Formelsammlung Physikalische Chemie/ Thermodynamik
Fundamentalgleichungen für ein Einstoffsystem
BearbeitenEin Einstoffsystem besteht aus einer Substanz. Seine thermodynamischen Eigenschaften werden durch eine thermodynamische Zustandsfunktion, die innere Energie , die Enthalpie , die Freie Energie oder die frei Enthalpie beschrieben. Die thermodynamischen Zustandsfunktionen eines Einstoffsystems sind von zwei Variablen abhängig. Die innere Energie ist eine Funktion der Entropie und des Volumens: , die Enthalpie ist eine Funktion des Entropie und des Druckes: , die freie Energie ist eine Funktion der (absoluten) Temperatur und des Volumens: und die freie Enthalpie ist eine Funktion der Temperatur und des Druckes: .
Die Fundamentalgleichunge der Zustandfunktionen lauten in Merkform (links) bzw. unter Bemerkung der funktionalen Abhängigkeiten (rechts)
Halten wir die Entropie, das Volumen, die Temperatur oder den Druck konstant, so ergibt sich für die Änderung der Zustansfunktionen
Freie Enthalpie / Gibbs-Energie
Bearbeiten- : exergone Reaktion, die unter den gegebenen Bedingungen (Konzentrationen) spontan abläuft;
- : Gleichgewichtssituation, keine Reaktion;
- : endergone Reaktion, deren Ablauf in der angegebenen Richtung Energiezufuhr erfordern würde.
Definition
BearbeitenHinweis: Die Energie wird häufig in kJ (10³ Joule) angegeben.
Freie Reaktionsenthalphie
BearbeitenStandardbedingungen
Bearbeiten- : Produkte - Edukte mit stöchiometrischen Faktoren
- Q nach Massenwirkungsgesetz
- R universelle Gaskonstante 8,314 J/mol K
- Temperatur T in Kelvin
Reaktion mit Gleichgewichtsfaktor
BearbeitenReaktion im Gleichgewicht
BearbeitenElektrochemie
Bearbeiten(z: übertragene Elektronen, F: Faradaykonstante: 96480 As/mol, : Zellspannung, Einheit: As * V = J)
ideales Gasgesetz
Bearbeiten(p = Druck, V = Volumen, n = Stoffmenge, R = ideale Gaskonstante: 8,314 J mol−1 K−1, T = Temperatur)
Volumenarbeit
Bearbeitenisotherm und reversibel
Bearbeiten(dW = Änderung der Energie, p = Druck, dV = Volumenänderung)
(W = Arbeit, n = Stoffmenge, R = ideale Gaskonstante, T = Temperatur, V1 = Volumen zu Anfang, V2 = Volumen zum Schluss)
isotherm und irreversibel
Bearbeiten(W = Arbeit, pex = Druck, ΔV = Volumenänderung)