chemie

Na da bin ich gespannt, ob jemand das in einfachen Worten erklären kann.
Du steckst mit dieser Frage tief im Gebiet der phänomenologischen Thermodynamik - da muss man schon ziemlich genau wissen, worum es sich bei der inneren Energie und der Entropie handelt, was Gleichgewichtszustände sind und wie diese charakterisiert werden, dann ist auch noch Mathematik (Legendre-Transformation, Funktionen mehrer Veränderlicher) notwendig, um zu erkennen, dass sich in gewissen Darstellungen, d.h. Kombinationen abhängiger und unabhängiger extensiver und intensiver Zustandsgrößen, alle Systemiformationen ableiten lassen, in anderen nicht,......

Ein absolut unhilfreicher Beitrag von mir, ich weiß, aber wenn jemand deine Frage einfach erklären kann, dann......
kann dieser jemand etwas sehr viel besser als ich. Also so erklären, dass man es auch, zumindest ansatzweise, nachvollziehen kann, warum das so ist.

 

Ich hab keine Ahnung, aber Tante Google sieht folgende Unterscheidung:

Die Reakitonsenthalpie sagt aus ob eine Reaktion Endo- oder Exotherm verläuft (ob die Reaktion Energie abgibt oder Energie/Wärme aus der Umgebung aufnimmt).

Die Freie Enthalpie hingegen zeigt dir ob die Reaktion exergon oder endergon abläuft. Also ob sie auf der Seite der Produkte (negative freie Enthalpie) liegt oder, bei einer positiven freien Enthalpie, Produkte nur zu einem verschwindend kleinem Anteil entstehen.

 

Wir gehen davon aus, dass wir eine Reaktionsgleichung haben, links vom Reaktionspfeil stehen alle Ausgangsstoffe (Edukte), rechts alle Endprodukte (Produkte). Durch die Reaktion findet eine Stoffumwandlung statt.

Die Produkte haben einen anderen Energiegehalt als die Edukte. Die Änderung dieses Energiegehalts ist die Reaktionsenthalpie DH (statt des D musst Du Dir hier ein großes griechisches DELTA denken für Differenz)
DH = Summe der Energie der Produkte minus der Summe der Energie der Edukte.
Wenn die Produkte weniger energiehältig sind, als die Edukte, wird während der Reaktion Energie frei (z.B. in Form von Wärme) und DH ist negativ, die Reaktion ist exotherm.
Wenn Die Produkte mehr Energie beinhalten, als die Edukte, muss diese Energie zugeführt werden, DH ist größer als 0, die Reaktion ist endotherm.

Grundsätzlich strebt ja jedes System in der Natur den Zustand niedrigster Energie an, man sollte also meinen, alle exothermen Reaktionen laufen stets ab (gut, wenn man vielleicht noch einen Katalysator zur Absenkung der Aktivierungsenergie hinzugefügt hat), dem ist aber nicht so. Warum?
Das erklärt uns die freie Reaktionsenthalpie DG (wieder Delta G).

Die freie Enthalpie berücksichtigt nicht nur die Änderung des Energiegehaltes, sondern auch die Änderung der Entropie. Entropie (mit dem Buchstaben S) bezeichnet hier für uns den Zustand der Unordnung der einzelnen Teilchen. Und es ist ein Naturgesetz, dass alle Teilchen einen Zustand maximaler Unordnung anstreben.

Der mathematische Zusammenhang zwischen der Reaktionsenthalpie, der freien Enthalpie und der Entropie lautet:

DG= DH - T * DS

Du siehst also, dass der Einfluss der Entropie von der Temperatur abhängt.
Wir können gern telefonieren


Was ist die andere Frage?

 

Nächster Versuch

Die Enthalpie wird auch als Reaktionswärme bezeichnet. Die Energie, die ein System bei konstantem Druck als Wärme an die Umgebung abgibt oder entzieht - verkürzt: die Energie, die ein System besitzt.

Die freie Enthalpie (auch Gibbs-Helmholtz Enthalpie) ist ein Maß für die Triebkraft eines Prozesses, berechnet nach der Gibbs-Helmholtz-Gleichung. Diese freie E. wird bestimmt durch die Reaktionsenthalpie und -entropie.

Entropie: Das sollte die Unordnung in einem System sein, wobei jedes System bestrebt sein dürfte, seine Unordnung zu maximieren. (Entropie steigt)
Als Beispiel ist mir irgendwo untergekommen: Wenn man ein Zimmer nicht aktiv aufräumt, wird es wieder unordentlich, man muss also Energie zuführen (aufräumen), um in einem System die Entropie zu senken. Der Grund warum ein System die Entropie erhöhen will – weil das der energetisch günstigste Zustand ist.

Eventuell sind auch diese einfacheren Sachen hilfreich:
Bitte aber alles ohne Gewähr!

Enthalpie - DocCheck Flexikon
Freie Enthalpie - DocCheck Flexikon

 

Uiuiuiuiuiui.
Ein schwieriges Thema.

Teilchen haben keine Entropie. Die Entropie ist eine extensive Zustandsgröße, die nur Systemen mit sehr sehr vielen Teilchen zugeordnet werden kann.

Isolierte Systeme haben nach dem ersten Hauptsatz eine konstante Energie, somit können sie keinem Minimum der Energie zustreben. Aber du hast diese Aussage ja im weiteren richtigerweise eingeschränkt.

Wenn dem so wäre, gäbe es keine Lebewesen und wir könnten diese Frage hier somit auch nicht erörtern. Richtig ist, dass offene Systeme, also Systeme, die im Massen- und Energieaustausch mit der Umgebung stehen, ihre Entropie erniedrigen können. Dazu muss das System hnreichend weit weg vom Gleichgewicht sein, damit nichtlineare Zusammenhänge zwischen thermodynamischen Strömen und den sie treibenden Kräften bestehen. Man sieht daraus die Bedeutung von Stoffwechsel und Wärmeaustausch mit der Umgebung - im Gleichgewicht sollten wir uns tunlichst auch nicht befinden.

Dieser Umstand ist witzigerweise genau der hier diskutierten Entropie geschuldet. Diese führt nämlich einen Zeitpfeil (von Geburt zum Tod und nicht umgekehrt) ein, der auf mikroskopischer Ebene nicht(!!!!!) besteht.

Ich hoffe, ich komme jetzt nicht als unverbesserlicher Besserwisser rüber, aber es ist nunmal meine Erfahrung, dass es mir unmöglich scheint, solche Sachverhalte ohne unzulässige Verkürzungen/Verdrehungen mit einfachen Worten zu erklären. Falls mich jemand vom Gegenteil überzeugen kann, wäre ich schwer begeistert!

@ Lucy: Ich finde es toll, dass du dich dieser Sache stellst!​

 

Ich befinde mich wieder mal in einem didaktischen Dilemma. Oftmals sind populäre Erklärungen nämlich genauso falsch wie beliebt. Im Bestreben, es richtig zu erklären, muss man, bildlich gesprochen, die Leute vom vermeintlichen Gipfel der Erkenntnis runterholen und sie durch das Tal der mühseligen richtigen Erklärung zum tatsächlichen Gipfel führen. Verliert man die Leute dabei allerdings, bleiben sie in der Talebene verwirrter als am Anfang zurück.

Was soll´s, ich probier´s:
Die Entropie ist eine extensive Zustandgröße, d.h. sie hängt, wie z.B. deine Körpermasse, nur vom jetzigen Zustand und nicht der ganzen Vorgeschichte (die aber natürlich zur jetzigen Masse geführt hat) ab und setzt sich additiv aus den einzelnen Teilen zusammen. Die Temperatur bspw. ist eine intensive Zustandsgröße - zwei Kinder mit 37 Grad Körpertemperatur haben zusammen ja auch nicht die doppelte Temperatur, im Gegensatz zur z. B, Masse.

Man kann in intellektuell reizvoller Weise die Entropie aus der Aussage, Wärme (eine Prozessgröße!) fließt nur stets vom wärmeren zum kälteren Körper, makroskopisch ableiten.
Mikroskopisch bedeutet sie folgendes:
Nehmen wir das Beispiel eines ordentlich aufgeräumten Kinderzimmers. Die Socken sind in der Sockenlade, die Unterhosen in der Unterhosenlade etc. An diesem aufgeräumten Zustand ändert sich nichts, wenn man die Reihenfolge der Socken ändert, gibt man ein Paar Socken allerdings in die Unterhosenlade, ändert sich der makroskopische Zustand "aufgeräumt". Es gibt also nur relativ wenige "mikroskopische" Zustände, die makroskopisch auf einen "aufgeräumten" Zustand führen. Erweiterst du deinen "aufgeräumt" Zustand dahingehend, dass alle Socken auch in der Schuhlade und alle Hemden in der Hosenlade etc liegen dürfen, so ergeben wesentlich mehr "mikroskopische" Anordnungen deinen makroskopischen "aufgeräumt" Zustand. Im Zustand völliger Unordnungen jedoch ist es egal, was wo liegt - jede Anordnung führt auf den makroskopischen "unaufgeräumt" Zustand, dieser Zustand zeichnet sich also durch viele Anordnungen aus, die ihn realisieren.
Die Entropie gibt nun an, wieviele mikroskopische Zustände einen makroskopsichen realisieren können- im Zustand höchster Ordnung sind dies nur sehr wenig -> Entropie niedrig, im Zustand maximaler Unordung sehr viele -> Entropie hoch. Das ganze noch logarithmiert, damit´s eine extensive Zustandsgröße wird, außerdem handelt es sich um Phasenraumanordnungen anstatt normaler Anordnungen (Newtonsche Bewegungsgleichungen), aber wurscht....fertig ist die Entropie.

Und die kann sich, im Gegensatz zur Gesamtenergie, ändern, und zwar wächst sie mit der Zeit an. Sie kann in gewissen Regionen auch abnehmen, allerdings muss sie dann in anderen Regionen um mindestens dieses Maß zunehmen.
Damit unterscheidet die Entropie die höherentropische Zukunft von der niederentropischen Vergangenheit. Bei "Zürich Kosmos macht´s wieder gut" wurde ja der Film rückwärts abgespielt, was jeder sofort merkt. Und das sind wir aus unserer Erfahrung auch gewohnt, dass wir erkennen, ob ein Film richtig abgespielt wird oder rückwärts. Wenn wir das Sonnensystem betrachten, geht das nicht so einfach - ein Video der Planetenbahnen würde, rückwärts abgespielt, nicht verdächtig aussehen - die Keplerbahnen würden einfach anders rum durchlaufen werden (nur auf sehr sehr langen Zeitskalen würden wir einen Unterschied erkennen).
Kurioserweise würde ein Video der einzelnen Moleküle rückwärts abgespielt auch völlig normal aussehen. Mikroskopisch gibt es keine "Irreversibilitäten", Zürich Kosmos macht´s also dort tatsächlich wieder gut!

Aber jetzt lasse ich einem Giganten den Vortritt....

 

Richard Feynman - The Character of Physical...

 

@lucy

ich weiß nicht, ob du dir nach Cestlavies wundervollem Beitrag noch folgenden Link ansehen magst:
Energetik - Chemiezauber.de

Falls doch - ist schulisch aufbereitet! Dann schau dir außer der verlinkten Energetik auch die Unterthemen an, vor allem thermodynamische Systeme, innere Energie u. Reaktionsenergie (auch die Übersichtsskizze wonach für die Messung der Änderung der inneren Energie eines Stoffs außer Druck, Volumen, Masse, Stoffmenge, Temperatur auch die weiteren Zustandsgrößen (freie) Enthalpie und Entropie zu berücksichtigen sind) und die weiteren begrifflichen Erklärungen dazu.

Folgende Online-Enzyklopädie könnte dich vielleicht auch (weiterhin) interessieren – zum Selbststudium geeignetes Fachwissen für Chemie und angrenzende Naturwissenschaften Physik und Mathematik
Chemie für Mediziner: Energetik und Kinetik - Chemgapedia

Warum sagst denn das nicht gleich – fürs Schnapsen wäre ich kompetenter – ich habe zwar schon ewig nicht mehr gespielt, mein Vater erzählt aber gerne, dass er mir das Schnapsen schon beigebracht hatte, kaum dass ich in die Schule ging. Ich denke, er schwindelt zeitmäßig, aber in der Volksschulzeit war es noch definitiv.


cestlavie: oh, R.Feynman , ich bin auch schon zu müde für deine und Feynman´sche Ergüsse, aber im Winter dann, wenn die Klettersaison vorbei ist, werde ich mir das zu Gemüte führen und beim Aufräumen der Socken- und Unterhosen-Schubladen geistig verarbeiten, wobei dort niedriger Entropiezustand selten anzutreffen ist und der Zahn der Zeit arbeitet dann auch noch gegen mich.

 

@ Lucy: Achtung meine D sind DELTAS also so aufgestellte Dreieckerln und symbolisieren immer den Unterschied zwischen der jeweils betrachteten Größe H, G oder S der Produkte und der Edukte (also Produkte minus Edukte)

weil Du sagst, Du kannst es Dir nicht vorstellen. Was genau? Bei einer Reaktion kannst Du Dir die Reaktionspartner als kleine herumwuselnde Teilchen, die aneinanderprallen, vorstellen.

Schau Dir nochmal die Gleichung an. Am absoluten Nullpunkt, wenn die Temperatur gleich Null ist, sind Delta G und Delta H gleich groß. Du siehst also, je höher die Temperatur wird, umso größer wird der Einfluss der Entropieveränderung

 

G steht für die freie Enthalpie,
H steht für die Enthalpie (bzw mit dem Index R für die Enthalpie einer bestimmte beschriebenen Reaktion, also f d Reaktionsenthalpie)
S steht f d Entropie

Du sagst zwar, exergon (auch exergonisch) und endergon (endergonisch) kommen im Skriptum nicht vor. Die 2 Begriffe würde ich mir aber schon merken.
Exergon bedeutet, dass das Delta G kleiner als 0 ist und die Produkte daher "thermodynamisch günstiger" sind, endergonisch bedeutet, dass das Delta G größer als 0 ist und die Produkte daher "thermodynamisch ungünstiger" sind.
Exergone Reaktion werden freiwillig ablaufen, endergone nicht.

 

Der Gelehrte kann nicht anders.