Formelsammlung Physikalische Chemie/ Thermodynamik

Freie Enthalpie / Gibbs-Energie

• $\Delta G<0$: exergone Reaktion, die unter den gegebenen Bedingungen (Konzentrationen) spontan abläuft;
• $\Delta G=0$: Gleichgewichtssituation, keine Reaktion;
• $\Delta G>0$: endergone Reaktion, deren Ablauf in der angegebenen Richtung Energiezufuhr erfordern würde.

Definition

$G\;=\;H-\;T\cdot S$

Hinweis: Die Energie wird häufig in kJ (10³ Joule) angegeben.

Freie Reaktionsenthalphie

Standardbedingungen

$\Delta _{R}G^{\circ }=\Delta _{R}B^{\circ }+nRT\cdot \ln Q$

• $\Delta _{R}B^{\circ }$: Produkte - Edukte mit stöchiometrischen Faktoren
• Q nach Massenwirkungsgesetz
• R universelle Gaskonstante 8,314 J/mol K
• Temperatur T in Kelvin

Reaktion mit Gleichgewichtsfaktor

$\Delta _{R}G=\Delta _{R}G^{\circ }+RT\cdot \ln Q$

Reaktion im Gleichgewicht

$\Delta _{R}G^{\circ }=-RT\cdot \ln K$

Elektrochemie

$\mathrm {\quad } \Delta _{R}G=-z\cdot F\cdot \Delta E$

(z: übertragene Elektronen, F: Faradaykonstante: 96480 As/mol, $\Delta E$: Zellspannung, Einheit: As * V = J)

ideales Gasgesetz

$pV=nRT$

(p = Druck, V = Volumen, n = Stoffmenge, R = ideale Gaskonstante: 8,314 J mol⁻¹ K⁻¹, T = Temperatur)

Volumenarbeit

isotherm und reversibel

$dW=-p\ dV$

(dW = Änderung der Energie, p = Druck, dV = Volumenänderung)

$W=-nRT\cdot \ln \left({\frac {V_{2}}{V_{1}}}\right)$

(W = Arbeit, n = Stoffmenge, R = ideale Gaskonstante, T = Temperatur, V₁ = Volumen zu Anfang, V₂ = Volumen zum Schluss)

isotherm und irreversibel

$W=-p_{ex}\ \Delta V$

(W = Arbeit, p_ex = Druck, ΔV = Volumenänderung)