Select your language

Suggested languages for you:
Log In Anmelden
StudySmarter - Die all-in-one Lernapp.
4.8 • +11k Ratings
Mehr als 5 Millionen Downloads
Free
|
|

Die All-in-one Lernapp:

  • Karteikarten
  • NotizenNotes
  • ErklärungenExplanations
  • Lernpläne
  • Übungen
App nutzen

Freie Enthalpie

Save Speichern
Print Drucken
Edit Bearbeiten
Melde dich an und nutze alle Funktionen. Jetzt anmelden
Chemie

In diesem Artikel geht es um die freie Enthalpie. Wir erklären dir, was die freie Enthalpie ist, wie wir sie berechnen und zudem, was sich mit ihr ausdrücken lässt. Dies verdeutlichen wir dir anhand von zwei Anwendungsbeispielen. Vorab ist zu sagen, dass mit Hilfe der freien Enthalpie Aussagen über die Richtung einer Reaktion getroffen werden können. Deshalb ist es wichtig, dass du Kenntnis von dieser hast. Dieser Artikel ist dem Schulfach Chemie zuzuordnen und stellt ein Subtopic des Themas Gleichgewichtsreaktionen dar.

Was versteht man unter der Freien Enthalpie?

Die freie Enthalpie (auch Gibbs-Helmholtz Enthalpie) ist ein Maß für die Triebkraft eines chemischen Prozesses und wird mit dem Buchstaben G abgekürzt. Sie wird durch die Reaktions-Enthalpie und -entropie bestimmt und mit Hilfe der Gibbs-Helmholtz-Gleichung berechnet.

Important to know:

Die beiden reaktionstreibenden Kräfte der Enthalpie und der Entropie sagen uns schon viel über die Richtung einer Reaktion aus. Allerdings stellt sich uns bezüglich der Entropie das Problem, dass wir in einem geschlossenen System nicht nur die Entropie-Änderung innerhalb des Systems, sondern auch zugleich diejenige der Umgebung berücksichtigen müssen. Deshalb wäre es weitaus einfacher, wenn wir allein mit den Veränderungen innerhalb des Systems, Aussagen über die Richtung der Reaktion machen könnten. Dafür wurde eine neue Größe, die freie Enthalpie, definiert. Sie stellt eine Verbindung der Größen Enthalpie, Entropie und absoluter Temperatur dar.

Freie Enthalpie - Berechnung durch die Gibbs-Helmholtz-Gleichung

Die freie Enthalpie einer Reaktion können wir durch folgende Gleichung bestimmen:

Die freie Enthalpie wird für eine bestimmte Reaktion berechnet. Dementsprechend gilt für die Berechnung, dass wir mit den Parametern H (Reaktions-Enthalpie) und S (Entropie) bereits die Gesamtreaktion betrachten. Den Wert von G können wir dann zur weiteren Beurteilung einer chemischen Reaktion heranziehen.

Freie Enthalpie - Beurteilung einer Reaktion

Mit Hilfe der freien Enthalpie können wir nun definitive Aussagen über den Reaktionsverlauf und deren Freiwilligkeit bzw. Spontaneität treffen. Genauer gesagt, kann eine Reaktion bei gleichbleibender Temperatur und gleichbleibendem Druck nur spontan ablaufen, wenn der Wert von G kleiner als null ist:

  • G < 0 : Die Reaktion läuft freiwillig ab und somit liegt eine exergonische Reaktion vor.
  • G = 0 : Die Reaktion befindet sich im Gleichgewicht.
  • G > 0 : Die Reaktion läuft nicht freiwillig ab und somit liegt eine endergonische Reaktion vor. Sie kann z.B nur durch Zufuhr von Arbeit erzwungen werden.

Die freie Enthalpie zeigt uns durch ihr Vorzeichen an, ob eine Reaktion in einem geschlossenen System bei konstanter Temperatur und konstantem Druck freiwillig ablaufen kann oder nicht. Ihr Zahlenwert gibt an, wie weit der anfängliche Zustand vom Gleichgewicht entfernt liegt.

Important to know:

Die Begriffe „exer- und endergonisch“ sind keine Synonyme für „exo- und endotherm“.

Freie Enthalpie - Anwendungsbeispiele

Ob eine Reaktion innerhalb eines geschlossenen Systems ablaufen kann, vergegenwärtigen wir uns durch die Betrachtung der einzelnen Parameter der Freien-Enthalpie-Gleichung:

1. Anwendungsbeispiel:

Ist H negativ und hat zugleich einen hohen Wert, was bei stark exothermen Reaktionen der Fall ist, dann ist G auch dann negativ, wenn die Entropie wächst. Das bedeutet für uns, dass eine Reaktion ablaufen kann, obwohl die Ordnung zunimmt. Ein Beispiel hierfür ist die Reaktion zwischen Sauerstoff und Wasserstoff zu Wasser:

Hierbei reagieren 2 Volumenanteile Wasserstoff mit 1 Volumenanteil Sauerstoff zu 2 Volumenanteilen Wasser:

Abb. 1: Reaktionsbeispiel - Wasser

via uni-ulm.de

Wir bilden also aus drei Teilen (zwei Wasserstoffmoleküle und ein Sauerstoffmolekül) zwei Teile (zwei Wassermoleküle). Dadurch sinkt die Entropie. Außerdem ist Wasser ein Gas, das sehr leicht zu einer Flüssigkeit kondensiert, was die Entropie zudem sinken lässt. Durch die stark exotherme Reaktion allerdings, hat die Enthalpie-Änderung einen solch hohen negativen Wert, dass die positiven Entropie-Werte die Gleichung dennoch negativ werden lassen. Die Änderung der freien Enthalpie G ist folglich negativ und somit kann die Reaktion ablaufen, ohne dass z.B. Arbeit zugeführt werden muss.

2. Anwendungsbeispiel:

Der Entropie-Teil hat einen bedeutenden Einfluss, wenn die Enthalpie einen kleinen Wert hat bzw. wenn sie positiv (endotherm) ist. Ein Beispiel für eine solche Reaktion ist der Zerfall von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid und Sauerstoff:

Diese Reaktion läuft schon bei moderat hohen Temperaturen ab und das obwohl sie endotherm ist. Der Antrieb des chemischen Prozesses liegt damit in der Entropie begründet. Aus zwei Gasmolekülen entstehen drei, was die Gesamtanzahl um 50 % erhöht und somit zu mehr Unordnung (=Entropie-Zunahme) führt:

Abb. 2: Reaktionsbeispiel - Kohlendioxid

via uni-ulm.de

Freie Enthalpie - Alles Wichtige auf einen Blick:

  • Die freie Enthalpie G (auch Gibbs-Helmholtz Enthalpie) ist ein Maß für die Triebkraft eines chemischen Prozesses.
  • Sie wird mit Hilfe der Gibbs-Helmholtz-Gleichung berechnet: G=H-TS
  • Diese stellt eine Verbindung der Größen Enthalpie, Entropie und absoluter Temperatur dar und allein mit ihr lassen sich Aussagen über die Veränderungen innerhalb eines Systems treffen (definitive Aussagen über den Reaktionsverlauf und deren Freiwilligkeit bzw. Spontaneität):
    • G < 0 : Ablauf der Reaktion = freiwillig (exergonische Reaktion).
    • G = 0 : Die Reaktion befindet sich im Gleichgewicht.
    • G > 0 : Ablauf der Reaktion = nicht-freiwillig (endergonische Reaktion).

FERTIG!

Zum einen weißt du jetzt, was die freie Enthalpie ist und zum anderen bist du nun in der Lage deren mathematische Gleichung zu erkennen sowie chemische Prozesse mit Hilfe dieser Größe zu beurteilen. Artikel zu diesem und vielen weiteren Themen, Übungsaufgaben und hilfreiche Literatur findest du auf StudySmarter.

Finales Freie Enthalpie Quiz

Frage

Worüber kann man durch das Ergebnis der Gibbs-Helmholtz-Gleichung Aussagen treffen?

Antwort anzeigen

Antwort

Mithilfe des Ergebnisses der Gibbs-Helmholtz-Gleichung kann man bestimmen, ob eine chemische Reaktion spontan abläuft oder nicht.

Frage anzeigen

Frage

Läuft eine chemische Reaktion spontan ab, wenn die Gibbs-Energie der Reaktion einen positven Wert besitzt?

Antwort anzeigen

Antwort

Ja.

Frage anzeigen

Frage

Läuft eine chemische Reaktion spontan ab, wenn die Gibbs-Energie der Reaktion einen negativen Wert besitzt?

Antwort anzeigen

Antwort

Ja.

Frage anzeigen

Frage

Läuft eine chemische Reaktion spontan ab, wenn die Gibbs-Energie der Reaktion einen Wert von 0 besitzt?

Antwort anzeigen

Antwort

Nein, sie befindet sich im thermodynamischen Gleichgewicht.

Frage anzeigen

Frage

Eine chemische Reaktion, die freiwillig abläuft, wird auch ... genannt.

Antwort anzeigen

Antwort

exergonisch

Frage anzeigen

Frage

Eine chemische Reaktion, die NICHT freiwillig abläuft, wird auch ... genannt.

Antwort anzeigen

Antwort

endergonisch

Frage anzeigen

Frage

Was gibt das Symbol ΔS in der Gibbs-Helmholtz-Gleichung an? 


Antwort anzeigen

Antwort

Das Symbol ΔS gibt die Änderung der Entropie der chemischen Reaktion an. 


Frage anzeigen

Frage

Ist die Enthalpieänderung einer chemischen Reaktion positiv, so wird die Reaktion als ... bezeichnet.

Antwort anzeigen

Antwort

endotherm

Frage anzeigen

Frage

Ist die Enthalpieänderung einer chemischen Reaktion negativ, so wird die Reaktion als ... bezeichnet.

Antwort anzeigen

Antwort

exotherm

Frage anzeigen

Frage

Wie werden chemische Reaktionen mit einer positiven Gibbs-Energie bezeichnet?

Antwort anzeigen

Antwort

 Reaktionen mit einer positiven Gibbs-Energie werden als endergonisch bezeichnet.


Frage anzeigen

Frage

Können chemische Reaktionen mit einer positiven Gibbs-Energie spontan/freiwillig ablaufen?

Antwort anzeigen

Antwort

Nein.

Frage anzeigen

Frage

Wie werden chemische Reaktionen mit einer negativen Gibbs-Energie bezeichnet?


Antwort anzeigen

Antwort

Reaktionen mit einer negativen Gibbs-Energie werden als exergonisch bezeichnet.


Frage anzeigen

Frage

Können chemische Reaktionen mit einer negativen Gibbs-Energie spontan/freiwillig ablaufen?

Antwort anzeigen

Antwort

Ja.

Frage anzeigen

Frage

Was liegt vor, wenn eine chemische Reaktion eine Gibbs-Energie von 0 besitzt?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine chemische Reaktion, die eine Gibbs-Energie von 0 besitzt, befindet sich im thermodynamischen Gleichgewicht.

Frage anzeigen

Frage

Warum ist es wichtig, dass du Kenntnis von der freien Enthalpie hast?

Antwort anzeigen

Antwort

Es ist wichtig, dass du Kenntnis von der freien Enthalpie hast, weil mit Hilfe der freien Enthalpie Aussagen über die Richtung einer Reaktion getroffen werden können. 

Frage anzeigen

Frage

Was ist die freie Enthalpie?

Antwort anzeigen

Antwort

Die freie Enthalpie (auch Gibbs-Helmholtz Enthalpie) ist ein Maß für die Triebkraft eines chemischen Prozesses und wird mit dem Buchstaben G abgekürzt. 

Frage anzeigen

Frage

Durch was wird die freie Enthalpie bestimmt?

Antwort anzeigen

Antwort

Die freie Enthalpie wird durch die Reaktionsenthalpie und -entropie bestimmt.

Frage anzeigen

Frage

Warum wurde die freie Enthalpie als zusätzliche Größe definiert?

Antwort anzeigen

Antwort

Die freie Enthalpie wurde als zusätzliche Größe definiert, weil es weitaus einfacher ist, wenn wir allein mit den Veränderungen innerhalb des Systems, Aussagen über die Richtung der Reaktion machen könnten.

Frage anzeigen

Frage

Warum reichen die reaktionstreibenden Kräfte der Enthalpie und Entropie im Gegensatz zur freien Enthalpie nicht aus, um umfassende Aussagen über die Richtung einer Reaktion zu machen?

Antwort anzeigen

Antwort

Die reaktionstreibenden Kräfte der Enthalpie und Entropie im Gegensatz zur freien Enthalpie reichen nicht aus, um umfassende Aussagen über die Richtung einer Reaktion zu machen. Die Enthalpie und Entropie sagen uns zwar schon viel über die Richtung einer Reaktion aus. Allerdings stellt sich sich uns bezüglich der Entropie das Problem, dass wir in einem geschlossenen System nicht nur die Entropieänderung innerhalb des Systems, sondern auch zugleich diejenige der Umgebung berücksichtigen müssen. Deshalb ist es weitaus einfacher Aussagen über die Richtung der Reaktion mit Hilfe der freien Enthalpie zu machen.

Frage anzeigen

Frage

Welche Verbindung stellt die freie Enthalpie dar?

Antwort anzeigen

Antwort

Die freie Enthalpie stellt eine Verbindung der Größen Enthalpie, Entropie und absoluter Temperatur dar. 

Frage anzeigen

Frage

Durch welche Gleichung können wir die freie Enthalpie einer Reaktion bestimmen? 

Antwort anzeigen

Antwort

Die freie Enthalpie einer Reaktion können wir mit folgender Gleichung bestimmen: 


ΔG = ΔH − T ⋅ ΔS


Frage anzeigen

Frage

Für was wird die freie Enthalpie berechnet?

Antwort anzeigen

Antwort

Die freie Enthalpie wird für eine bereits bestimmte Reaktion berechnet. Dementsprechend gilt, dass wir mit den Parametern H (Reaktionsenthalpie) und S (Entropie) bereits die Gesamtreaktion betrachten. Den Wert von G können wir dann zur weiteren Beurteilung einer chemischen Reaktion heranziehen.

Frage anzeigen

Frage

Worüber können wir Aussagen mit Hilfe der freien Enthalpie treffen?

Antwort anzeigen

Antwort

Mit Hilfe der freien Enthalpie können wir definitive Aussagen über den Reaktionsverlauf und deren Freiwilligkeit bzw. Spontaneität treffen. 

Frage anzeigen

Frage

Wann kann eine Reaktion bei gleichbleibendem Druck und gleichbleibender Temperatur, die mit Hilfe der freien Enthalpie beurteilt werden kann, spontan ablaufen?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Reaktion bei gleichbleibendem Druck und gleichbleibender Temperatur, die mit Hilfe der freien Enthalpie beurteilt werden kann, kann nur spontan ablaufen, wenn der Wert von G kleiner als null ist.

Frage anzeigen

Frage

Welche drei Varianten einer Reaktion können nun mit Hilfe der freien Enthalpie beurteilt werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Mit Hilfe der freien Enthalpie können folgende drei Varianten einer Reaktion beurteilt werden:


  • G < 0: Die Reaktion läuft freiwillig ab und somit liegt eine exergonische Reaktion vor.
  • G = 0: Die Reaktion befindet sich im Gleichgewicht.
  • G > 0: Die Reaktion läuft nicht freiwillig ab und somit liegt eine endergonische Reaktion vor. Sie kann z.B. nur durch Zufuhr von Arbeit erzwungen werden.
Frage anzeigen

Frage

Was gibt uns das Vorzeichen der freien Enthalpie an?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Vorzeichen der freien Enthalpie gibt uns an, ob eine Reaktion in einem geschlossenen System bei konstanter Temperatur und konstantem Druck freiwillig ablaufen kann oder nicht. 

Frage anzeigen

Frage

Was gibt uns der Zahlenwert der freien Enthalpie an?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Zahlenwert der freien Enthalpie gibt uns an, wie weit der anfängliche Zustand vom Gleichgewicht entfernt liegt.

Frage anzeigen

Frage

Womit sind die zwei Begriffe "exer- und endergonisch", auf welche die freie Enthalpie hinweist, nicht zu verwechseln?

Antwort anzeigen

Antwort

Die zwei Begriffe "exer- und endergonisch", auf welche die freie Enthalpie hinweist, sind keine Synonyme für "exo- und endotherm".

Frage anzeigen

Frage

Was gibt die Enhalpie an?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Enthalpie gibt die Menge an aufgenommener oder abgegebener Wärme einer chemischen Reaktion an.

Frage anzeigen
Mehr zum Thema Physikalische Chemie
60%

der Nutzer schaffen das Freie Enthalpie Quiz nicht! Kannst du es schaffen?

Quiz starten

Finde passende Lernmaterialien für deine Fächer

Alles was du für deinen Lernerfolg brauchst - in einer App!

Lernplan

Sei rechtzeitig vorbereitet für deine Prüfungen.

Quizzes

Teste dein Wissen mit spielerischen Quizzes.

Karteikarten

Erstelle und finde Karteikarten in Rekordzeit.

Notizen

Erstelle die schönsten Notizen schneller als je zuvor.

Lern-Sets

Hab all deine Lermaterialien an einem Ort.

Dokumente

Lade unzählige Dokumente hoch und habe sie immer dabei.

Lern Statistiken

Kenne deine Schwächen und Stärken.

Wöchentliche

Ziele Setze dir individuelle Ziele und sammle Punkte.

Smart Reminders

Nie wieder prokrastinieren mit unseren Lernerinnerungen.

Trophäen

Sammle Punkte und erreiche neue Levels beim Lernen.

Magic Marker

Lass dir Karteikarten automatisch erstellen.

Smartes Formatieren

Erstelle die schönsten Lernmaterialien mit unseren Vorlagen.

Melde dich an für Notizen & Bearbeitung. 100% for free.