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Warum bildet sich NaCl, wenn es 1,52 eV (eigentlich sogar 5.14 eV) Energie benötigt?

hier kann man Fragen zur physikalischen Chemie stellen

Moderator: Chemiestudent.de Team

Sprit

Warum bildet sich NaCl, wenn es 1,52 eV (eigentlich sogar 5.14 eV) Energie benötigt?

Beitrag von Sprit »

Ein Natriumatom hat ein 3s-Elektron außerhalb einer geschlossenen Schale, und es erfordert 5,14 eV Energie, um dieses Elektron zu entfernen. Dem Chlor fehlt ein Elektron, um eine Schale zu füllen, und es setzt 3,62 eV frei, wenn es dieses Elektron erhält.

Das bedeutet, dass es 1,52 eV Energie benötigt, um eines der Natriumelektronen an das Chlor abzugeben, wenn sie weit voneinander entfernt sind.

Bild

Was veranlasst das System, seinen metastabilen Zustand zu durchbrechen, um schließlich den stabilen Zustand zu erreichen?

Müsste es nicht sogar die ganzen +5,14 eV kosten, damit es in dieser Reihenfolge ablaufen kann? Ich verstehe nicht, warum man hier sagen kann, dass es 5,14eV - 3,62eV = 1,52 eV kostet, wenn 5,14eV zuerst benötigt wird:

Bild

Ich habe einen Typen auf YouTube gefunden, der erklärt, dass die Aktivierungsenergie 1,53 eV beträgt:
https://youtu.be/np7GcXTYKlI?t=396 [@06:36]

Aber auch hier frage ich mich, warum es nicht 5,14eV sind, da er eindeutig angibt, dass zuerst 5,14eV benötigt werden, um das Elektron von Na abzustreifen und erst danach die 3,61eV durch das Cl freigesetzt werden durch die Elektronenaufnahme...

Ich sehe in Büchern öfters ähnliche Formulierung wie:
Diese Bindungsbildung setzt mehr als genug Energie frei, um die anfänglichen "Kosten" zu decken.
oder
Dieser letzte Schritt liefert dem größten Beitrag bei der Energiefreisetzung. Er macht den ganzen Prozess energetisch vorteilhaft.
und damit habe ich so meine Probleme, da hier nur Anfangs und Endzustand als Argument genutzt werden und alles dazwischen ausgeblendet wird (sonst könnte man ja wohl schlecht "5,14eV - 3,62eV = 1,52 eV" additiv vorgehen). Ich habe die Vorstellung, dass zuerst dies und dann jenes geschehen muss, und ich frage mich, wie ein Prozess, der zuletzt kommt, Prozesse energetisch abdecken kann, die bereits vorher stattgefunden haben?
Nobby
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Re: Warum bildet sich NaCl, wenn es 1,52 eV (eigentlich sogar 5.14 eV) Energie benötigt?

Beitrag von Nobby »

Man steckt etwas Energie rein und bekommt auch etwas zurück. Es ist aber nur die Ionisationsenergie von Natrium- und Chloratom gasförmig zu dessen Ionenbildung hier gezeigt. Spaltung des Chlormoleküls, Aufbrechen des Kristallgitters vom Natrium und später die Bildung der NaCl Ionenbindung ist nicht aufgezeigt. In diesem Beispiel muss halt mehr reingesteckt werden als wie raus kommt.
Was fehlt ist, dass es eine exothermische Reaktion ist und mehr Wärme frei wird. Sieht man auch an dem Diagramm.

Hier der komplette Prozess

https://www.u-helmich.de/che/0809/04-Io ... ng-04.html
Sprit

Re: Warum bildet sich NaCl, wenn es 1,52 eV (eigentlich sogar 5.14 eV) Energie benötigt?

Beitrag von Sprit »

Danke, die Diagramme habe ich selber erstellt. Leider hilft mir die Betrachtungsweise der verlinkten Seite eben nicht - wie bereits in der Frage dargestellt. Der Born-Habert-Zyklus ist mir bereits bekannt.

Ich verstehe einfach nicht, wie ein Prozess, der am Ende stattfindet und Energie freisetzt (-780 kJ/mol), die Prozesse am Anfang energetisch "abdecken" kann, schließlich haben diese bereits stattgefunden und können daher nicht mehr von diesen -780 kJ/mol profitieren.
Nobby
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Re: Warum bildet sich NaCl, wenn es 1,52 eV (eigentlich sogar 5.14 eV) Energie benötigt?

Beitrag von Nobby »

Tun Sie ja auch nicht. Es ist doch nur eine Aufsummierung der Energien, der einzelnen Stufen, die rein gesteckt oder rausgekommen sind.

Genauso: Ich ich gebe 5,14 € aus, bekomme 3,62 € zurück, unterm Strich habe ich 1,52 € nur ausgegeben.
Ich weiß jetzt nicht was da unverständlich ist.
Sprit

Re: Warum bildet sich NaCl, wenn es 1,52 eV (eigentlich sogar 5.14 eV) Energie benötigt?

Beitrag von Sprit »

Warum wird dann gesagt die Aktivierungsenergie beträgt 1,52 eV und nicht 5,14 eV?
Nobby
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Re: Warum bildet sich NaCl, wenn es 1,52 eV (eigentlich sogar 5.14 eV) Energie benötigt?

Beitrag von Nobby »

Wo steht das explizit. Die Aktivierungsenergie ist 5,14 eV . Die Summe des Prozesses ist 1,52 eV

Hier nochmal ein Diagramm

https://www.chemiezauber.de/inhalt/basi ... ergie.html
Sprit

Re: Warum bildet sich NaCl, wenn es 1,52 eV (eigentlich sogar 5.14 eV) Energie benötigt?

Beitrag von Sprit »

Zum Beispiel hier:
Nobby
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Re: Warum bildet sich NaCl, wenn es 1,52 eV (eigentlich sogar 5.14 eV) Energie benötigt?

Beitrag von Nobby »

Der Link hat mit Aktivierungsenergie nichts zutun. Das Wort wird auch nicht verwendet. Im ganzen wird aber auch auf die Summe hingewiesen. Es braucht 1,52 eV Energie um den Transfer des Elektrons vom Natrium zum Chlor zu vollziehn, was ja auch stimmt.

Die Aussage in dem Youtube video halte ich für falsch. Er spricht von Aktivierungsenergie als die Summe der Energien.
Sprit

Re: Warum bildet sich NaCl, wenn es 1,52 eV (eigentlich sogar 5.14 eV) Energie benötigt?

Beitrag von Sprit »

Nobby hat geschrieben: 13.02. 2023 19:02 Der Link hat mit Aktivierungsenergie nichts zutun. Das Wort wird auch nicht verwendet. Im ganzen wird aber auch auf die Summe hingewiesen.

Den Akzent des Englisch in dem Youtube verstehe leider nicht.
Das führt an dieser Stelle dann leider zu nichts. Es gibt übrigens eine Untertitel Funktion...

Aber hier noch ein anderer Link: https://journals.aps.org/pr/abstract/10 ... 500%C2%B0K.
Activation energies varied from 0.3 to 1.5 ev for various peaks in the glow curve of NaCl between 150 and 500°K.
Was ja wohl deutlich entfernt von 5,14 eV ist. Außerdem ist in dem Video ja nicht nur Ton, sondern es Steht für E_a = 1,53eV (sogar umrandet).
Sprit

Re: Warum bildet sich NaCl, wenn es 1,52 eV (eigentlich sogar 5.14 eV) Energie benötigt?

Beitrag von Sprit »

Nobby hat geschrieben: 13.02. 2023 19:02 Die Aussage in dem Youtube video halte ich für falsch. Er spricht von Aktivierungsenergie als die Summe der Energien.
Das könnte natürlich sein ^^
Nobby
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Re: Warum bildet sich NaCl, wenn es 1,52 eV (eigentlich sogar 5.14 eV) Energie benötigt?

Beitrag von Nobby »

Definition der Aktivierungsenergie

Die Aktivierungsenergie (kurz EA) ist die Mindestenergie, die man zuführen muss, damit eine chemische Reaktion ablaufen kann. Die Aktivierungsenergie, oft mit EA abgekürzt, ist eine energetische Barriere oder eine Energiedifferenz, die bei einer chemischen Reaktion von den Reaktionspartnern (Reaktanden) überwunden werden muss, damit die Ausgangsstoffe (Edukte) miteinander reagieren können.

Also in einem Diagramm die Energie die man braucht um den Berg zu erklimmen. Also die 5,14 eV in dem besprochenen Beispiel.
Vermutlich ist der Begriff nicht eindeutig festgelegt oder verstanden auch von Dozenten nicht.
Sprit

Re: Warum bildet sich NaCl, wenn es 1,52 eV (eigentlich sogar 5.14 eV) Energie benötigt?

Beitrag von Sprit »

Macht denn der Satz auf http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hb ... Cl.html#c1 überhaupt Sinn?
This means that it takes only 1.52 eV of energy to donate one of the sodium electrons to chlorine


Auch wenn es hier nicht direkt um die Aktivierungsenergie geht wird ja behauptet das bloß 1,52eV ausreichen um das elektron rüberspringen zu lassen.

Doch auch hier müssten es ja eigentlich 5,14eV sein um Na + Cl -> Na(+) + e- + Cl zu erreichen und erst danach erfolgt exotherm Na(+) + Cl(-) & stark exotherm NaCl.
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Re: Warum bildet sich NaCl, wenn es 1,52 eV (eigentlich sogar 5.14 eV) Energie benötigt?

Beitrag von chemiewolf »

Sprit hat geschrieben: 13.02. 2023 19:50 Doch auch hier müssten es ja eigentlich 5,14eV sein um Na + Cl -> Na(+) + e- + Cl zu erreichen und erst danach erfolgt exotherm Na(+) + Cl(-) & stark exotherm NaCl.
ja, das ist richtig.
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Re: Warum bildet sich NaCl, wenn es 1,52 eV (eigentlich sogar 5.14 eV) Energie benötigt?

Beitrag von Nobby »

Genau, wie schon vorher gesagt, braucht man 5,14 eV um auf den Berg zu kommen (Aktivierungsenergie), erst danach geht es wieder bergab. Wobei mit den 1,52 eV die Sache ja auch noch nicht zu Ende ist. Es ist eh nur ein Ausschnitt herausgenommen.

Nochmal den ganzen Prozess

https://www.u-helmich.de/che/0809/04-Io ... ng-04.html

Wobei hier mit kJ und auf 1 mol gerechnet wird. Die eV beziehen sich nur auf 1 Atom bzw. Elektron.
Sprit

Re: Warum bildet sich NaCl, wenn es 1,52 eV (eigentlich sogar 5.14 eV) Energie benötigt?

Beitrag von Sprit »

Ich habe mir gerade nochmal die verlinkte Seite angeschaut und ganz zum Schluss wird gesagt:
Bei der gesamten Reaktion zwischen festem Natrium und gasförmigem Chlor werden also 411 kJ/mol freigesetzt, damit ist die Reaktion stark exotherm.


Doch gerade diese Formulierung bereitet mir Schwierigkeiten. "Freigesetzt" werden doch eigentlich 1143 kJ/mol. Dieses Aufrechnen von Energiebeträgen die zu völlig unterschiedlichen Zeitpunkten aufgebraucht und frei werden verstehe ich nicht.

Also mal als Beispiel: Ich habe ein Vakuum System, dort stecke ich nun 1xNa(s) und 1xCl2(s) hinein. Jetzt stecke ich Energie in mein System, und zwar genau 109kJ/mol+ 502kJ/mol + 121kJ/mol = 732kJ/mol. Diese 732kJ/mol muss ich also tatsächlich am Anfang selber aufbringen, danach beobachte ich wie mir das Systen 1143kJ/mol an die Umgebung zurückgibt. Also das sind alles getrennte Vorgänge. Warum sagt man dann das 411kJ/mol freigesetzt werden? Ich kann ja auch nicht sagen ich habe ein Glas Wasser getrunken, 5 Stunden später pinkel ich die hälfte aus und habe somit nur ½ Glas Wasser getrunken - auch wenn es Quantitativ stimmt geht damit ja die Information der zeitlichen Reihenfolge verloren und spiegelt somit nicht mehr wieder was eigentlich wann passiert ist.
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