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Praktikumsversuch EMK

EMK - Grundlagen - Thermodynamische Grundlagen

Betrachten wir zunächst eine allgemeine Reaktion:

ν A A+ ν B B ν C C+ ν D

Die Gleichgewichtskonstante K dieser Reaktion ist gegeben durch:

K = a GG ν C C a GG ν D D a GG ν A A a GG ν B B

Dabei geben die a GG ( X ) die Aktivitäten der Reaktionspartner im Gleichgewicht an. Die Gleichgewichtskonstante ist mit der Freien Standardreaktionsenthalpie ΔG° verknüpft:

ΔG° = R T ln K

Befindet sich die Reaktion noch nicht im Gleichgewicht ( a ( X ) a GG ( X ) ), wird aus Gleichung :

ΔG° ΔG = R T ln a GG ν C C a GG ν D D a GG ν A A a GG ν B B ln a ν C C a GG ν C C a ν D D a GG ν D D a ν A A a GG ν A A a ν B B a GG ν B B = R T ln a ν C C a ν D D a ν A A a ν B B

ΔG wird Freie Reaktionsenthalpie genannt und gibt an (wenn die Reaktion bei konstantem Druck und konstanter Temperatur abläuft), wie weit sich die Reaktion vom Gleichgewicht entfernt befindet. Ist ΔG < 0 , läuft die Reaktion so lange freiwillig von links nach rechts, bis ΔG = 0 ist und damit das Gleichgewicht erreicht wird. Wenn ΔG > 0 , läuft die Reaktion freiwillig von rechts nach links. ΔG (und nicht die Reaktionsenthalpie, d.h., die Enthalpiedifferenz ΔHzwischen Produkten und Edukten) ist also die eigentliche Triebkraft chemischer Reaktionen.

ΔG ist gleichzeitig der Anteil der Reaktionsenthalpie (früher: Reaktionswärme) ΔH, der maximal in nutzbare Arbeit umgewandelt werden kann. Der Rest muss auch unter günstigsten Bedingungen als Wärme Δ Q = T ΔS an die Umgebung abgegeben werden (bei reversibler Reaktionsführung; unter irreversiblen Bedingungen wird ein noch größerer Anteil in Abwärme umgesetzt):

ΔG = ΔH T ΔS

Darin ist ΔS die Reaktionsentropie, ein Maß für die Änderung des Unordnungsgrads des Reaktionssystems. Der Wirkungsgrad eines Prozesses (der Quotient aus nutzbarer Arbeit und Änderung der Gesamtenergie des Systems) ist also:

η = ΔG ΔH
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