Moin Leute! Kennt ihr das? Ihr schaut in euer Zimmer und obwohl ihr da letzt aufgeräumt habt, sieht es aus wie in meinem Messi. Überall fahren Klamotten und leere Flaschen rum. Halt voll die Unordnung!
Und dann muss man wieder ewig aufräumen. Was in der Chemie die Unordnung ist und was sie mit Reaktionen zu tun hat, das kommt jetzt. So als Chemiker steht man ja oftmals vor dem Problem, dass man keine Ahnung hat, wann eine Reaktion spontan abläuft und bei welcher Temperatur das nicht mehr geht. Problem ist, bei jeder Temperatur ausprobieren ist auch irgendwie dumm. Aber zum Glück kann man den Spaß auch berechnen.
Vom Prinzip wissen wir, Reaktionen laufen von alleine ab, wenn Energie frei wird. Also, wenn wir bei der Reaktion von einem energetisch höheren in einem energetisch tiefer liegenden Zustand landen. Ähnlich ist es auch mit einem Ball an einem Berg.
Der rollt dann auch nicht nach oben, sondern nach unten. Da ist die Energie niedriger und wird eben frei in Form von Bewegung. Wenn man jetzt aber nur die Enthalpie von Reaktionen betrachtet, ist das seltsam. Bei exothermen Reaktionen passt doch alles. Die geben Wärme ab, wunderbar.
Aber endotherme Reaktionen laufen ab und verbrauchen Wärme. Das ist ja dann aber so, als würde der Ball am Berg nach oben rollen. Also ziemlich strange. Also, die Enthalpie alleine zu betrachten, führt zu totaler Verwirrung.
Deshalb wurde eine neue Größe betrachtet. Die Entropie. Die steht eben für das Maß der Unordnung.
Als Beispiel, schön aufgeräumtes Zimmer hat eine geringe Unordnung, deshalb auch eine niedrige Entropie. Jans Zimmer dagegen hat eine hohe Entropie. Und eben bei den spontanen Endothermenreaktionen oder auch Vorgängen, bei denen keine Wärme frei wird, wird die Entropie immer größer und das kann eine Reaktion auch antreiben. Zum Beispiel, wenn ihr sowas simples macht, wie ein bisschen Brom in einen Standzylinder kippen.
Am Anfang ist das Brom am Boden, flüssig und damit gut geordnet. Wenn ihr aber wartet, verteilt es sich als Gas im ganzen Zylinder. Durch die Durchmischung erhalten wir eine viel höhere Unordnung in unserem System.
Wichtig ist auch noch, die Unordnung von Stoffen ändert sich mit der Temperatur. Beim absoluten... Nullpunkt, also 0 Kelvin oder etwa minus 273 Grad Celsius, liegen die Stoffe als Feststoffe vor.
Hier haben sie eine sehr hohe Ordnung und damit eine Entropie von 0. Wenn die Stoffe jetzt erwärmt werden, nimmt die Unordnung ständig zu. Der flüssige und gasförmige Zustand sind schon viel unordentlicher als der Feststoff. So, aber wie finden wir jetzt die Entropieänderung während einer Reaktion raus?
Ähnlich wie bei der Enthalpie kann auch die Reaktionsentropie durch die Entropie des Feststoffes ausgehen. Delta SR berechnet werden. Für die einzelnen Stoffe gibt es eben auch hier Tabellen, wie viel Entropie sie haben.
Und die Enthalpie einer Reaktion lässt sich dann berechnen als die Summe der Entropie der Produkte minus die Summe der Entropie der Edukte. Und der berechnete Wert Delta SR hat dann die Einheit Joule pro Kelvin und Mol. Das steht aber auch in den Tabellen dabei.
Und weil die Reaktionsentropie und die Reaktionsenthalpie alleine nicht viel aussagen, brauchen wir jetzt eine Gleichung, die beide verknüpft, damit wir sehen können, ob eine Entropieänderung ausreicht, eine sonst endotherme Reaktion anzutreiben. Und dafür gibt es die Gibbs-Helmholtz-Gleichung. Hiermit wird aus Reaktionsenthalpie Delta HR und Reaktionsentropie Delta SR zusammen mit der Temperatur eine neue Größe berechnet.
Die freie Reaktionsenthalpie Delta GR. Und zwar folgendermaßen. Delta-Gr gleich Delta-Hr minus T mal Delta-Sr.
Also eben Reaktionsenthalpie minus die Temperatur mal die Reaktionsentropie. Wobei die Temperatur in Kelvin angegeben sein muss. Und der Wert der freien Enthalpie Delta-Gr sagt euch jetzt aus, ob eine Reaktion freiwillig ablaufen kann. Wenn der Wert kleiner als 0 ist, dann läuft die Reaktion freiwillig ab und kann spontan ablaufen.
Dann heißt die Reaktion auch exergonisch. Also insgesamt wird Energie frei. Wenn der Wert größer als 0 ist, dann kann die Reaktion nur ablaufen, wenn ständig Energie zugeführt wird.
Sie läuft also nicht freiwillig oder spontan ab. Die Reaktion heißt dann endergonisch. Kann man sich merken, weil hier ist schnell Ende und es reagiert nicht weiter.
Die Entropie ist also der Grund, warum eine endotherme Reaktion insgesamt hexagonisch sein und spontan ablaufen kann. Wenn euch die Reaktion-Enthalpie und die Berechnung der dazu nochmal genauer interessiert, dann schaut in das Video hier rein. Ansonsten habt ihr jetzt ne ziemlich gute Ausrede, wenn mal jemand sagt, euer Zimmer ist unordentlich. Weil Systeme wollen immer möglichst große Unordnung, ist energetisch günstiger. Wie sieht's bei euch aus?
Eher alles ordentlich, dann eine Hashtag-Urdnung muss sein in die Comments. Oder eher schön gemütliche Unordnung, dann postet Hashtag Meister des Chaos. Haut rein, bis bald und ciao!