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Die Thermodynamik unterscheidet drei energeti-
sche Größen, die zueinander in funktionaler Be-
ziehung stehen:
K
c
= Gleichgewichtskonstante der
Reaktion (1),
c
(A)…
c
(D) = Konzentration der Reaktionspart-
ner im Gleichgewicht (mol/l),
G = H - T · S
Gl. 136
Δ
G
R
= Standard-GIBBS-Reaktionsener-
gie (J/mol),
G
=
molare freie Enthalpie, auch GIBBS-En-
thalpie genannt: Für eine Reaktion frei
verfügbares Energiepotenzial eines Stof-
fes, reaktionstreibende Kraft (J/mol),
R
= universelle Gaskonstante = 8,314
(J/(mol·K)),
T
= absolute Temperatur (K).
H
=
molare Enthalpie: Der gesamte innere
Energieinhalt eines Stoffes zuzüglich des
Energieproduktes aus Druck und Volu-
men (J/mol),
Ist eine chemische Reaktion reversibel:
A + B
i
C + D,
T
=
absolute Temperatur (K),
so ist das Gleichgewicht der Reaktion nach rechts
verschoben (exergonisch), wenn
S
=
molare Entropie: Nicht frei verfügbarer,
d.h. nicht in Reaktionsenergie umsetz-
barer Energieanteil desselben Stoffes
(J/(mol·K)).
Δ
G
< 0:
A + B
→
C + D,
und nach links (endergonisch), wenn
Δ
G
> 0:
In jedem thermodynamischen System gibt es drei
mögliche variable „Zustandsgrößen“: Druck
p
,
Temperatur
T
und Volumen
V
. Vereinfachend
werden zur Darstellung von Stoffenergiesyste-
men jeweils meist nur zwei Variable verwandt,
während die dritte konstant bleibt: Bei konstanter
Temperatur wird von isothermen, bei konstan-
tem Druck von isobaren und bei konstantem Vo-
lumen von isochoren Systemen gesprochen.
Ebenfalls vereinfachend wird vorausgesetzt,
dass bei Prozessen geschlossene Systeme vorlie-
gen und daher
„thermodynamische Gleichge-
wichte“
erreicht oder nahezu erreicht werden.
In chemischen Reaktionen haben die Reakti-
onspartner bestimmte Energieinhalte und stre-
ben entsprechend den jeweils vorliegenden Zu-
standsgrößen (
p
,
T
) thermodynamische Gleich-
gewichte an, wobei sich - sofern diese Prozesse
reversibel sind - neue Gleichgewichte einstellen.
Daher sind nicht die Absolutwerte der Energien
zu betrachten, sondern deren Änderungen wäh-
rend einer Reaktion.
Die Gleichgewichtslage der Reaktionen zwi-
schen den Konzentrationen der Reaktionspartner
ergibt sich aus der
B
OLTZMANN
-Verteilung
(L
UDWIG
B
OLTZMANN
, österreichischer Physiker;
1844-1906):
A + B
←
C + D.
Die Differenz
G
R
der Freien Enthalpie
G
bei Re-
aktionen wird gemäß dem zweiten Hauptsatz
und bei konstantem Druck durch drei Kompo-
nenten bestimmt:
Δ
GUp VTS
R
Gl. 138
R
m
R
Δ
G
R
=
Differenz der Freien Enthalpien der
einzelnen Reaktionspartner (J/mol),
Δ
U
R
=
Differenz der molaren Bindungsener-
gien der einzelnen Reaktionspartner
(J/mol),
=Druck (N/m
2
),
p
Volumenänderung (m
3
/mol),
Δ
V
m
=
T
=
absolute Temperatur (K),
Δ
S
R
=
Differenz der molaren Entropien
der einzelnen Reaktionspartner
(J/(mol · K)).
Δ
U
R
ist die Differenz (
U
1
-
U
2
) der molaren Bin-
dungsenergien zwischen den Reaktionspartnern
auf der linken (
U
1
) und der rechten Seite (
U
2
)
obiger (allgemeiner) Reaktionsgleichung.
p
·
V
m
ist die Volumenarbeit durch die Reaktion auf-
grund struktureller Unterschiede der Moleküle.
Die Summe von
Δ
G
RT
R
Δ
U
R
und
p
·
Δ
V
m
ergibt die Ent-
c
() ()
() ()
CD
AB
c
Gl. 137
K
e
c
halpieänderung
H
< 0, liegt eine
exotherme Reaktion
(Prozesse, die
Δ
H
der Reaktionspartner. Ist
Δ
c
c
