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Der Airbag
AFB I–IIIn vielen Airbags entsteht das Füllgas durch die Zersetzung von Natriumazid: \(\ce{2 NaN3(s) -> 2 Na(s) + 3 N2(g)}\). Ein Zündsignal löst die Reaktion aus; innerhalb von etwa 30 ms füllt der Stickstoff den Luftsack. Das entstehende Natrium wird durch Zusätze gebunden. Für die Rechnung wird angenommen, dass das Gas nach dem Befüllen 25 °C hat und gegen den äußeren Luftdruck von 1013 hPa expandiert.
M1Daten zur Airbag-Füllung
| Größe | Wert |
|---|---|
| Masse Natriumazid | 65,0 g |
| molare Masse \(M(\ce{NaN3})\) | \(65{,}01\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\) |
| abgegebene Wärme je Mol \(\ce{NaN3}\) | 21,7 kJ |
| molares Gasvolumen (25 °C, 1013 hPa) | \(24{,}5\,\mathrm{L\,mol^{-1}}\) |
- Geben Sie für die Zersetzung die Vorzeichen von \(Q\) und \(W\) aus Sicht des Systems an.
- Berechnen Sie das Volumen des entstehenden Stickstoffs.
- Ermitteln Sie die Volumenarbeit \(W\) und die Änderung der inneren Energie \(\Delta U\) des Systems.
- Erläutern Sie, warum die innere Energie des Systems stärker abnimmt, als es die abgegebene Wärme allein anzeigt.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Wärme verlässt das System; das Gas schiebt die Luft beiseite.
Hinweis zu Aufgabe b)
Aus 2 mol \(\ce{NaN3}\) entstehen 3 mol \(\ce{N2}\).
Hinweis zu Aufgabe c)
\(W = -p\cdot\Delta V\) (Pa und m³), dann \(\Delta U = Q + W\).Ermitteln: Lösungsweg angeben und Ergebnis formulieren.
Hinweis zu Aufgabe d)
Beide Energieströme haben dieselbe Richtung.