Freie Enthalpie
Wir hatten festgestellt, dass die Enthalpie und die Entropie zusammen bestimmen,
ob Reaktionen spontan ablaufen. Es liegt daher nah eine Funktion zu definieren,
die beide Größen enthält. Das tat der Physiker Gibbs 1873. Er nannte diese Funktion
freie Enthalpie
und deren Änderung bei chemischen Reaktionen lässt sich folgendermaßen
berechnen:
Gibbs-Helmholtz-Gleichung
molare freie Reaktionsenthalpie
Wenn eine Reaktion mit Aktivierungsenergie oder ohne Energiezufuhr
verläuft, nennt man solche Reaktionen exergonische Reaktionen.
Die freie Reaktionsenthalpie ist dann:
Wenn eine Reaktion nur durch ständige Energiezufuhr verlaufen kann,
nennt man solche Reaktionen endergonische Reaktionen.
Die freie Reaktionsenthalpie ist dann:
Mögliche Fälle:
1.
Die Reaktion läuft exergonisch ab.
Beispiel: Verbrennung von Pentan
2.
Die Reaktion läuft endergonisch ab.
Beispiel: Bildung von Ozon
3.
Es hängt von der Temperatur ab,
ob die Reaktion exergonisch oder endergonisch verläuft.
Beispiel: Erzeugung von Wassergas (Reduktion von Wasserstoff mit Kohlenstoff)
Bei einer Temperatur von 298 K läuft die Reaktion endergonisch ab:
Bei einer Temperatur von 1000 K läuft die Reaktion exergonisch ab:
4.
Es hängt von der Temperatur ab ob die Reaktion exergonisch
oder endergonisch verläuft.
Beispiel: Reaktion von Stickstoffdioxid zu Distickstofftetraoxid
Bei einer Temperatur von 298 K läuft die Reaktion exergonisch ab:
Bei einer Temperatur von 400 K läuft die Reaktion endergonisch ab:
Alternative Berechnungsmethode der Reaktionsenthalpie
Die molare freie Reaktionsenthalpie lässt sich oft nur schwer
mit der Gibbs-Helmholtz-Gleichung berechnen, deshalb hat man molare
freie Standard-Bildungsenthalpien gemessen und deren Werte tabelliert.
Damit kann kann dann die molare freie Standard-Reaktionsenthalpie
berechnet werden:
Beispielrechnung in der Hausaufgabe!