Als nächstes betrachten wir die Reaktionsentropie. Diese bestimmen wir ähnlich zur Enthalpie und definieren sie als:
„S null i“ ist die jeweilige Entropie der Reinstoffe. Zur Erinnerung: Nüh ist bei Produkten immer positiv und bei Edukten negativ. Praktisch gesehen heißt das, dass wir durch die Produkte Entropie hinzugewinnen, durch die Edukte hingegen verlieren. Wenn wir uns das überlegen ist das auch logisch, da die Edukte „verschwinden“ und die Produkte „erscheinen“.
Nun ist „s Null i“ nicht unter Standardbedingungen definiert. Deshalb bestimmen wir diese Entropie, indem wir die Änderungen im Vergleich zu den Standardbedingungen verwenden:
Die Null im Exponenten heißt, dass wir bei Standardbedingungen sind. Damit können wir uns wieder die freie Reaktionsenthalpie bestimmen. Setzen wir die Formel für die freie Enthalpie bei Reinstoffen ein, ergibt sich:
Betrachten wir die Summe nun etwas genauer. Zuerst trennen wir den hinteren Term auf. Du erkennst sicher, dass wir jetzt genau die Standardbildungsenthalpie beziehungsweise -entropie betrachten. Damit ergibt sich:
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Freie ReaktionsenthalpieJetzt kannst du ganz einfach feststellen, ob das Lagerfeuer exotherm oder endotherm ist: Du spürst die Wärme, die das Lagerfeuer ausstrahlt. Damit ist die Reaktion exotherm. So kannst du direkt erkennen, dass die Reaktionsenthalpie kleiner Null sein muss. Mit der Wärmeabgabe kannst du so also die Reaktionsenthalpie des Feuers bestimmen. Viel Spaß und bis bald!
Prinzipiell gibt es zwei unterschiedliche Voraussetzungen, unter denen chemische Reaktionen ablaufen:
- Bei Reaktionen unter isochoren Bedingungen, also bei konstantem Volumen (V) wird die Änderung der Inneren Energie als Reaktionswärme QVbezeichnet.
ΔrU = QV
Beispiele:- Reaktionen in einem Druckbehälter, in dem Gase an der Reaktion beteiligt sind. So kann ein bei einer Reaktion entstehendes Gas in einem Druckbehälter keine Volumenänderung herbeiführen.
- Reaktionen von Feststoffen, die zu keiner Volumenänderung führen.
- Lösevorgänge. So ist die Volumenänderung beim Lösen eines Salzes so gering, dass sie vernachlässigt werden kann.
- Bei Reaktionen unter isobaren Bedingungen, also bei konstantem Druck (p), muss die Volumenarbeit berücksichtigt werden, die ein entstehendes Gas verrichten kann.
ΔrU = Qp - p ⋅ ΔV
Die Zustandgrößen U, p und V werden zu einer neuen Zustandsgröße zusammengefasst: der Enthalpie H.
Qp = H = U + p ⋅ V
In solchen Fällen sollte man bei der Reaktionsenergie nicht von Reaktionswärme sprechen, sondern eben von der Enthalpie.
Beispiele:
- Alle Reaktionen in offenen Systemen (z.B. offenes Reagenzglas). Die Druckänderung in unserer Atmosphäre durch das Entstehen eines Gases bei einer Reaktion in einem Reagenzglas kann vernachlässigt werden ;)
- Reaktionen in geschlossenen Systemen, bei denen der Druck konstant gehalten wird (siehe auch nächste Seite).
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am 20. August 2011.
Der sogenannte 1. Hauptsatz der Thermodynamik kann unterschiedlich formuliert werden, wobei sich im Folgenden eine Aussage aus der anderen ergibt:
- Energie kann von einer Energieart in andere umgewandelt werden. Sie kann aber weder erzeugt noch vernichtet werden.
- Ein Perpetuum mobile erster Art ist unmöglich.
(Perpetuum mobile: lat.= dauernd beweglich, d.h., die Maschine kommt von selbst niemals zum Stillstand, da sie ohne Zufuhr von Energie in jeglicher Form oder Arbeit oder energiereicher Materie funktioniert)
- Die Innere Energie eines abgeschlossenen Systems ist konstant.
- Die Änderung der Inneren Energie ist gleich der Summe aus zugeführter Arbeit und zugeführter Wärme.
ΔU = W + Q
wobei die Abeit W sich aus dem Druck und der Volumenänderung zusammensetzt:
W = -p ⋅ ΔV
Dies erinnert an das Gesetz von der Erhaltung der MasseLex. Was für die Masse gilt, gilt also auch für die Energie.
Wenn umgangssprachlich von Energieverlust gesprochen wird, so meint man eigentlich den Teil der Energie, der nicht in die gewünschte Energieart umgewandelt worden ist.