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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:

Δ R G m = Δ R H m T Δ R S m 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:

Δ r G m < 0


Wenn eine Reaktion nur durch ständige Energiezufuhr verlaufen kann, nennt man solche Reaktionen endergonische Reaktionen. Die freie Reaktionsenthalpie ist dann:

Δ r G m > 0


Mögliche Fälle:

1. Δ H < 0 und Δ S > 0
Die Reaktion läuft exergonisch ab.

Beispiel: Verbrennung von Pentan

C 5 H 12 ( l ) + 8 O 2 ( g ) 5 CO 2 ( g ) + 6 H 2 O ( g ) Δ r G m = 3336 kJ mol


2. Δ H > 0 und Δ S < 0
Die Reaktion läuft endergonisch ab.

Beispiel: Bildung von Ozon

3 O 2 ( g ) 2 O 3 ( g ) Δ r G m = 327 kJ mol


3. Δ H > 0 und Δ S > 0
Es hängt von der Temperatur ab, ob die Reaktion exergonisch oder endergonisch verläuft.

Beispiel: Erzeugung von Wassergas (Reduktion von Wasserstoff mit Kohlenstoff)

H 2 O + C CO + H 2


Bei einer Temperatur von 298 K läuft die Reaktion endergonisch ab:

Δ r G m = 92 kJ mol


Bei einer Temperatur von 1000 K läuft die Reaktion exergonisch ab:

Δ r G m = 3 kJ mol


4. Δ H < 0 und Δ S < 0


Es hängt von der Temperatur ab ob die Reaktion exergonisch oder endergonisch verläuft.

Beispiel: Reaktion von Stickstoffdioxid zu Distickstofftetraoxid

2 NO 2 N 2 O 4


Bei einer Temperatur von 298 K läuft die Reaktion exergonisch ab:

Δ r G m = 5 kJ mol


Bei einer Temperatur von 400 K läuft die Reaktion endergonisch ab:

Δ r G M = 13 kJ mol

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:

Δ R G m 0 = Σ Δ f G m 0 ( Produkte ) Σ Δ f G m 0 ( Edukte )


Beispielrechnung in der Hausaufgabe!

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