Gibbs Freie Energie Rechner
Reaktionsenthalpie (negativ für exotherm)
Reaktionsentropie (in J/(mol·K))
Absolute Temperatur (25°C = 298.15 K)
Was ist Gibbs Freie Energie?
Gibbs Freie Energie (ΔG) ist ein thermodynamisches Potential, das vorhersagt, ob eine chemische Reaktion spontan ablaufen kann.
Wichtige Regeln:
- ΔG < 0: Reaktion ist spontan
- ΔG = 0: System ist im Gleichgewicht
- ΔG > 0: Reaktion ist nicht spontan
Einflussfaktoren:
- Enthalpie (ΔH) — energetisch günstig
- Entropie (ΔS) — Unordnung/Wahrscheinlichkeit
- Temperatur (T) — beeinflusst beide Faktoren
Praktische Anwendung:
- Vorhersage von Reaktionsrichtung
- Gleichgewichtsposition
- Zellbiologie und Biochemie
Formeln
Gibbs-Helmholtz-Gleichung:
ΔG = ΔH - T·ΔS
ΔG = ΔH - T·ΔS
Mit Gleichgewichtskonstante:
ΔG = -RT·ln(K)
ΔG = -RT·ln(K)
Gleichgewichtskonstante:
K = e-ΔG/RT
K = e-ΔG/RT
Gaskonstante:
R = 8.314 J/(mol·K)
R = 8.314 J/(mol·K)
Beispiele
Wasserdissoziation (exotherm, aber nicht spontan)
H₂O → H⁺ + OH⁻
ΔH ≈ 55.8 kJ/mol
ΔS < 0 (negative Entropie)
ΔG > 0 (nicht spontan)
H₂O → H⁺ + OH⁻
ΔH ≈ 55.8 kJ/mol
ΔS < 0 (negative Entropie)
ΔG > 0 (nicht spontan)
Exotherme, entropisch günstige Reaktion
H₂ + I₂ → 2HI
ΔH < 0, ΔS etwa neutral
ΔG < 0 (spontan)
H₂ + I₂ → 2HI
ΔH < 0, ΔS etwa neutral
ΔG < 0 (spontan)
Temperaturabhängig: Schmelzen von Eis
H₂O(s) → H₂O(l)
ΔH > 0 (endotherm)
ΔS > 0 (Entropie nimmt zu)
Spontan ab T = 273 K (0°C)
H₂O(s) → H₂O(l)
ΔH > 0 (endotherm)
ΔS > 0 (Entropie nimmt zu)
Spontan ab T = 273 K (0°C)
Gleichgewicht mit K = 0.64
ΔG = -RT·ln(0.64) = +1.4 kJ/mol
Bei 298 K nicht ganz spontan
Aber nah am Gleichgewicht
ΔG = -RT·ln(0.64) = +1.4 kJ/mol
Bei 298 K nicht ganz spontan
Aber nah am Gleichgewicht
Technischer Hintergrund
Gibbs-Helmholtz-Gleichung
Die Gibbs-Helmholtz-Gleichung verbindet Enthalpie (ΔH), Entropie (ΔS) und Temperatur (T) zur Gibbs Freien Energie (ΔG):
ΔG = ΔH - T·ΔS
Thermodynamische Potentiale
- Enthalpie (ΔH): Wärmemengen bei konstanten Druck
- Entropie (ΔS): Maß der Unordnung oder Wahrscheinlichkeit
- Gibbs-Energie (ΔG): Maximal verfügbare Arbeit
Spontanität und Gleichgewicht
- ΔG < 0: Reaktion läuft spontan ab (Richtung vorwärts)
- ΔG = 0: System ist im Gleichgewicht (keine Netto-Reaktion)
- ΔG > 0: Reaktion läuft nicht spontan ab (Richtung rückwärts)
Beziehung zur Gleichgewichtskonstante
Die Gibbs Freie Energie ist direkt mit der Gleichgewichtskonstante verbunden:
ΔG° = -RT·ln(K)
- K > 1: ΔG° < 0 (Produkte bevorzugt)
- K = 1: ΔG° = 0 (Gleichgewicht)
- K < 1: ΔG° > 0 (Edukte bevorzugt)
Temperaturabhängigkeit
Die Spontanität kann temperaturabhängig sein:
- ΔH < 0, ΔS > 0: Spontan bei allen Temperaturen
- ΔH > 0, ΔS < 0: Nie spontan
- ΔH < 0, ΔS < 0: Spontan bei niedrigen Temperaturen
- ΔH > 0, ΔS > 0: Spontan bei hohen Temperaturen
Praktische Anwendungen
- Chemische Industrie: Optimale Reaktionsbedingungen
- Biochemie: Zelluläre Prozesse und Metabolismus
- Materialwissenschaft: Phasenübergänge und Kristallisation
- Elektrotechnik: Galvanische Zellen und Elektrolyse
- Energieerzeugung: Maximale Arbeitsausbeute
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