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Die Thermodynamik beschäftigt sich mit Eigenschaften von thermodynamischen Systemen. Es werden Änderungen durch einen Energieaustausch oder die Umwandlung verschiedener Energieformen betrachtet.
Thermodynamische Systeme
Du kannst zwischen einem offenen, geschlossenen und isolierten System unterscheiden.
Ein offenes System kann mit seiner Umgebung Energie und Materie austauschen.
Ein geschlossenes System kann mit seiner Umgebung Energie, aber keine Materie austauschen.
Ein isoliertes oder abgeschlossenes System kann mit seiner Umgebung weder Energie noch Materie austauschen.
Enthalpie
Die Enthalpie ist ein Maß für die Energie eines thermodynamischen Systems. Sie kann in Form von Wärme oder in mechanischer Energie vorliegen.
Die Formel sieht so aus:
Dabei entspricht...
- H = Enthalpie
- U = innere Energie
- p = Druck
- V = Volumen
Standardbildungsenthalpie
Die Standardbildungsenthalpie
Reaktionsenthalpie
Die Reaktionsenthalpie
Die Reaktionsenthalpie lässt sich aus den einzelnen Standardbildungsenthalpien der Produke und Edukte berechnen.
Falls die Reaktionsenthalpie negativ ist, handelt es sich um eine exotherme Reaktion. Das heißt, es wird Wärme frei.
Falls die Reaktionsenthalpie positiv ist, handelt es sich um eine endotherme Reaktion. Das heißt, es wird Wärme verbraucht.
Satz von Hess
Der Satz von Hess besagt, dass die Enthalpieaufnahme/-abgabe bei chemischen Reaktionen unabhängig von dem Reaktionsweg ist.
Das heißt es ist egal, ob deine Reaktion über eine Zwischenstufe verläuft oder nicht. Zur Berechnung brauchst du deshalb nur die Edukte und Produkte der Gesamtreaktion.
Das siehst du auch in diesem Diagramm zur Herstellung von Kohlenstoffdioxid:
Entropie
Einfach gesagt ist die Entropie ein Maß für die Unordnung von Stoffen.
Ein Beispiel ist das Lösen von Salzen. Salze sind als Feststoff geordnete Kristalle. Beim Lösen in Wasser verteilen sich die Ionen. Die geordnete Struktur ändert sich in eine ungeordnete. Die Entropie steigt.
Die Entropie hängt von der Temperatur ab. Je höher die Temperatur, desto höher ist auch die Entropie.
Reaktionsentropie
Die Reaktionsentropie einer Reaktion lässt sich berechnen als:
Das S steht dabei für die Standardentropie.
Gibbs-Helmholtz-Gleichung
Über die Gibbs-Helmholtz-Gleichung kannst du bestimmen, ob eine Reaktion spontan abläuft oder nicht.
Die Gibbs-Helmholtz-Gleichung lautet:
Dabei entspricht ...
Wichtig zu beachten ist, dass die Temperatur T immer in Kelvin [K] angegeben werden muss.
- Die Reaktion kann freiwillig ablaufen. Das nennt man exergonisch.
- Die Reaktion läuft nicht freiwillig ab. Das nennt man endergonisch.
- Die Reaktion befindet sich in einem chemischen Gleichgewicht. Die Hin- und Rückreaktion laufen gleich schnell ab.
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