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Spontane Prozesse und Gleichgewicht - Gibbs- und Helmholtz-Energie

Entropie, Gleichgewicht und spontane Prozesse

Für einen reversiblen Prozess gilt:

d S = d Qrev T Zustandsvariable des Systems = Mit Umwelt ausgetauschte Wärme

Die Umwelt schließt das chemische System ein und tauscht mit ihm Wärme aus.

Abb.1
Ein von der Umwelt umgebenes System. Es gilt: Q ' = Q ' ' .

Es gilt für jeden Prozess ΔS = ΔS ' + ΔS ' ' , d.h. die Gesamtentropieänderung setzt sich immer aus der Summe von Umwelt- und Systementropie zusammen. Ist der Prozess reversibel, so sind System und Umwelt fortwährend im Gleichgewicht und es gilt für eine Änderung des Zustandes 1 nach 2

d Qrev ' = d Qrev d Qrev ' ' = - d Qrev ΔS = 1 2 d Qrev T - 1 2 d Qrev T = 0 ΔS ' = - ΔS ' '.

Für einen irreversiblen (spontanen) Prozess kann jedoch gezeigt werden, dass die Summe der Entropie größer Null ist.

Allgemein gilt:
ΔS = ΔS ' + ΔS ' ' > 0 irreversibler spontaner Prozess ΔS = 0 Gleichgewicht System/Umwelt

Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik kann somit auch lauten:

Alternative Beschreibung des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik
In einem abgeschlossenen System (= System+ Umwelt) nimmt die Entropie für spontane Prozesse immer zu!

Dieser Satz führt zum so genannten „Wärmetod des Universums”: Wenn das Universum ein abgeschlossenes System ist, so muss seine Entropie fortwährend bis zu einem Maximum zunehmen. Hier wird alle Energie in Wärmeenergie übergehen und alles in einen Zustand vollkommener Unordnung geraten.

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