Wann läuft eine Reaktion freiwillig ab?

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 = H_Produkte – H_Edukte

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 = G_Produkte – G_Edukte

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