Wie verhalten sich die beiden Grössen Enthalpie und die Entropie zueinander?

Question

Aufgabe:

Wie verhälten sich die zwei Grössen Enthalpie und die Entropie zueinander? Wann läuft eine Reaktion ab wann nicht?

Verschiednen Zustände:

1)ΔH < 0, ΔS > 0

2)ΔH < 0, ΔS < 0

3)ΔH > 0, ΔS < 0

4) ΔH > 0, ΔS > 0

Problem/Ansatz:

Die Lösung wäre

ΔH < 0, ΔS > 0 → Die Reaktion läuft ab,

ΔH < 0, ΔS < 0 → Die Reaktion läuft bei tiefer Temperatur ab.,

ΔH > 0, ΔS < 0 → Die Reaktion läuft nicht ab,

 ΔH > 0, ΔS > 0 → Die Reaktion läuft bei hoher Temperatur ab.

Welche Grösse entscheidet ob eine Reaktion abläuft ? Und ob die Temperatur hoch oder tief ist?

Meines wissens nach beschreibt die Enthalpie das System sprich die innere Energie und das Produkt von Volumen und Druck. Dann kennen wir noch die Gibsenthalpie diese beschreibt ob eine Reaktion spontan oder nicht spontan abläuft jedoch können in beiden Fällen entweder mit Energie oder ohne eine Reaktion ablaufen. Daher würde für mich Sinn machen dass bei allen Zuständen eine Reaktion abläuft. Eine weitere Überlegung meinerseits war dass mir nicht bekannt ist dass die Entropie auch negativ werden kann! Denn meines wissens kann eine Unordnung/Anzahlmöglichkeiten wofür die Entropie steht nur zunehmen. Somit ist mir das ein wenig unklar weshalb jetzt wo was geschieht.

Vielen Dank für die Hilfe!

Gruzz

Answer 1

Salut,

Wie verhälten sich die zwei Grössen Enthalpie und die Entropie zueinander? Wann läuft eine Reaktion ab wann nicht?
Verschiednen Zustände:

Es ist die "Freie Reaktionsenthalpie" (oder auch Gibbs - Helmholtz - Enthalpie), die dir Aufschluss darüber gibt, ob eine Reaktion freiwillig ablaufen kann oder nicht und natürlich auch wie Reaktionsenthalpie und Reaktionsentropie zueinander stehen:

Dabei gilt:

ΔG_R =  ΔH_R - TΔS_R

Eine Reaktion kann nur dann ablaufen, wenn ΔG_R negativ, also < 0 ist. Damit das überhaupt möglich ist, muss die Summe aus ΔH und ( -T ΔS_R) negativ sein.

Die Lösung wäre
ΔH < 0, ΔS > 0 → Die Reaktion läuft ab,

ΔS > 0 bedeutet, der Term -T ΔS_R wird negativ, denn T ist immer > 0. Da nun ΔH_R negativ ist, liefert die Summe der beiden negativen Teile ein ΔG_R < 0, die Reaktion läuft also ab.

ΔH < 0, ΔS < 0 → Die Reaktion läuft bei tiefer Temperatur ab.,

ΔS_R ist negativ (die Reaktion verbraucht Entropie). Der Term -T ΔS_R ist folglich positiv. Da ΔH_R auch hier negativ ist, kann ΔG_R nur dann < 0 sein, wenn die Temperatur niedrig ist und der ΔH_R - Term somit dominiert.

ΔH > 0, ΔS < 0 → Die Reaktion läuft nicht ab.

ΔH_R > 0  ⇒  endotherme Reaktion. ΔS_R < 0, damit -T ΔS_R > 0. Die Summe dieser beiden positiven Teile führt zu ΔG_R > 0, wodurch die Reaktion nicht abläuft.

ΔH > 0, ΔS > 0 → Die Reaktion läuft bei hoher Temperatur ab.

Auch hier handelt es sich wieder um eine endotherme Reaktion, da ΔH_R > 0. Die Reaktion kann somit nur dann ablaufen, wenn ΔS_R > 0, folglich -T ΔS_R negativ und gleichzeitig die Temperatur hoch genug ist, damit sich der Betrag der Entropie dem Betrag der Enthalpie als überlegen erweist und daraus wiederum ein ΔG_R < 0 resultiert.

Schöne Grüße :)