Energetik chemischer Reaktionen
Warum laufen manche chemischen Reaktionen freiwillig (spontan) ab und andere nicht?
Wenn man jemanden dazu fragt, heißt es meistens: „Die Reaktion läuft freiwillig ab, wenn sie exotherm ist (Wärme freigesetzt wird) und wenn sie endotherm ist, läuft sie nicht freiwillig ab.”
Der oft zitierte "gesunde Menschenverstand" sagt uns offenbar, dass alles Spontane mit einer Energieabnahme verbunden ist. Denn wer von uns hat schon gesehen, dass ein Stein "freiwillig" bergauf rollt.
Das aber die Vermutung "freiwillig = Energieabnahme" nicht richtig ist, kann mittels eines einfachen Versuches nachvollzogen werden.
Wenn Ammoniumnitrat in Wasser gelöst wird, sinkt die Temperatur des Wassers ab.
Der Auflösevorgang ist also eine freiwillig ablaufende Reaktion, obwohl sie endotherm verläuft.
Aber wovon hängt es ab, ob eine Reaktion freiwillig abläuft oder nicht?
Das hängt von zwei Größen ab, die oft nicht in die gleiche Richtung wirken: Wärme (Enthalpie) und Unordnung (Entropie).
Wir müssen also sowohl die Enthalpieänderung als auch die Entropieänderung eines Reaktionssystems betrachten und lernen dann mit der Reaktionsenthalpie eine Zustandsgröße kennen, die beide Änderungen berücksichtigt (Gibbs-Helmholtz-Gleichung). Mit Hilfe der Gleichung können wir dann berechnen, wie viel Energie eines Reaktionssystems maximal in Arbeit umgewandelt werden kann, wenn keine Volumenarbeit geleistet wird (bei konstantem Druck).
