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Systeme (offenes oder geschlossenes)

Systeme in der Chemie

Immer wieder taucht die Frage auf, warum bei chemischen Reaktionen bekannt sein sollte, wie die Reaktion mit ihrer Umgebung in Kontakt steht (beziehungsweise in welchem "System / Reaktionsraum" findet die Reaktion statt).

Warum ist die Antwort auf diese Frage so wichtig:

Betrachten wir uns hierzu folgende Reaktion: Wir verbrennen in einem (offenen) Glasgefäß ein Stück Holz (mit einer bestimmten Masse). Nach der Reaktion bleibt Asche als sichtbares Reaktionsprodukt übrig. Beim Bestimmen der Masse der Asche stellen wir fest, dass diese Masse deutlich geringer ist, als die Masse des ursprünglichen Holzes. Das offene Glasgefäß mit der Asche hat insgesamt eine geringere Masse, als das Glasgefäß mit dem ursprünglichen Holz. Würden wir die Verbrennung in einem geschlossenen Glasgefäß durchführen, hätten wir vor und nach der Reaktion die gleiche Gesamtmasse des "Reaktionssysteme". Dies liegt daran, dass bei der Verbrennung von Holz Kohlenstoffdioxid gebildet wird, dass in einem offenen System aus dem "Reaktionsraum" (dem System) entweichen kann.

Damit Reaktionen durchgeführt und berechnet werden können, muss ein System für jede Betrachtung klar beschrieben werden. Dabei steht ein System immer mit der Umgebung in einer Beziehung (offenes, geschlossenes und abgeschlossenes System).

Ein offenes System kann mit seiner Umgebung sowohl Masse als auch Energie austauschen. m # const und E # const. In anderen Worten: Bei einem offenen System kann ein Stoffaustausch des Reaktionsraumes mit der Umgebung stattfinden, d. h. einzelne Stoffe können aus dem Reaktionsraum in die Umgebung entweichen oder aus der Umgebung in den Reaktionsraum "gelangen".

Ein geschlossenes System lässt nur noch den Energieaustausch zu. m = const und E # const. In anderen Worten: Ein System wird als geschlossen bezeichnet, wenn ein Stoffaustausch mit der Umgebung unmöglich ist, aber zwischen dem System und der Umgebung ein Energieaustausch (beispielsweise Wärme) möglich ist.

Bei einem abgeschlossenen (isolierten) System ist sowohl der Masse- als auch der Energieaustausch unterbunden. m = const und E = const. In anderen Worten: ein System wird als abgeschlossen bezeichnet, wenn ein Stoffaustausch (bzw. Energieaustausch) mit der Umgebung unmöglich ist.

Darüber hinaus werden Vorgänge beschrieben, die eine Veränderung des Systems bzw. Reaktion bewirken. 
Um auch über diese Prozesswege klare Aussagen machen zu können, werden Prozesse eingeteilt in :

  •  isochore Prozesse, bei denen das Volumen konstant bleibt.
  •  isobare Prozesse, bei denen der Druck konstant bleibt.
  •  isotherme Prozesse, die bei konstanter Temperatur ablaufen.
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