Gibbs-Fräienergie

Bei konstanter Temperatur an Drock weist d’Gibbs-Fräienergie, a wéi eng Richtung e geschlossene System thermodynamesch evoluéiere kann. Si seet net, wéi séier dat geschitt: Thermodynamik a Kinetik sinn zwee verschidde Froe.

De Critère bei konstanter Temperatur an Drock

Fir eng Ännerung bei konstanter T an p gëllt ΔG = ΔH − TΔS. ΔH ass den Enthalpie-Bäitrag, TΔS den entropesche Bäitrag bei der absoluter Temperatur T a Kelvin.

Wann ΔG < 0 ass, ass d’Ännerung an der geschriwwener Richtung thermodynamesch favorabel. Bei ΔG > 0 ass déi ëmgedréint Richtung favorabel. Am Gläichgewiicht ass d’Netto-Utriebskraaft fir eng kleng Zesummesetzungsännerung null.

ΔG setzt zwee verschidde Bäiträg zesummen. D’Virzeeche hänkt vu ΔH, ΔS an der absoluter Temperatur of.

Gläichgewiicht entsprécht engem Minimum vu G

Bei konstanter Temperatur an Drock läit d’Gläichgewiicht bei engem Minimum vu G. Déi spontan Richtung ass déi, an där d’Gibbs-Energie vun der aktueller Zesummesetzung erofgeet.

Am Gläichgewiicht hale mikroskopesch Vir- a Réckreaktiounen net op. Si kënne weiderlafen, während d’makroskopesch Zesummesetzung am Duerchschnëtt onverännert bleift.

En negative ΔG bedeit och net automatesch eng séier Reaktioun. Eng héich Aktivéierungsbarrière kann e favorabele Prozess ganz lues maachen.

Déi aktuell Zesummesetzung kënnt iwwer Q eran

Ausserhalb vun de Standardbedéngunge gëllt ΔG = ΔG° + RT ln Q. De Reaktiounsquotient Q gëtt aus Aktivitéite mat de stöchiometresche Koeffizienten als Exponenten opgebaut.

Am Gläichgewiicht ass Q = K an ΔG = 0. Doraus kënnt ΔG° = −RT ln K. E grousse K entsprécht engem negative ΔG°. K = 1 bedeit ΔG° = 0, net datt all Zesummesetzung Gläichgewiicht ass.

Standardzoustand ass net déi aktuell Mëschung

ΔG° bezitt sech op Standardzoustänn. An engem reelle Gefäss sinn d’Aktivitéiten normalerweis anescht. De Begrëff RT ln Q korrigéiert also de Standardwäert fir déi aktuell Zesummesetzung.

Eng Reaktioun mat positive ΔG° kann no vir lafen, wann e Produkt dauernd ewechgeholl gëtt oder e Reaktant eng genuch héich Aktivitéit huet. Bei gekoppelte Prozesser addéiere sech d’ΔG-Wäerter, mee nëmmen eng mechanistesch Kopplung kann wierklech dreiwen.

Nëtzlech Aarbecht an Elektrochemie

Bei konstanter T an p ass −ΔG déi maximal Net-Expansiounsaarbecht, déi e reversibele Prozess liwwere kann. Fir eng elektrochemesch Zell gëllt ΔG = −nFE.

E positive Zellpotential E entsprécht also engem negative ΔG fir d’Zellreaktioun wéi se geschriwwen ass. Reell Batterië bleiwen ënner deem reversibele Maximum wéinst internem Widderstand an aneren Irreversibilitéiten.

Interpretatiounsfeeler vermeiden

ΔG ass net “Energie an de Bindungen”, mee eng Zoustandsfunktioun vum ganze System. ΔG < 0 bedeit och net 100 % Ëmsaz: d’Zesummesetzung ännert sech bis d’Netto-Utriebskraaft verschwënnt.

D’thermodynamesch Richtung bezitt sech ëmmer op den aktuelle Zoustand. Fir d’Vitesse brauch een kinetesch Informatioun.

Geléist Beispiller

1. K an ΔG°

Bei 298 K huet eng Reaktioun K = 100. Wéi ass d’Virzeeche vun ΔG°?

Léisung

Well ln K positiv ass, ass ΔG° = −RT ln K negativ.

2. Net-Standard-Zesummesetzung

Kann eng Reaktioun mat positive ΔG° an enger bestëmmter Mëschung trotzdem ΔG < 0 hunn?

Léisung

Jo. Wann Q kleng genuch ass, kann RT ln Q negativ genuch sinn, fir de Gesamt-ΔG negativ ze maachen.

3. Elektrochemesch Zell

Fir eng Zellreaktioun sinn n = 2 an E = +0,50 V. Wéi ass d’Virzeeche vun ΔG?

Léisung

ΔG = −nFE, also ass ΔG negativ. D’Reaktioun ass an der geschriwwener Richtung thermodynamesch favorabel.