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Allgemeine Chemie (Fach) / Thermodynamik (Lektion)

Formeln, Hauptsätze

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  • Thermodynamik und die Gesetzte geben Auskunft über... Energieverbrauch Wirkungsgrad Lage von Gleichgewichten ABER nicht über die Geschwindigkeit (KINETIK) Graphit BSP! 
  • Thermodynamik beschäftigt sich Umwandlung der Wärme in eine andere Energieform sie sagt eindeutig vorraus welche Vorgänge NICHT stattfinden werden und wie man die Bedingungen ändern muss um eine REaktion in die gewünschte Richtung zu ändern. 
  • System st derjenige Teil der Welt, dem unser  Interesse gilt (Zelle, Reaktionsgefäß, Labor,  Atmosphäre....).
  • Umgebung Alles um das System herum (außerhalb)
  • System+Umgebung Weltall
  • offenes System Austausch Materie, besteht kontakt zwischen System und Umgebung
  • geschlossenes System Materie kann nicht ausgetauscht werden, aber Thermischer Kontakt
  • abgeschlossenes System kein Materienaustausch und kein Thermischer Kontakt
  • Zustand des System Zustandsgröße: VTPn  Zustandsfunktion: U, H und S, G
  • Kraft F= mxa (Newton)
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  • Arbeit W= Fx s (Joule)
  • Leistung Arbeit /Zeit (WAtt)
  • 0. Hauptsatz Wenn A gleich B ist und B gleich C ist dann ist A gleich C. 
  • 1. Hauptsatz Energie kann von einer From in eine andere umgewandelt werden aber weder vernichtet noch erzeugt werden. 
  • Energie Fähigkeit Arbeit zu leisten,  wenn thermischer Kontakt = Wärmefluss: diathermisch: System die einen Wärmefluss zulassen adiabatisch: Systeme die einen Wärmefluss verhindern    
  • innere Energie innere Energie: Abkürzung = U  ist die Summe aller möglichen Energieformen; U eines abgeschlossenen Systems ist konstant.  U kann man nicht berechnen, man kann nur die Änderung von U messen. U ist eine Zustandsfunktion: hängt nur vom Zustand ab egal wie dieser erreicht worden ist.  Wesentliche Beiträge:  Anziehungskräfte zwischen Atomen, Molekülen, Ionen und subatomaren Teilchen, sowie die kinetische Energie (Rollreibung,..)
  • delta U Reaktionsenergie gesamte, mit der Umgebung ausgetauschte Energie Anfangsenergie= U1; System nimmt Wärme aus Umgebung auf= Q --> System hat innere Energie=  U1+Q; System nimmt Teil seiner inneren Energie um Arbeit (W) gegenüber der Umgebung zu leisten--> innere Energie nimmt ab --> Enzustand: U2= U1+Q-W --> delta U = Q-W
  • Chemische Reaktion Chemische Reaktion: bei konstantem Druck (offenes Gefäß) Volumsänderung= W geleistet W= p*delta V wenn Wärme hinzugefügt wird und Arbeit geleistet gilt die Formel: delta U = Q-W = Q-p*delta V Q>0 System nimmt Wärme auf Q<0 gibt Wärme ab W>0 System leistet Arbeit W<0 auf das System wird Arbeit ausgeübt delta U >0 innere Energie des Systems nimmt zu, Energie wird aufgenommen delta U <0 innere Energie nimmt ab, Energie wird abgegeben  
  • Reaktionenthalpie delta H = Q --> delta H= delta U + p*delta V thermodynamische Funktion (wie U) Bombenkalorimeter: umgesetzte Wärmemenge entspricht Reaktionsenergie (konstantes Volumen) Bei Gasen ist die VOlumsänderung sehr groß (gering bei Feststoffe und FLüssigkeiten)  konstanter Druck und konstanter Temperatur:  delta H = delta U + delta n*R*T Für isotherme Prozesse (T = const): pΔV = ΔnRT => ΔW = - ΔnRT (aus idealer Gasgleichung)
  • 2. Hauptsatz Bei einer spontanen Zustandsänderung vergrößert sich die Entropie (S)  Ein Zustand mit geringer Ordnung stellt sich freiwillig ein (große Unordnung) BSP.: Vermischung von zwei idealen Gasen =spontane Zustandsveränderung
  • Gesamtänderung der Entropie lauft nicht unabhängig von ihrer umgebung ab.  Gesamtänderung der dSges ist die Smme der Entropieänderung des Systems und der Umgebung: dSges= dSsys+ dSumg  
  • Entropie S Maßeinheit: J/K dSges= dSsys+ dSumg Vorgang freiwillig abläuft hängt davon ab ob die Entropie insgesamt zunimmt (pos!) Die Umgebungsentropie muss mehr zunehmen als die Systemsentropie abnimmt. dann Gefriert eine Flüssigkeit. 
  • Reaktion, konst. T und P Entropieänderung der Umgebung dSumg= - dH/T Wärme die vom Reaktionssystem abgegeben wird, wird von der umgebung aufgenommen --> dSumg umgekehrtes Vorzeichen zu dH! je größer dH desto größer dSumg.
  • freie Reaktionsenthalpie dSges= dS - dH/T--> T*dSges= T*dS - dH --> dG = -T*dSges --> dG = dH - T*dS dSges >0 freiwilliger Ablauf der Reaktion wenn dG >0 Reaktion läuft nicht freiwillig ab (in umgekehrter Richtung schon) dG = 0 System ist im Gleichgewicht dG <0 Reaktion läuft freiwillig ab  Energieminimum angestrebt (wenn dH negativ --> dG negativ) Maximum an Unordnung angestrebt ( pos dS --> dG negativ)
  • Freie Standard Enthalpie findet bei Normdruck (101,325kPa) und wenn Reaktanden im Standard zu Produkten im Standardzustand verwandelt werden statt.  dG0 kann aus dGf0 gebildet werden wie dHf0 dG0= dGf0 (Produkte)- dGf0 (Reaktanden)  
  • Absolute Entropie Entropie einer Substanz nimmt mit der Zufuhr von Wärme zu. kann aus Werten der Wärmekapazität berechnet werden. absolute Standard Entropie: S0 = Standardentropie (101,325kPa)  Standard REaktionsentropie dS0= S0 Produkte - S0 (Reaktanden) absolute Entropie eines Elementes≠ 0  
  • 3. Hauptsatz Die Entropie einer perfekten kristallinen Substanz beim absoluten Nullpunkt kann als Null angenommen werden.   
  • Änderung der freien Enthalpie im Verlaufe einer Reaktion G = G0 + RTlna  lna... Korrekturglied a... Aktivität der Substanz (Konzentration) a: reine Substanz unter Normdruck: a =1 ideales Gas: a= p/101,325kPa Lösung: a= f* (c/(mol/l)) f... Aktivitätskoeffizient statt lna tritt: Produkte/Reaktanden Gleichgewichtszustand: dG = 0-->  0 = dG0 + RT ln Produkte/Reaktanden--> dG0= -RT ln K

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