Chemische Prozesse werden durch Energie oder meistens durch Enthalpie
Die
folgende Präsentation illustriert die
angetrieben. Eine Reaktion findet statt, wenn die Enthalpie H dabei verringert
wird, das heißt, wenn
die Differenz
Enthalpie
– Enthalpie
Teilkapitel
5.2
bis 5.4.
aus dem
Buch negativ ist.
„Chemie verstehen“ (Wawra/Dolznig/Müllner).
(nachher)
DH =
SH
(vorher)
SH
Da die Texte teilweise übereinander gelegt
sind, muss man im Power-Point auf
Ein Ball rollt freiwillig immer hinunter, nie hinauf:
Enthalpie ? ? ? ?
Bildschirm-Präsentationen schalten, um alle
Texte und Animationen sehen
können.
---- 2mzuvorher
Produkte
-
Wieso nicht Energie ? ? ? ? ?
Viel Vergnügen.
Was ist der Unterschied
?
Substrate
? ? ? DHöhe
= 0.5m – 2m
= negativ !
Edgar Wawra
nachher
0.5m ----
Beides, innere Energie und
Enthalpie sind Formen von
Energie!
100°C
DU
Innere
Energie
100°C
99°C
Sie wollen
eine Flasche
Wein erhitzen, um
Der
Unterschied
ist
Den Unterschied
auch
Glühweinkönnte
darausman
zu machen.
Also Dv
100°C
erkennen,
wenn
man
die
geschlossene
gering
bei
Dassehr
ist
allerdings
ungewöhnliche
erhitzen
wir eine
die
Flasche
bis sie 100°C hat,
Flasche
–damit
von Vernünftiger
vorher
öffnet.
Methode.
wäre es,
Wein
haben –wir
Energie
– inden
Form
von
Flüssigkeiten,
(Aufpassen,
heiß,–zu
sie
hat immer
noch
in einen
Topf
leeren
und offen
Wärme
hineingesteckt,
diezu
innere
aber
groß
bei
Gasen!
100°C,
und
steht
jetzt
unter
erhöhtem
erhitzen.
Dann
dehnt
sich
derhat
Wein
beimDH = DU + p.Dv
Energie
DU
der
Flasche
zugenommen.
Druck.)
Dannaber
wirdaus,
sichdabei
der Wein
Erhitzen
musssofort
die
Enthalpie
v Volumsvermehrung
= konstant
ausdehnen,
und er benötigt
dazu
DV gegen
den äußeren
Energie,
Wein wird
bei mehr
psich
=daher
konstant
Druckder
p erfolgen,
das
braucht
daher
dieser
Ausdehnung
etwas abkühlen.
Energie.
Diese höhere
Gesamtenergie
Dvnennt man Enthalpie DH.
Druck
Im normalen Leben haben wir meistens
offene Systeme unter konstantem Druck,
daher sollten wir den Ausdruck Enthalpie
verwenden.
Es gibt jedoch neben Energie noch eine zweite
Größe, die die Richtung einer Reaktion beeinflusst:
Entropie
niedrig
Ordnung
hoch
Unordnung
Geht freiwillig
immer nur in
Information eine Richtung !!!Desinformation
niedrige Wahrscheinlichkeit hohe
Im Gegensatz zu Enthalpie, die ein Minimum
erreichen will, strebt Entropie in Richtung
Maximum, will also immer größer werden.
Entropie
niedrig
hoch
Geht freiwillig
immer nur in
eine Richtung !!!
Der
Dabei
UmGrund:
Ihre
gabHaare
es
ganz
keine
wieder
wenige,
Änderung
ingeordnete
Formder
zuEnergie,
bringen
Zustände
nichts
müssen
konkurrieren
würde
Sie
Ein
anderes
Beispiel:
Aber,
nachdem
Sie
imMuskelarbeit
Bett
waren,
Ihre
am
Die
Entropie
Ihrer
Haare
hat
– ganz–sind
von
selbst
–gehen,
mit
dagegen
Energie
einer
–sprechen,
enormen
in Form
von
Anzahl
dass
Sie
ungeordneter.
ungekämmt
investieren,
schlafen
Es
istHaare
praktisch
Sie
habenMorgen
sich am in
Abend
besonders schön gekämmt:
nächsten
Unordnung!
zugenommen.
ausgeschlossen,
und
während
am nächsten
Sie sich
dass
Morgen
kämmen.
von selbst
mit perfekter
– durch Zufall
Frisur–erwachen.
ein
geordneter
Doch die Entropie
Zustandlässt
entsteht.
das nicht zu.
Entropie
niedrig
hoch
Und Ihre Haare sind umso mehr in Unordnung, je mehr Sie
sich im Bett bewegt haben. Das entspricht auf molekularer
Basis der Bewegung der Moleküle = der Wärme. Die
Entropie S ist umso mächtiger, je höher die Temperatur ist.
Entropie multipliziert mit der Temperatur hat die
Dimension einer Energie.
Entropie geht in die andere Richtung
als Enthalpie, daher das Minus
Deshalb wird die Änderung
DG = … und
DH
T.
DS
der Entropie
mit der
Das ergibt eine neue Größe, die Enthalpie gekoppelt
freie Enthalpie
wird in schlampigen
Übersetzungen aus dem
Englischen häufig auch als
freie Energie bezeichnet.
mit der Temperatur
(in Kelvin !!!) multipliziert
Spontan
S
will steigen
G
will sinken
-T. S
H
will sinken
DG = DH
will sinken
- T. DS
Das Minus
dreht die
Richtung um
Eine chemische Reaktion verläuft nur so lange, als G
sinkt, und endet wenn G sein Minimum erreicht hat.
Die Reaktion kann entweder durch eine Abnahme von H,
oder durch eine Zunahme von S angetrieben werden.
Das soll eine ganz einfache Gleichung zeigen:
H
A
rein
rein
Mischung
S
rein
B
rein
A
B
WirEnthalpie
machen jetzt
Diagramm
des
Die
gehtein
in einer
Geraden
Reaktionsverlaufes, ganz links ist nur A,
von A nach B.
nach rechts nimmt A ab und B wird
mehr, bis ganz rechts nur reines B
steht.
Die Ordinate zeigt uns nacheinander
die
vonhat
H,das
S und
G.
Die Werte
Entropie
Maximum
in der
Mischung und zeigt Minima bei reinem
A oder reinem B.
A
B
Mischung
Die freie Enthalpie ist die Kombination
beider, mit dem tiefsten Punkt zwischen
Wir Addition
Und
Die
können
jetzt ziehen
jetzt
aus wir
beiden
die die
Enthalpie
Entropie
ergibt die
reinem A und reinem B,
herunterziehen.
herunter,
freie
Enthalpie.
drehen sie aber um
aber
dem – energieärmeren – B.
(weilnäher
minus):
GA
B
An diesem Punkt ist das chemische
Gleichgewicht erreicht, hier gilt das
Massenwirkungsgesetz.
Das soll eine ganz einfache Gleichung zeigen:
A
Ende der Präsentation
Jede beliebige Mischung
von beiden Seiten
G
A
wird diesen Punkt erreichen wollen.
B
An diesem Punkt ist das chemische
Gleichgewicht erreicht, hier gilt das
Massenwirkungsgesetz.
B