produkte und Edukte bei Standardbedingungen vorliegen. Die Standardbedingungen sind in der Chemie 0 °C und 1 bar Druck. Durch diese Standardbedingungen erspart man sich zusätzlich, die Temperaturabhängigkeit von c berücksichtigen zu müssen. Außerdem hat man die Möglichkeit, die molare Standarbildungsenthalpie zu benutzen, die eine Umrechnung von Mol in Masse überflüssig macht, wodurch sie bei chemischen Reaktionsgleichungen besonders bequem wird.
Ermittlung der Enthalpie:
Diese molare Standardbildungsenthalpie wird aber nun nicht mehr berechnet, weil man sich die oben angedeutet Rechnung nicht antun will und die durch diverse Annahmen und Rundungsfehler noch nicht einmal sehr genau wäre. Stattdessen wird diese an sich rein rechnerische Größe durch praktische Versuche in hochpräzisen Kalorimetern experimentell bestimmt und in Tabellenform veröffentlicht. Mit diesen Tabellenwerten lässt sich dann wunderbar und sehr einfach in der Praxis weiterrechnen und z.B. die Reaktionsenthalpie ∆H_r bestimmen:
∆H_r = H_produkte - H_edukte
Wie gesagt, der Vorteil liegt nun vor allem darin, dass diese Formel immer stimmt, völlig egal, auf welchem Weg die Reaktion stattfindet oder in welcher Form (Wärme, Arbeit) Energie während der Reaktion aufgenommen oder abgegeben wird. Die Reaktionsenthalpie ist immer die Differenz der Bildungsenthalpien der Produkte und der Edukte.
Zusammenhang Innere Energie, Wärme und Enthalpie:
Der 1. Hauptsatz in seiner einfachsten Form lautete:
U = Q + pdV
Da wir bei der Enthalpie die Volumenänderungsarbeit einfach weglassen ergibt sich:
H - pdV = U
H = U + pdV
Für den Fall, dass keine nennenswerte Volumenänderung eintritt, also wenn keine Gase an der Reaktion beteiligt sind, wird pdV = 0 und in diesen Fällen gilt dann:
H = U + 0
und mit U = Q + 0:
H = Q
Vielen Dank für diese ausführliche Darlegung. Ich versuche zu verstehen.
Beides sind thermische Energien und machen eine Mengenangabe zur Energie. Thermische Energien sind sie deshalb, weil die Energiemenge unter anderem von der Temperatur abhängt.
Vielen Dank für die Erkenntnis. Kann ich folgendes schreiben:
Die Enthalpie (Wärmeinhalt) gehört begriffsmäßig zur thermischen Energie(Oberbegriff), und die thermische Energie bezieht sich auf die Bewegung atomarer bzw. molekularer Teilchen in einer makroskopischen Materie. Die Enthalpie ist eine abstrakte Energieform (abstrakte Größe) die unteranderem für chemische Reaktionen eingeführt wurde, um die freiwerdende bzw. aufgenommene Energiemenge wertmäßig anzugeben.
Wärme ist eine Energieform mit realem physikalischen Hintergrund. Definition: „Wärme ist die Energie, die alleine aufgrund eines Temperaturunterschiedes die Systemgrenze überschreitet .“
Meinst du mit "Systemgrenze überschreitet" den Transport bzw. Austausch von Energie beim thermischen Kontakt?
Danke, wenn du mir das beantworten könntest. Und über den Rest von dir denke ich noch etwas nach.
Fast hätte ich dich vergessen...
und die thermische Energie bezieht sich auf die Bewegung atomarer bzw. molekularer Teilchen in einer makroskopischen Materie.
Das würde ich, wenns geht, lieber weglassen. Gründe:
1) Das gilt nur für ideale Gase, bei denen die Teilchen keine Kräfte gegeneinander haben.
2) In Feststoffen und Flüssigkeiten sowie realen Gasen mit Van-der-Waals-Kräften teilt sich die Innere Energie in Ekin der Teilchen und Epot der Teilchen auf. Wie ganu lässt sich aber kaum berechnen oder feststellen.
Meinst du mit "Systemgrenze überschreitet" den Transport bzw. Austausch von Energie beim thermischen Kontakt?
Das kann man so sagen.
Danke. Du sagtest, Wärme sei eine Form von e? Was heißt das?