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Wann läuft eine Reaktion freiwillig ab?:

Allgemeines:
Während chemischer Reaktionen findet immer ein Stoff- und auch ein Energieumsatz statt. Die meisten Reaktionen verlaufen unter konstantem Druck, so dass der Energieumsatz mithilfe der sog. Reaktionsenthalpie D H beschrieben werden kann.
 

Reaktionsenthalpie:
Die Reaktionsenthalpie ist dabei die Differenz der Enthalpie des Anfangszustandes und des Endzustandes:

                                                        D H = HProdukte - HEdukte

Die Enthalpien für viele Stoffe sind für Standardbedingungen (Druck:1,013 bar und Konzentration:1 mol/l) in Formelsammlungen aufgelistet, diese kann man in obige Gleichung einsetzen.

Reaktionsbeispiel:  3H2 + N2 -> 2NH3
D H = -92 KJ

Exotherme bzw. Endotherme Reaktion:
Ist die Reaktionsenthalpie kleiner 0, so spricht man von einer exothermen Reaktion. Ist die Reaktionsenthalpie größer als 0, so spricht man von einer endothermen Reaktion.
 

Freie Reaktionsenthalpie:
Die freie Reaktionsenthalpie ist dabei die Differenz der freien Enthalpie des Anfangszustandes und des Endzustandes:

                                                                D G = GProdukte - GEdukte

Die freien Enthalpien sind nicht für alle Stoffe tabelliert, so kann man diesen Wert über nachfolgende Gleichung berechnen:

                                                                   D G = D H - T D S

Reaktionsbeispiel:  3H2 + N2 -> 2NH3
D H = -92,4 KJ
D S = - 198 J/K
(D S = (2·192,3 [=NH3]) - (191,5 [=N2] + 3·130,6 [=H2])

Bei T = 298 K :
D G = - 92 kJ/mol -298 K·(-0,198 kJ/mol·K ) = - 33 kJ/mol

Exergone und endergone Reaktionen:

  • Ist die freie Reaktionsenthalpie kleiner 0, so läuft die Reaktion freiwillig (spontan) ab. Diese Reaktion nennt man exergonisch.
  • Ist die freie Reaktionsenthalpie größer 0, so läuft die Reaktion nicht freiwillig ab, und man nennt diese Reaktion endergonisch
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