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Zustandsgrößen in der physikalischen Chemie

Allgemeines:
Die Thermodynamik - auch Wärmelehre bezeichnet - beschäftigt sich mit der Möglichkeit, der Umverteilung von verschiedenen Energieformen und der Beschreibung von Systemen. Im Bereich der Thermodynamik werden makroskopische Zustandsgrößen (Druck, Temperatur, Stoffmenge ..) verwendet, im Gegensatz zur Quantenchemie, wo mikroskopische Zustandsgrößen verwendet werden.
 

Zustandsgrößen in der physikalischen Chemie:
Die Zustandsgrößen in der Thermodynamik sollen dazu dienen, ein System exakt zu beschreiben. Zu den (makroskopischen) Zustandsgrößen gehören der Druck p, Temperatur T, Volumen V und die Stoffmenge n. Oft hört man die Frage, wie viele Variablen benötigt werden, um ein System zu beschreiben. Auf diese Frage gibt es nur eine unbefriedigende Antwort, nämlich, die Anzahl an benötigten Zustandsgrößen ist anhängig vom System (ein ideales Gas p·V = n·R·T benötigt drei Variablen um eindeutig beschrieben werden zu können). 

Leider wird es noch ein wenig komplizierter, da die Zustandsgrößen noch in intensive und extensive Zustandsgrößen unterschieden werden. Dies kommt daher, dass es zwei Arten von Zustandsgrößen gibt:, Zustandsgrößen, die von der Größe des Systems unabhängig sind und Größen, die systemabhängig sind. Dabei gilt, dass die extensiven Größen mengenabhängig sind, die intensiven nicht.

  • intensive Zustandsgrößen sind z.B. Druck und Temperatur.
  • extensive Zustandsgrößen sind z.B. Volumen und Teilchenzahl.
Beispiel: Gibt man zu einem Liter Wasser nochmals einen Liter Wasser (die Temperatur des Wassers ist in beiden Fällen gleich), so verdoppelt sich das Volumen (extensive Größe), die Temperatur bleibt aber gleich (intensive Größe).
 

Warum Einteilung in intensive und extensive Größen?
Für Berechnungen mit Zustandsgrößen ist es von Bedeutung, ob eine intensive oder extensive Größe vorliegt. So gilt, dass der Betrag von extensiven Größen sich für Teilsysteme addieren lassen (z.B. Volumen in obigen Beispiel), bei intensiven Größen wie Druck und Temperatur ist dies nicht möglich.
Zusätzlich gilt: teilt man eine extensive Größe durch die Stoffmenge, so erhält man eine intensive Größe. Diese ist beispielsweise beim Volumen eines Gases mgölich, so ist Volumen geteilt durch die Stoffmenge das sogenannte Molvolumen.

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