Physikalische Chemie
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Physikalische Chemie Ob Elektrochemie oder Quantenmechanik, das Feld der physikalischen Chemie ist weit! Hier könnt ihr Fragen von A wie Arrhenius-Gleichung bis Z wie Zeta-Potential stellen.

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Alt 29.06.2017, 18:24   #1   Druckbare Version zeigen
jann239 Männlich
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Beiträge: 61
Arbeit Thermo

Hallo Ihr Lieben,
ich hätte eine Frage zu einer Aufgabe:

Die Aufgabe lautet:
15 g Magnesium werden bei konstanter Temperatur (25°C) in einem Becherglas mit verdünnter Salzsäure umgesetzt. Welche Arbeit wird bei dieser Reaktion an der Atmosphäre (1 bar) geleistet?

Mein Ansatz:
isotherm: w=-q
w=-p* delta v --> w= -n*R*T
w= -15g/24,31 g/mol * 8,314 J/K*mol * 298,15 K
w= -1529,51 J
w= -1,529 kJ

ist das richtig?
So und die Arbeit q, nach der gefragt ist, würde dann 1,529 kJ betragen,da gilt w=-q

Habe ich das richtig gemacht?
Vielen Dank
jann239 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 30.06.2017, 06:20   #2   Druckbare Version zeigen
Muzmuz  
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Beiträge: 5.958
AW: Arbeit Thermo

q ist die (spezifische) Wärme, nicht die Arbeit. Ich denke, du musst hier Großbuchstaben verwenden, da du die Gesamtmenge an Arbeit (also eine extensive Größe) berechnen musst. Also, du musst W berechnen und nicht Q - und schon gar nicht q.
Dass hier W = -Q gilt ist nicht wichtig, da du keine Wärme berechnen musst. Zusätzlich birgt diese Formel die Gefahr, dass dieses -Q als Reaktionswärme angesehen werden kann, was aber nicht stimmt. Hierbei geht es nicht um die Entstehung des Wasserstoffs durch die Reaktion, sondern um dessen nachfolgende isotherme Ausdehnung gegen den Atmosphärendruck.

Und hier gilt W = p * delta V
Da delta V positiv ist (und p natürlich auch), ist auch W positiv - und auch gemäß Fragestellung muss ein positiver Betrag (es wird ja eine positive Arbeit "an der Atmosphäre" geleistet).
Vom Betrag her dürfte es stimmen.
Muzmuz ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 30.06.2017, 12:58   #3   Druckbare Version zeigen
jann239 Männlich
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Beiträge: 61
AW: Arbeit Thermo

Vielen Dank!
Eines verstehe ich aber nicht.
Wieso kommt für die Arbeit W ein positiver Betrag heraus?
Die Formel lautet doch: W=-p*delta V
jann239 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 13.07.2017, 17:02   #4   Druckbare Version zeigen
jann239 Männlich
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Themenersteller
Beiträge: 61
AW: Arbeit Thermo

Ich habe als Ergebnis einen negativen Wert herausbekommen laut der Formel: w=-p*delta v

Wieso soll dort jetzt ein positiver Wert herauskommen?

Vielen Dank
jann239 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 17.07.2017, 09:55   #5   Druckbare Version zeigen
no_body  
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Beiträge: 571
AW: Arbeit Thermo

Ich hielte den Wert für die Arbeit auch für negativ. (Arbeit wird vom System verrichtet.)
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no_body ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 17.07.2017, 10:47   #6   Druckbare Version zeigen
Muzmuz  
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AW: Arbeit Thermo

Der Betrag ist dann negativ, wenn die "Systemarbeit" gefragt wäre. Also die Veränderung der "Arbeitsenergie" innerhalb des Systems. Meist ist üblich, dies zu berechnen, weshalb in den Fomeln üblicherweise W = -pdV steht.

Aber, wir wollen hier die Arbeit berechnen, die an der Atmosphäre geleistet wird. Ähnlich der Fragestellung, wieviel Geld wir im Geschäft lassen, wenn wir einen Banane kaufen.
Und in beiden Fällen ist es ein positiver Betrag, wenn ein positiver Arbeitsbetrag an der Atmosphäre geleistet wird, wie auch ein positiver Betrag im Geschäft gelassen wird, auch wenn mein verfügbarer Geldbetrag sich dadurch verringert - also meine Geldbilanz negativ wäre.

Also konkret gefragt: Wenn du eine Banane für 1 Euro kaufst, welche Geldleistung verrichtest du gegenüber dem Geschäft ? 1 Euro oder -1 Euro ?
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Alt 17.07.2017, 12:30   #7   Druckbare Version zeigen
no_body  
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Beiträge: 571
AW: Arbeit Thermo

Na gut, wenn du den Unterschied machst zwischen Systemarbeit und geleisteter Arbeit an die Atmosphäre. Aber ich würde da noch eine Unsicherheit sehen, ob der Kontrolleur den Unterschied auch macht.
__________________
Meine Beiträge sind wie Gold - selten und kostbar.
no_body ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 18.07.2017, 08:04   #8   Druckbare Version zeigen
Muzmuz  
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Beiträge: 5.958
AW: Arbeit Thermo

Im Zweifelsfall immer dem Wortlaut der Angabe nach, und diese beinhaltet explizit die Arbeit, die an der Atmosphäre geleistet wird.
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Alt 20.07.2017, 12:11   #9   Druckbare Version zeigen
Balduro weiblich 
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Beiträge: 7
AW: Arbeit Thermo

Allgemein gilt hier die Vorzeichenkonvention der Thermodynamik:
Da das (Reaktions-)system durch Expansion Arbeit an die Umgebung abgibt, ist das Vorzeichen von W negativ. Dies steht im Einklang mit der Formel {\quad \small W\; =\; -\;p\;\cdot\; \Delta\;V}
Entsprechendes gilt für die Wärmemenge Q.
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Alt 20.07.2017, 15:26   #10   Druckbare Version zeigen
Muzmuz  
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Beiträge: 5.958
AW: Arbeit Thermo

Das ist hier nicht der Punkt.
Auch im Finanzwesen werde Eingänge/Einnahmen mit einem positivem Vorzeichen, Abgänge/Ausgaben mit negativem Vorzeichen versehen. Und dennoch ist die richtige Antwort auf die Frage "Wieviel hast du für den Apfel bezahlt ?" vielmehr "€ 1,-" und nicht "€ -1,-". Die Frage, wie sich der Barvermögensbestand entwickelt hat, wäre die richtige Antwort "€ -1,-".
Ob also positiv oder negativ hängt nicht nur von der thermodynamischen oder wirtschaftswissenschaftlichen Konvention, sondern auch von der konkreten Fragestellung ab.
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Alt 22.07.2017, 13:31   #11   Druckbare Version zeigen
Balduro weiblich 
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Beiträge: 7
AW: Arbeit Thermo

Ich gebe dir recht. Eine umfassende Antwort muss die Änderung des "Barvermögensbestands" mit einschließen.
In der Thermodynamik ist der "Barvermögensbestand" die Innere Energie U. Diese kann durch Zufuhr von Arbeit W und/oder Wärme Q erhöht (pos. Vorzeichen) und durch Abgabe von Arbeit und/oder Wärme erniedrigt (neg. Vorzeichen) werden.
Mathematisch formuliert: {\quad \Delta U = Q + W \quad} 1. Hauptsatz der Thermodynamik
In diesem Fall wird vom Reaktionssystem Arbeit an die Umgebung abgegegeben, folglich ist das Vorzeichen negativ. Ich nehme an, dass mit der Umgebung keine Wärme ausgetauscht wird.
{\quad \Delta U = W = -1,53\;  kJ\quad}
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Alt 22.07.2017, 15:53   #12   Druckbare Version zeigen
Muzmuz  
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Beiträge: 5.958
AW: Arbeit Thermo

Zitat:
Zitat von Balduro Beitrag anzeigen
Ich gebe dir recht. Eine umfassende Antwort muss die Änderung des "Barvermögensbestands" mit einschließen.
In der Thermodynamik ist der "Barvermögensbestand" die Innere Energie U. Diese kann durch Zufuhr von Arbeit W und/oder Wärme Q erhöht (pos. Vorzeichen) und durch Abgabe von Arbeit und/oder Wärme erniedrigt (neg. Vorzeichen) werden.
Mathematisch formuliert: {\quad \Delta U = Q + W \quad} 1. Hauptsatz der Thermodynamik
Soweit korrekt.

Zitat:
Zitat von Balduro Beitrag anzeigen
In diesem Fall wird vom Reaktionssystem Arbeit an die Umgebung abgegegeben, folglich ist das Vorzeichen negativ. Ich nehme an, dass mit der Umgebung keine Wärme ausgetauscht wird.
{\quad \Delta U = W = -1,53\;  kJ\quad}
Das Vorzeichen der "Systemarbeit" ist negativ, richtig. Hier aber ist nach dem WÄRMEABGANG gefragt. Und nur, wenn ein positiver Energiebetrag abgegeben wird, verringert sich die Systemarbeit. So wie sich dein Haushaltsbudget nur dann verringert, wenn du positive Geldbeträge ausgibst.
Da die Frage nicht ist "wie verändert sich die Systemarbeit", sondern "welche Wärme wird ... verrichtet", dann hat die Antwort ein positive Vorzeichen zu haben, wenn eine positive Arbeit verrichtet worden ist wie es eben hier der Fall ist.
Wie man auch sagt, man hat für einen Apfel € 1,- bezahlt und nicht € -1,-.
Denn, wenn man einen Betrag von MINUS 1 EURO entrichtet, dann hätte man nachher mehr im Börsel als vorher.
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Alt 10.08.2017, 22:30   #13   Druckbare Version zeigen
Timberling  
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Beiträge: 6
AW: Arbeit Thermo

Die Sache lässt mir keine Ruhe. Das Vorzeichen ist ja schon wichtig. Ich habe in der wissenschaftlichen Literatur vergeblich nach dem Begriff "Systemarbeit" gesucht. Also gibt es ihn nicht. Die Volumenarbeit ist definiert über die Formel {W\: = \:-p_U\cdot\Delta V\: = \:-p_U\cdot\ (V_2\:-\:V_1)}
{p_U}: Druck, der in der Umgebung herrscht
{V_2}: Enddruck
{V_1}: Anfangsdruck
Das Vorzeichen der übertragenen Arbeit ergibt sich automatisch durch Anwendung der Formel. In dem vorliegenden Fall ist somit das Vorzeichen negativ.
Timberling ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 11.08.2017, 06:51   #14   Druckbare Version zeigen
Muzmuz  
Mitglied
Beiträge: 5.958
AW: Arbeit Thermo

Zitat:
Zitat von Timberling Beitrag anzeigen
Das Vorzeichen der übertragenen Arbeit ergibt sich automatisch durch Anwendung der Formel.
Hier steckt der Fehler, das ist zwar richtig, Aber danach wird in diesem Beispiel so nicht gefragt.
AN DER ATMOSPHÄRE wird nämlich eine positive Arbeit verrichtet, so wie beim Kauf von Schuhen eine POSITIVE Geldleistung erbracht werden muss.
Die von dir gebrachte Formel enspricht der Geldbilanz des Käufers, und die ist so wie die Energiebilanz des Systems negativ. Im Beispiel ist aber nicht nach dieser Bilanz gefragt, sondern nach der AN DER ATMOSPHÄRE geleisteten Arbeit und die ist wie der bezahlte Geldbetrag beim Schuhkauf POSITIV.

Kannst du ja fragen, ob ein Verbrennungsmotor eine positive oder negative Arbeit an der Umgebung leistet und dann wieder deine Formeln verwenden. Du wirst erkennen, dass deine Formeln auch dort eine negative Leistung ausspucken, aber die Sinnlosigkeit einer Motorleistung von -130 kW dann (so denke und hoffe ich) doch einsehen.
Muzmuz ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 11.08.2017, 10:29   #15   Druckbare Version zeigen
Muzmuz  
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Beiträge: 5.958
AW: Arbeit Thermo

Viele machen den Fehler, Formeln auswendig zu lernen und streng danach zu rechnen, ohne dabei ausreichend ihren Kontext zu beachten.

Beispiel:
Hans hat € 100,-
Er kauft 2 Filme um je € 20,-, 3 Bücher zu je 30,- und verkauft einen Film um € 25,-. Um wieviel Euro hat er sich verschuldet ?

Die richtige Berechnung ist eine Gegenüberstellung von Anfangsvermögen, Einnahmen und Ausgaben.

100,- Anfangsvermögen
-40,- Ausgabe Filmkauf
-90,- Ausgabe Bücherkauf
+25,- Einnahme Filmverkauf
-----------------
-5,- Endsaldo

Der brave Rechner, der aber den Kontext nicht beanchtet hat, spuckt als Ergebnis brav € -5,- aus. Die Frage ist aber nicht die nach dem Endsaldo, sondern nach dem Schuldenbetrag. Und hier ist die korrekte Antwort € +5,-.
Auch wenn die angewandte Berechnungsformel zunächst ein negatives Vorzeichen ausspuckt. Man muss erkennen, dass das Ergebnis der Berechnungsformel nicht jenes ist, nach dem in der Angabe gefragt wurde.
Daher, immer den Kontext einer Formel beachten, sonst ist die Antwort womöglich falsch.
Muzmuz ist offline   Mit Zitat antworten
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