Entropie

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Heute wird sich alles um das Thema Entropie drehen und was es damit auf sich hat. Entropie ordnet sich dem Thema Gleichgewichtsreaktionen unter und gehört zum Fach Chemie.



Entropie - was ist das überhaupt?


Das Wort Entropie lässt sich aus dem altgriechischen herleiten und wird mit Wendung übersetzt. Es ist nichts, was du anfassen kannst, sondern eine Rechengröße beziehungsweise Zustandsgröße der Thermodynamik.


Die Thermodynamik beschäftigte sich ursprünglich mit der Frage, wie man Wärme in mechanische Arbeit umwandeln kann. Dieser Gedanke entstand durch die Dampfmaschinen. 


Mittlerweile setzt sie sich aber auch durchaus mit dem allgemeinen Nutzen sowie dem Umwandeln von der Energie und vielem mehr auseinander. Lasst euch also nicht irritieren. Die Entropie ist lediglich eine Einheit, mit der man in der Thermodynamik Veränderungen misst. Dementsprechend kann die Entropie auch steigen oder abnehmen. 


Prinzipiell lässt sich sagen, dass eine Abnahme der Entropie in einem System nur dann von statten geht, wenn eine Abgabe von Wärme oder Materie stattfindet. In sogenannten abgeschlossenen Systemen ist eine Abnahme der Entropie deshalb nicht möglich, da weder Wärme noch Materie entweichen kann.



Entstehung der Entropie


In der früheren Geschichte gab es in Bezug auf die Bedeutung des Wärmebegriffs zwei Blickwinkel. Es wurde die ganze Zeit daran gearbeitet diese beiden Theorien zu widerlegen oder bestätigen. Es gab dementsprechend Verfechter von den Theorien. Eine der beiden Behauptungen wurde als vis viva bezeichnet. Sie besagte, dass die Wärmeerscheinung in der vis viva, also in der kinetischen oder auch lebendigen Kraft der Atome liegt. 


Nach der anderen Theorie, die sogenannte Caloricum, stellt die Wärme eine Substanz dar. Durch das ständige Streben einer der beiden Theorien belegen zu können, bemerkte Nicolas Carnot 1824, dass die Kraft einer Dampfmaschine nicht durch den Verbrauch der Caloricum zustande kommt. Stattdessen fand er heraus, dass die Kraft von einem warmen Körper auf einen kalten ausgeht. Durch diese Aussage legte er den Grundbaustein für die Entstehung des Entropie-Begriffs. 1840 wurde durch ein Experiment von zwei anderen Forschern belegt, dass mechanische Arbeit durchaus in Wärme umwandelbar ist. Infolgedessen fand der Begriff Wärme seine energetische Bedeutung. 


Erneut 20 Jahre später, wurde festgestellt, dass wenn die Energieform Wärme übertragen wird, eine zweite mengenartige Größe vorhanden sein muss. Eben genau diese Ursache, wurde dann als Entropie bezeichnet. 


Auch wenn festgestellt wurde, dass Wärme eine Energieform darstellt, entspricht die Entropie vergleichsweise dem Caloricum.




Wie funktioniert die Entropie als Mengengröße?


Die Entropie findet in vielen Bereichen ihren Einsatz. Jedoch spielt keines der Anwendungsgebiete für euch eine große Rolle, da ihr keine Berechnungen durchführen müsst. Schaut man sich also nur die Entropie an sich an, so wird sie als mengenartige Größe beschrieben. Sie misst dabei das Caloricum, also das Messen der Wärme in Form einer Substanz. Umgangssprachlich könnte man sagen, dass sie das Maß für die Wärme misst. Bei der Entropie werden wie bereits erwähnt zwei Körper betrachtet. 


Da wir wissen, dass die Entropie mit steigender Wärme auch zunimmt, enthält der Körper mehr Entropie, dessen Temperatur auch höher ist. Beide Körper werden hierbei als ein System bezeichnet. Falls man die Gesamtentropie betrachten möchte, kann zman die beiden Körper zu einem System zusammenführen. 


Wenn zwei Systeme in Kontakt stehen, aber eine unterschiedliche Temperatur aufweisen, dann entsteht durch die Temperaturdifferenz ein sogenannter Entropiestrom. Das bedeutet, dass aus dem wärmeren Körper die Entropie in den kälteren Körper abfließt. Dieser Vorgang dauert so lange an, bis die Temperatur ausgeglichen ist, also keine Temperaturdifferenz mehr besteht. 


Damit ihr euch das ganze noch etwas besser vorstellen könnt, vergleichen wir den Vorgang mit elektrischer Ladung. Der Kondensator, welcher elektrische Ladung enthält, beginnt sich zu entladen. Das heißt in den Stromkreis gelangt elektrische Ladung von einem Ort zu einem anderen. Allerdings fließt nicht nur die Ladung, sondern auch Energie. 


Genau so verhält es sich mit der Wärmeübertragung. Zwar fließt thermische Energie in Form von Wärme, aber eben auch noch eine andere mengenartige Größe, die Entropie. Die Wärmeübertragung ist also gleichzusetzen mit dem elektrischen Stromkreis. Wichtig dabei zu beachten ist jedoch, dass während eines Entropiestroms ebenfalls neue Entropie erzeugt wird. Das ist bei einem Stromkreis allerdings nicht der Fall.




Entropie - Das Wichtigste auf einen Blick


  • Die Entropie beschreibt eine Zustandsgröße beziehungsweise Rechengröße und spielt vor allem in der Thermodynamik eine entscheidende Rolle. 
  • Sie dient als eine Einheit, mit dessen Hilfe man Veränderung im Zusammenhang mit Wärme messen kann. Entropie kann mit Hilfe einer Rechnung ermittelt werden und nimmt lediglich dann ab, wenn eine Abgabe von Wärme stattfindet. 
  • Die Entstehungsgeschichte der Entropie, basiert auf zwei unterschiedlichen Theorien des Wärmebegriffs. Es wird zwischen der vis viva und der Caloricum Theorie unterschieden. Die Entropie misst das Caloricum, also das Messen der Wärme in Form einer Substanz. 
  • Des Weiteren verläuft die Entropie zwischen zwei Körper oder auch Systemen, wodurch ein Entropiestrom entstehen kann.



Finales Entropie Quiz

Frage

Welche Voraussetzungen muss eine Reaktion erfüllen, damit ein chemisches Gleichgewicht zustande kommt? 

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Antwort

  1. Die Reaktion muss dynamisch sein, dh. sowohl Hin- als auch Rückreaktionen müssen mit dem gleichen Stoffumsatz konstant ablaufen. 
  2. Er ist unabhängig davon, ob vom Produkt oder Edukt ausgegangen wird. 
  3. Die Reaktionsrate von Hin- und Rückreaktion ist gleich groß. 
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Frage

Was ist das Prinzip von Le Chatelier?

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Antwort

Wenn einem chemische Gleichgwicht ein Zwang von außen ausgeübt wird, dann verschiebt sich das Gleichgewicht so, dass es dem Zwang entweicht. 

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Frage

Was für ein industriellen Nutzen hat das Haber-Bosch-Verfahren?

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Antwort

Das Haber-Bosch-Verfahren wird zum Großteil zur Herstellung von Kunstdüngermittel und Salpetersäure verwendet. 

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Frage

Was gibt die Gleichgewichtskonstante Kc an?

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Antwort

Gibt Aufschluss über die Lage des Gleichgewichtes: Je größer Kc ist, desto weiter liegt das Gleichgewicht auf der Produktseite und umgekehrt.

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Frage

Was besagt das Prinzip des kleinsten Zwangs von Henry LE CHATELIER?

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Antwort

Ein System im chemischen Gleichgewicht reagiert auf Veränderungen der Reaktionsbedingungen so, dass das System dem jeweiligen äußeren Zwang ausweicht.

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Frage

Welchen Einfluss hat die Erhöhung der Konzentration der Edukte auf die Lage des Gleichgewichts?

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Antwort

Nach dem Prinzip des kleinsten Zwangs von Henry LE CHATELIER wird die Reaktionsrichtung bevorzugt, die den zugegebenen Stoff verbraucht.

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Frage

Definiere den Begriff Enthalpie.

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Antwort

Die Enthalpie ist ein Maß für die innere Energie eines thermodynamischen Systems.

Zusatz: Alle Systeme streben nach einem Enthalpieminimum, d. h. nach dem energieärmsten Zustand (z. B. Abkühlung, chemische Reaktionen zu energieärmeren Produkten).

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Frage

Was ist ein endergonischer Prozess?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Prozess, der nicht spontan abläuft mit ΔG > 0.

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Frage

Was gibt die Gleichgewichtskonstante Kc an?

Antwort anzeigen

Antwort

Gibt Aufschluss über die Lage des Gleichgewichtes: Je größer Kc ist, desto weiter liegt das Gleichgewicht auf der Produktseite und umgekehrt.

Frage anzeigen

Frage

Was besagt das Prinzip des kleinsten Zwangs von Henry LE CHATELIER?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein System im chemischen Gleichgewicht reagiert auf Veränderungen der Reaktionsbedingungen so, dass das System dem jeweiligen äußeren Zwang ausweicht.

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Frage

Welchen Einfluss hat die Erhöhung der Konzentration der Edukte auf die Lage des Gleichgewichts?

Antwort anzeigen

Antwort

Nach dem Prinzip des kleinsten Zwangs von Henry LE CHATELIER wird die Reaktionsrichtung bevorzugt, die den zugegebenen Stoff verbraucht.

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Frage

Definiere den Begriff Enthalpie.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Enthalpie ist ein Maß für die innere Energie eines thermodynamischen Systems.

Zusatz: Alle Systeme streben nach einem Enthalpieminimum, d. h. nach dem energieärmsten Zustand (z. B. Abkühlung, chemische Reaktionen zu energieärmeren Produkten).

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Frage

Was ist ein endergonischer Prozess?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Prozess, der nicht spontan abläuft mit ΔG > 0.

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Frage

Was gibt die Gleichgewichtskonstante Kc an?

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Antwort

Gibt Aufschluss über die Lage des Gleichgewichtes: Je größer Kc ist, desto weiter liegt das Gleichgewicht auf der Produktseite und umgekehrt.

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Frage

Was besagt das Prinzip des kleinsten Zwangs von Henry LE CHATELIER?

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Antwort

Ein System im chemischen Gleichgewicht reagiert auf Veränderungen der Reaktionsbedingungen so, dass das System dem jeweiligen äußeren Zwang ausweicht.

Frage anzeigen

Frage

Welchen Einfluss hat die Erhöhung der Konzentration der Edukte auf die Lage des Gleichgewichts?

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Antwort

Nach dem Prinzip des kleinsten Zwangs von Henry LE CHATELIER wird die Reaktionsrichtung bevorzugt, die den zugegebenen Stoff verbraucht.

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Frage

Definiere den Begriff Enthalpie.

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Antwort

Die Enthalpie ist ein Maß für die innere Energie eines thermodynamischen Systems.

Zusatz: Alle Systeme streben nach einem Enthalpieminimum, d. h. nach dem energieärmsten Zustand (z. B. Abkühlung, chemische Reaktionen zu energieärmeren Produkten).

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Frage

Was ist ein endergonischer Prozess?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Prozess, der nicht spontan abläuft mit ΔG > 0.

Frage anzeigen

Frage

Was gibt die Gleichgewichtskonstante Kc an?

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Antwort

Gibt Aufschluss über die Lage des Gleichgewichtes: Je größer Kc ist, desto weiter liegt das Gleichgewicht auf der Produktseite und umgekehrt.

Frage anzeigen

Frage

Was besagt das Prinzip des kleinsten Zwangs von Henry LE CHATELIER?

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Antwort

Ein System im chemischen Gleichgewicht reagiert auf Veränderungen der Reaktionsbedingungen so, dass das System dem jeweiligen äußeren Zwang ausweicht.

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Frage

Welchen Einfluss hat die Erhöhung der Konzentration der Edukte auf die Lage des Gleichgewichts?

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Antwort

Nach dem Prinzip des kleinsten Zwangs von Henry LE CHATELIER wird die Reaktionsrichtung bevorzugt, die den zugegebenen Stoff verbraucht.

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Frage

Definiere den Begriff Enthalpie.

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Antwort

Die Enthalpie ist ein Maß für die innere Energie eines thermodynamischen Systems.

Zusatz: Alle Systeme streben nach einem Enthalpieminimum, d. h. nach dem energieärmsten Zustand (z. B. Abkühlung, chemische Reaktionen zu energieärmeren Produkten).

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein endergonischer Prozess?

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Antwort

Ein Prozess, der nicht spontan abläuft mit ΔG > 0.

Frage anzeigen

Frage

Was versteht man unter der RGT-Regel?

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Antwort

Die RGD Regel beschreibt, dass eine Temperatureerhöhung um 10°C in der Regel zu einer doppelten Reaktionsgeschwindigkeit führt. 

Frage anzeigen

Frage

Welche Aussage ist falsch?

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Antwort

Der Katalysator beeinflusst die Gleichgewichtslage.

Frage anzeigen

Frage

Definieren sie die Begriffe chemisches Gleichgewicht und dynamisches Gleichgewicht.

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Antwort

Im chemischen Gleichgewicht ist die Reaktionsgeschwindigkeit der Hin- und Rückreaktion gleich. Die Ausgangsstoffe werden unvollständig umgesetzt und die Produkte sind mit den Ausgangsstoffen verunreinigt!

Wird pro Zeiteinheit genauso viel Produkt gebildet, wie durch Rückreaktion wieder zerfällt, ist das dynamische Gleichgewicht erreicht.

Frage anzeigen

Frage

Eine Temperaturerhöhung um ΔT = 10 K verdoppelt (bis verdreifacht) die Reaktionsgeschwindigkeit, besagt welche Regel?

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Antwort

Hundsdorf‘sche Regel

Frage anzeigen

Frage

Welche 2 Beispiele aus dem täglichen Leben fallen ihnen für umkehrbare chemische Reaktionen ein?

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Antwort

Trocknungsmittel und Bleiakku

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Frage

Was besagt das „Prinzip des kleinsten Zwangs“ und wie wird dieses Prinzip fachlich genannt?

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Antwort

Das sogenannte Le-Chatelier Prinzip besagt:

Das chemische Gleichgewicht weicht einem äußeren Zwang aus. Die Hin- oder Rückreaktion verläuft bevorzugt so, dass eine vorhandene Komponente verbraucht wird oder der Gasdruck abnimmt.

Frage anzeigen

Frage

Beschreiben Sie die Verschiebung des chemischen Gleichgewichts nach Le-Chatelier bei einer Temperaturänderung, bei einer Druckänderung und bei einer Konzentrationsänderung.

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Antwort

Eine Temperaturerhöhung begünstigt die endotherme Reaktion, eine Temperatursenkung die exotherme.

Die Druckerhöhung verschiebt das Gleichgewicht auf die Seite mit dem kleineren Volumen. Eine Druckerniedrigung begünstigt die Seite mit dem größeren Volumen. 

Eine Konzentrationserhöhung begünstigt die stoffverbrauchende Reaktion, die Konzentrationssenkung die stoffbildende. 

Frage anzeigen

Frage

Wie wird das Prinzip des kleinsten Zwanges noch genannt und weshalb ist das so?

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Antwort

Das Prinzip des kleinsten Zwanges wird noch als "Prinzip von Chatelier" bezeichnet und das ist so, weil es von Henry Le Chatelier und Ferdinand Braun zwischen 1884 und 1888 formuliert wurde.

Frage anzeigen

Frage

Weshalb ist es wichtig, dass du Kenntnis vom Prinzip des kleinsten Zwanges hast?

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Antwort

Das ist deshalb wichtig, weil du durch die Kenntnis des Prinzips des kleinsten Zwanges verstehst, wie sich eine chemische Reaktion durch äußere Einflüsse so beeinflussen lässt, damit eine maximale Ausbeute erzielt werden kann.

Frage anzeigen

Frage

Was besagt das Prinzip des kleinsten Zwanges?

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Antwort

Das Prinzip des kleinsten Zwanges besagt: "Wird auf ein System, das sich im chemischen Gleichgewicht befindet, ein Zwang ausgeübt, verschiebt sich die Lage des Gleichgewichts so, dass die Wirkung des Zwanges minimal wird."

Frage anzeigen

Frage

Was kannst du dir beim Prinzip des kleinsten Zwanges unter "Zwängen" vorstellen?

Antwort anzeigen

Antwort

Beim Prinzip des kleinsten Zwanges kannst du dir unter "Zwängen" Änderungen im Sinne von Stoffmengenkonzentration, Druck oder Temperatur vorstellen.

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Frage

Anhand was, können wir uns im Sinne des Prinzips des kleinsten Zwanges den Einfluss von Änderungen der Stoffmengenkonzentration auf die Lage eines Gleichgewichts, gut verdeutlichen?

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Antwort

Anhand der Erhöhung der Konzentration von z.B. Essigsäure können wir uns gut den Einfluss von Änderungen der Stoffmengenkonzentration auf die Lage eines Gleichgewichts im Sinne des Prinzips des kleinsten Zwanges verdeutlichen.

Frage anzeigen

Frage

Was gilt es im Sinne des Prinzips des kleinsten Zwanges bei allen Konzentrationen im chemischen Gleichgewicht zu beachten?

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Antwort

Es gilt im Sinne des Prinzips des kleinsten Zwanges bei allen Konzentrationen im chemischen Gleichgewicht zu beachten, dass sie konstant sind. Denn es gilt die Gleichgewichtskonstante KC.


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Frage

Was passiert laut dem Prinzip des kleinsten Zwanges, wenn wir die Konzentration von Essigsäure erhöhen?

Antwort anzeigen

Antwort

Laut dem Prinzip des kleinsten Zwanges läuft kurzzeitig mehr Estersynthese ab, wenn wir die Konzentration von Essigsäure erhöhen. Dies geschieht aus dem Grund, da wir damit die Konzentration von Ester und Wasser steigern können. Damit ist die Reaktion wieder im Gleichgewicht. KC muss wieder den charakteristischen Zahlenwert aufweisen.

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Frage

Was passiert laut dem Prinzip des kleinsten Zwanges, wenn wir auf der Produktseite z.B. das Wasser entfernen.

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Antwort

Laut dem Prinzip des kleinsten Zwanges passiert, wenn wir auf der Produktseite z.B. das Wasser entfernen, dass erneut ein Prozess der Gleichgewichtsreaktion stattfindet. Es läuft also vermehrt Esterhydrolyse ab.

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Frage

Welche Merksätze solltest du bei einer Änderung der Stoffmengenkonzentration im Sinne des Prinzips des kleinsten Zwanges wissen?

Antwort anzeigen

Antwort

Du solltest bei einer Änderung der Stoffmengenkonzentration im Sinne des Prinzips des kleinsten Zwanges dir folgende zwei Sätze merken:


  1. Erhöhung der Konzentration von Edukten, dann verstärkte Produktbildung und umgekehrt.
  2. Erniedrigung der Konzentration eines Produkts, dann verstärkter Ablauf einer Hinreaktion.
Frage anzeigen

Frage

Wann kommt eine Änderung des Drucks im Sinne des Prinzips des kleinsten Zwanges zu Stande?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Änderung des Drucks im Sinne des Prinzips des kleinsten Zwanges kommt zu Stande, wenn Gase an der Reaktion beteiligt sind. So kommt es zu einer Beeinflussung der Gleichgewichtslage.

Frage anzeigen

Frage

Was entspricht laut dem Prinzip des kleinsten Zwanges einer Erhöhung des Drucks?

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Antwort

Einer Erhöhung des Drucks laut dem Prinzip des kleinsten Zwanges entspricht die Erhöhung der Konzentration bei gelösten Stoffen.

Frage anzeigen

Frage

Welche Merksätze solltest du bei einer Änderung des Drucks im Sinne des Prinzips des kleinsten Zwanges wissen?

Antwort anzeigen

Antwort

Du solltest bei einer Änderung des Drucks im Sinne des Prinzips des kleinsten Zwanges dir folgende zwei Sätze merken:


  1. Bei einer Druckerhöhung ist die volumenmindernde Reaktion bevorzugt.
  2. Bei einer Druckerniedrigung ist die volumenvergrößernde Reaktion bevorzugt.
Frage anzeigen

Frage

Was bewirkst du nach dem Prinzip des kleinsten Zwanges mit einer Änderung der Temperatur?

Antwort anzeigen

Antwort

Du bewirkst nach dem Prinzip des kleinsten Zwanges mit einer Änderung der Temperatur, auch immer eine Änderung der Gleichgewichtskonstante KC, da diese immer nur für bestimmte Temperaturen definiert wird.

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Frage

Welche Merksätze solltest du bei einer Änderung der Temperatur im Sinne des Prinzips des kleinsten Zwanges wissen?

Antwort anzeigen

Antwort

Du solltest bei einer Änderung der Temperatur im Sinne des Prinzips des kleinsten Zwanges dir folgende zwei Sätze merken:


  1. Bei einer Temperaturerhöhung läuft die endotherme Reaktion verstärkt ab.
  2. Bei einer Temperaturerniedrigung läuft die exotherme Reaktion verstärkt ab.
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Frage

Wozu führt eine starke Temperaturerniedrigung laut dem Prinzip des kleinsten Zwanges?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine starke Temperaturerniedrigung führt laut dem Prinzip des kleinsten Zwanges dazu, dass das Gasgemisch (farbloses Gas) immer heller wird.

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Frage

Findest du ein Beispiel für die Kombination aus Temperatur-, Druck- und Stoffmengenänderung nach dem Prinzip des kleinsten Zwanges?

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Antwort

Für die Kombination aus Temperatur-, Druck- und Stoffmengenänderung nach dem Prinzip des kleinsten Zwanges ist das Haber-Bosch-Verfahren ein gutes Beispiel.

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Frage

Was ist das Haber-Bosch-Verfahren und von wem wurde es entwickelt?

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Antwort

Das Haber-Bosch-Verfahren ist ein chemisches Verfahren zur synthetischen Herstellung von Ammoniak aus den Elementen Stickstoff und Wasserstoff. Entwickelt wurde das Haber-Bosch-Verfahren vor allem von Fritz Haber (1868-1934) und Carl Bosch (1874-1940).

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Frage

Warum wurde das Haber-Bosch-Verfahren entwickelt?

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Antwort

Das Haber-Bosch-Verfahren wurde entwickelt um die Ernährung der Weltbevölkerung sicherzustellen. 

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Frage

Was sind die wichtigsten Ammoniak-Folgeprodukte, deren Herstellung erst mit Hilfe des Haber-Bosch-Verfahrens möglich wurde?

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Antwort

Die wichtigsten Ammoniak-Folgeprodukte, deren Herstellung erst mit Hilfe des Haber-Bosch-Verfahrens möglich wurde, sind zum einen Kunstdünger und zum  anderen ist das Salpetersäure und in Folge Sprengstoffe, Farbstoffe u.v.m.

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Frage

Warum ist das Haber-Bosch-Verfahren wichtig?

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Antwort

Das Haber-Bosch-Verfahren ist wichtig, weil es bisher das einzig sinnvolle Verfahren ist, Stickstoff aus der Luft chemisch nutzbar zu machen. Zudem hat sich der Mensch durch das Haber-Bosch-Verfahren vom natürlichen Stickstoffkreislauf unabhängig gemacht. Um die Ernährung der Weltbevölkerung sicherzustellen, war man nun also nicht mehr auf tierischen Kot als Düngemittel angewiesen. 

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