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Die chemische Exergie E chem
Die chemische Energie hat ihre Ursache in der Bindungsenergie von Molekülen ,dieaus
Atomen aufgebaut sind. Im Prinzip ist dies eine spezielle Form der elektrischen Energie,
denn ohnedie Existenz vongeladenen Elektronen undgeladenen Atomkernen würde diese
Energie nicht existieren. Aber auch der Atomkern ist ein aus den Nukleonen aufgebautes
System, die dabei autretenden Bindungsenergien sind die Ursache für die Kernenergie .
Allerdings sind die nuklearen Bindungsenergie um drei Größenordnungen höher als die
molekularen Bindungsenergie, und das vereinfacht die Behandlung der Kernenergie 3 .Die
Behandlung der chemischen Energie ist weitaus komplizierter, denn sie tritt erst dann in
Erscheinung, wenn sich in chemischen Reaktionen Atome zu Molekülen oder Moleküle
zu Molekülen verbinden. Dabei spielen eine Vielzahl von Prozessen eine Rolle, insbeson-
dere Phasenübergänge zwischen den verschiedenen Aggregatzuständen der Reaktanden,
ihre Mischung und ihre Diffusion in die Umgebung. Die Analyse dieser Prozesse geschieht
mithilfe des 1. Hauptsatzes der hermodynamik , angewendet auf die Gegebenheiten der
Abb. 2.1 :
−Δ U = W f + W + Q .
(2.14)
Alle Größen auf der rechten Seite von ( 2.14 ) bezeichnen die Energien, die bei der Ener-
giewandlung entweder als erwünschte Energie ( W f )oderalsnichterwünschteEnergien
( W +
Q ) abgegeben werden, wobei die innere Energie U des Wandlungssystemabnimmt.
Daher ist Δ U
, aber da alle Energien auf der rechten Seite von ( 2.14 ) positiv sind, muss
auf der linken Seite von ( 2.14 ) ein negatives Vorzeichen stehen. Damit ergibt sich die nutz-
bare Energie W f (die wir bisher als erwünschte Energie bezeichnet hatten) zu
<
W
Q .
W f =−
Δ U
(2.15)
Wir nehmen an, dass der Wandlungsprozess vollständig ist, das heißt, nach der Wandlung
befindetsichdaswandelndeSystemimthermodynamischenGleichgewichtmitseiner Um-
gebung , die durch einen Index 0 gekennzeichnet ist. Daher ist die Änderung der inneren
Energie
U .
Die an die Umgebung abgegebene Energie W entsteht dadurch, dass sich bei der che-
mischen Reaktion das Volumen der Reaktanden verändern kann, weil sich entweder ihre
Anzahl verändert oder sie in einen anderen Aggregatzustand wechseln. Dann muss Arbeit
gegen den Umgebungsdruck P verrichtet werden:
Δ U
=
U
U
<
a U
>
W =
P (
V
V
)
wobei
V
V oder V
V .
Die an die Umgebung abgegebene Wärme Q ist mit der Entropieänderung der Umgebung
Δ S verknüpt, die ihrerseits mit der Änderung der Gesamtentropie Δ S tot nach ( 2.8 ) ver-
3 Das hema Kernenergie ist mit Vorurteilen besonders belastet, eine ausführliche Darstellung der
physikalischen Grundlagen wird daher auf den Abschn. 5.2 verschoben.
 
 
 
 
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