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.
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 Mengen abhängig sind, die intensiven nicht.
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).
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 möglich, so ist Volumen geteilt durch die Stoffmenge das sogenannte Molvolumen.
Zustandsgrößen in der physikalischen Chemie sind quantitative Eigenschaften eines Systems, die den Zustand des Systems beschreiben und nicht von den vorhergehenden Zuständen des Systems abhängen.
Drei Beispiele für Zustandsgrößen sind Temperatur, Druck und Volumen.
Der Druck wird definiert als die Kraft pro Flächeneinheit die auf eine Oberfläche wirkt.
Ein extensiver Zustand bezieht sich auf eine Eigenschaft, die sich ändert, wenn die Größe des Systems sich ändert. Beispiele sind Volumen und Masse.
Nein, nicht alle Zustandsgrößen sind extensiv. Es gibt auch intensive Zustandsgrößen, wie z.B. Temperatur und Druck, die unabhängig von der Größe des Systems sind.
Temperatur ist eine intensive Zustandsgröße und ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie der Teilchen in einem System.
Zustandsgrößen sind wichtig, weil sie es Wissenschaftlern ermöglichen, chemische Reaktionen und physikalische Prozesse in einem System zu verstehen und vorherzusagen.
Die Stoffmenge ist ein Maß für die Anzahl der Teilchen in einem System und wird in der Einheit Mol gemessen.
Additiv bedeutet, dass der Gesamtwert der Zustandsgröße eines Systems gleich der Summe der Werte der einzelnen Teilsysteme ist.
Die Zustandsgröße, welche die innere Energie eines Systems misst, ist die Energie.