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12 Gibbs1 Energie („freie Enthalpie“) – G

Zur Folie aus dem Unterricht: 

Gesamtenergie = nutzbare Energie + nicht nutzbare Energie 
Enthalpie (H)    =  freie Energie (G) + Entropie (S) • absolute Temp (T)

Die Gibbs-Energie ist definiert durch:
G = U + p ∙ V – T ∙ S = H – T ∙ S

G = H – T • S ⇨ Da wir die absoluten Größen von G, H und S nicht messen können ⇨ Messung der Änderungen:

Gibbs-Helmholz-Gleichung:

12-00-a gibbs-helmholtz-gleichung

Zwei Größen (Enthalpie- und Entropieänderung) haben Einfluss auf den Ablauf einer Reaktion in einem geschlossenen System:


ΔG: Änderung der Gibbs Energie (freien Enthalpie) ist die entscheidende Größe, ob eine Reaktion ablaufen kann [kJ]
ΔH: Änderung der Reaktionsenthalpie [kJ]
ΔS: Änderung der Reaktionsentropie [kJ/K]
T: Reaktionstemperatur [K]


Exergonische Reaktionen ΔG < 0
Endergonische Reaktionen ΔG > 0

Merke:
Die Reaktion läuft freiwillig ab, wenn die Änderung der freien Enthalpie ΔG negativ ist. Die freie Enthalpie ist ein Maß für die Triebkraft chemischer Reaktionen.

 

 


Die Gibbs-Helmholtz-Gleichung zeigt, dass es für das Zustandekommen einer chemischen Reaktion grundsätzlich 3 Möglichkeiten gibt:

1. ΔG negativ, wenn ΔH negativ und ΔS positiv

12-00-a-ta-entropiediagramme-01

 

 


2. ΔH negativ und ΔS negativ; die Reaktion ist exergonisch, wenn das Enthalpieglied einen größeren Wert als das Entropieglied besitzt.

12-00-c-ta-entropiediagramme

 

 

3. ΔH positiv und ΔS positiv; die Reaktion ist exergonisch, wenn das Entropieglied einen größeren Wert als das Enthalpieglied bekommt.

12-00-d-ta-entropiediagramme-03

 

 

 

Reaktion 

Reaktionsenthalpie
ΔH

Reaktionsentropie
ΔS

Geltungsbereich Freie Enthalpie ΔG 
Exotherm < 0
< 0
< 0
> 0
< 0
< 0
Immer
T klein
T groß,  |T∙ΔS|> |ΔH|
- exergonisch
- exergonisch
+ endergonisch
Endotherm > 0
> 0
> 0
< 0
> 0
> 0
Immer
T groß
T klein,  |T∙ΔS|> |ΔH|
+ endergonisch
- exergonisch
+ endergonisch

 

¹ Josiah Willard Gibbs (* 11. Februar 1839 in New Haven, Connecticut; † 28. April 1903 ebenda) war ein US-amerikanischer Physiker.