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unter Abgabe von Wärmeenergie ablaufen),
H
> 0 eine
endotherme Reaktion
(Prozesse, die un-
ter Aufnahme von Wärmeenergie aus der Umge-
bung ablaufen) vor. Allgemein gilt also für
Gleichgewichtslagen chemischer Reaktionen:
Δ
und deren Verbindungen) die geringste, die insta-
bilste die meiste freie Energie. Die freie Bildungs-
enthalpie D
Bildung
G
° der Stoffe wird bei konstan-
tem Druck und konstanter Temperatur in kJ/mol
angegeben (häufig bei Standard-Bedingungen
von
p
= 1 013,24 hPa und
= 25 °C; SATP = Stan-
dard Ambient Temperature and Pressure) (Tab.
46).
Gleichgewichte chemischer Reaktionen sind
durch stoffspezifische Konstanten festgelegt, z.B.
durch Dissoziationskonstanten, Löslichkeitspro-
dukte oder Bildungskonstanten komplexer Ver-
bindungen. Gleichgewichte einer Reaktion, fest-
gelegt durch Konstanten, haben thermodyna-
misch freie Enthalpien, von ihnen hängt somit
auch die Bildungsenergie (Wärmetönung) der
Reaktion ab. Unter Standardbedingungen gilt all-
gemein:
ϑ
GHTS
Gl. 139
Δ
G
=
Differenz der Freien Enthalpien der
einzelnen Reaktionspartner (J/mol),
Δ
H
=
Differenz der molaren Enthalpien der
einzelnen Reaktionspartner (J/mol),
T
=
absolute Temperatur (K),
Δ
S
=
Differenz der molaren Entropien der
einzelnen Reaktionspartner
(J/(mol·K)).
Zum Zeitpunkt des thermodynamischen Gleich-
gewichts wird bei Konstanz von Druck und Tem-
peratur die freie Energie
G
Null (
3
G
= 0). Aus
dem 2. Hauptsatz ergibt sich, dass nur dann eine
Reaktion ablaufen kann, wenn ein Energiegefälle
zwischen den Reaktionspartnern vorhanden ist.
Daraus folgt, dass Reaktionen (nur) solange ab-
laufen, wie thermodynamische Energiegefälle be-
stehen. Ist der Ausgleich erfolgt, hat sich das ther-
modynamische Gleichgewicht des Systems einge-
stellt, in dem dann keine Reaktionen mehr ablau-
fen. Für den freiwilligen Ablauf einer Reaktion
muss also die (gesamte) Enthalpie der Reaktions-
produkte eines Systems geringer als die der betei-
ligten Reaktionsteilnehmer (vor Beginn der Re-
aktion) sein, weil sonst eine Reaktion nicht erfol-
gen kann; und der Ablauf wird um so spontaner
sein, je größer die Energiedifferenz ist.
Allgemein gilt für die Änderung der freien Re-
aktionsenthalpie während einer Reaktion:
Δ
GR T
ln
K
571
,
10 (J/mol)
lg
K
298
Gl. 140
Δ
G
298
=
Änderung der freien Reaktionsenthal-
pie (J/mol),
R
=
universelle Gaskonstante =
8,314 J/(mol·K),
T
=
absolute Temperatur (K) (hier T =
298 K bzw.
ϑ =
25 °C),
K
=
Gleichgewichtskonstante (1).
Die Geschwindigkeit einer thermodynamischen
Reaktion hängt bei nicht spontan ablaufenden
Reaktionen von der Konzentration, der Tempera-
tur und der molekularen Ordnung der Reakti-
onspartner ab. Da diese Größen unterschiedlich
verteilt sind, laufen die jeweiligen chemischen Re-
aktionen unterschiedlich schnell ab.
In wässrigen Lösungen sind alle Gleichge-
wichtskonstanten der Löslichkeit und dann auch
des Transports temperatur- und druckabhängig;
die Druckabhängigkeit bleibt dabei weitgehend
auf Gase beschränkt. Unter Gleichgewichtskon-
stanten sind nicht nur stoffspezifische Löslichkei-
ten, sondern auch solche elektrochemischer Po-
tenziale (pH- und
E
H
-Wert) oder des Kalk-Koh-
lensäure-Gleichgewichts zu verstehen. Alle che-
mischen Reaktionen im (Grund-) Wasser sind
daher als thermodynamische Systeme zu sehen,
deren Gleichgewichte den jeweiligen Bildungs-
energien der Reaktionspartner entsprechen. Än-
derungen der Druck-Temperatur-Bedingungen
(
G
)
G
Reaktion
Bildung
Reaktionsprodukte
G
Bildung
Ausgangsstoff
e
HT S
.
(Gl. 139)
Δ
G
Reaktion
(unter
Standardbedingungen:
Δ
G
°
Reaktion
) stellt die treibende Kraft der Reaktion
dar und wird deshalb als thermodynamisches
Potenzial oder (meistens) als
G
IBBS
-Enthalpie
(J
OSIAH
W
ILLARD
G
IBBS
, US-amerikanischer Phy-
siker; 1839-1903) bezeichnet. Naturgemäß ent-
hält die stabilste Phase eines Systems (Elemente
