Freie Enthalpie Rechner
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Gibbs-EnergieGibbs-Helmholtz-GleichungEnthalpie vs. EntropieFreie-Enthalpie-RechnerFreie-Enthalpie-Rechner in der PraxisFAQsDieser Freie-Enthalpie-Rechner für die Gibbs-Energie ist genau das richtige Werkzeug zur Bestimmung, ob eine Reaktion spontan ablaufen kann oder nicht. Die Gibbs-Helmholtz-Gleichung der freien Enthalpie nutzt die Beziehung zwischen Enthalpie und Entropie.
In den folgenden Abschnitten erfährst du, wie du die Gibbs-Energie berechnest, wie du ihre Einheiten angibst und wofür du diesen Rechner verwenden kannst. Um die Phasenregel zu überprüfen, verwende unseren Gibbssche Phasenregel Rechner 🇺🇸.
Gibbs-Energie
Was ist die Gibbs-Energie? In Gleichungen wird sie als G bezeichnet und ist eine Kombination aus Enthalpie und Entropie. Das Zeichen vor der Gibbs-Energie gibt die Richtung der chemischen Reaktion an, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind:
- konstante Temperatur; und
- konstanter Druck.
In einem solchen Fall gibt es zwei Möglichkeiten, je nachdem, was du aus der Formel erhältst:
-
Wenn ΔG > 0 ist, läuft die Reaktion nicht spontan ab — externe Energie muss für den Reaktionsablauf zugeführt werden (du kannst sie mit unserem Aktivierungsenergie Rechner 🇺🇸 abschätzen). Diese externe Energie kann Wärme, ein Photon oder eine andere Energiequelle sein.
-
Wenn ΔG < 0 ist, läuft die Reaktion spontan ab, ohne Zufuhr externer Energie. Die Reaktion läuft von alleine ab.
Gibbs-Helmholtz-Gleichung
Die Gibbs-Helmholtz-Gleichung zur Berechnung der Gibbs-Energie lautet:
ΔG = ΔH - T × ΔS,
wobei:
ΔG— Änderung der Gibbs-Energie;ΔH— Änderung der Enthalpie;ΔS— Änderung der Entropie; undT— Temperatur in Kelvin.
Die Antwort auf die Frage „Was ist die Gibbs-Energie?” lautet, dass sie Enthalpie und Entropie in Beziehung setzt.
Enthalpie vs. Entropie
Die Enthalpie, hier als H bezeichnet, ist die Summe der inneren Energien eines Systems und der Volumenarbeit. Die Entropie hingegen ist ein Maß für die Unordnung eines Systems und wird mit S bezeichnet.
Ein System strebt immer nach minimaler Enthalpie und maximaler Entropie.
Die Einheit der Enthalpie ist J, während die der Entropie J/K ist.
Daher können wir die Einheiten der Gibbs-Enthalpie aus der Gibbs-Helmholtz-Gleichung ableiten. Das sind einfach Einheiten der Energie, typischerweise J.
Du kannst das Gasvolumen und die Stoffmenge mit unserem Standardbedingungen Rechner (Temperatur und Druck) 🇺🇸 überprüfen.
Freie-Enthalpie-Rechner
Dieses Tool wendet die Formel auf Beispiele aus der Praxis an. Alles, was du wissen musst, sind drei von vier Variablen: Enthalpieänderung (ΔH), Änderung der Entropie (ΔS), Temperatur (T) oder Änderung der Gibbs-Energie (ΔG). Da die Formel in jede Richtung gelesen werden kann, setze einfach alle Daten ein, die du hast, und der vierte Wert wird für dich berechnet.
Der Vollständigkeit halber sind hier die verwendeten Formeln aufgeführt:
-
ΔG = ΔH - T × ΔS; -
ΔH = ΔG + T × ΔS; und -
ΔS = (ΔH - ΔG) / T.
Freie-Enthalpie-Rechner in der Praxis
Die Theorie der Gibbs-Energie zu kennen, ohne zu wissen, wie man sie in der Praxis anwendet, nützt niemandem etwas. Deshalb haben wir ein einfaches Beispiel vorbereitet, wie du die freie Enthalpie mit diesem Tool berechnen kannst. Stell dir vor, du hast eine Reaktion und kennst ihre anfängliche Entropie und Enthalpie und weißt, dass sie bei 20°C stattfindet. Außerdem gibt es noch einen Hinweis auf die Endentropie und -enthalpie.
Jetzt musst du nur noch herausfinden, ob die Reaktion spontan abläuft oder nicht. Wenn das der Fall ist, lass uns die freie Gibbs-Energie berechnen!
Berechnen wir sie anhand der folgenden Reaktion:
- Anfängliche Enthalpie: H0 = 0;
- End-Enthalpie: H1 = -92,22 kJ;
- Anfangsentropie: S0 = 583,65 J/K;
- End-Entropie: S1 = 384,9 J/K; und
- T = 20°C = 20 + 273,15 = 293,15 K.
Daraus folgt:
- ΔH = -92,22 kJ; und
- ΔS = -198,75 J/K = -0,19875 kJ/K.
Aus der Gibbs-Helmholtz-Gleichung:
ΔG = ΔH - T × ΔS
ΔG = -92,22 - (-0,19875 × 293,15)
ΔG = -33,96 kJ
Das Ergebnis der Gibbs-Helmholtz-Gleichung ist kleiner als Null, was bedeutet, dass die Reaktion spontan abläuft.
💡 Überprüfe, ob die Einheiten der freien Gibbs-Energie im Verhältnis zu den Einheiten von Enthalpie und Entropie sinnvoll sind.
Wie berechne ich die Gibbs-Energie?
So berechnest du die Gibbs-Energie:
-
Bestimme die Temperatur, bei welcher die Reaktion stattfindet.
-
Subtrahiere die Anfangsentropie von ihrem Endwert, um die Entropieänderung zu ermitteln.
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Berechne auf die gleiche Weise die Enthalpieänderung.
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Multipliziere die Entropieänderung mit der Temperatur.
-
Ziehe das Produkt von der Enthalpieänderung ab, um die Gibbs-Energie zu erhalten.
Warum beträgt die Gibbs-Energie im Gleichgewicht null?
Die Gibbs-Energie ist für Systeme im Gleichgewicht gleich null, weil keine Nettoveränderung einer der Größen stattfindet, von denen sie abhängt. Da alles konstant ist, steht keine Energie zur Verfügung, um Arbeit zu verrichten (es sei denn, der Prozess wird gestört!).
Welche Informationen liefert die Gibbs-Energie über eine Reaktion?
Die Gibbs-Energie gibt Auskunft über die maximale Energie, die in einem System zur Verfügung steht, um Arbeit zu verrichten. Sie wird normalerweise verwendet, um festzustellen, ob die Reaktion spontan abläuft, nicht spontan abläuft oder sie sich im Gleichgewicht befindet.
Was passiert, wenn die Gibbs-Energie gleich null ist?
Wenn die Gibbs-Energie gleich null ist, laufen die Hin- und Rückreaktion mit der gleichen Geschwindigkeit ab. Das bedeutet, dass sich das System im Gleichgewicht befindet und sich die Konzentrationen der Edukte und Produkte nicht verändern.
Wie kann man feststellen, ob eine Reaktion spontan oder nicht spontan abläuft?
Um die Spontanität einer chemischen Reaktion zu berechnen, berechne ihre Gibbs-Energie.
Wenn sie negativ ist, läuft der Prozess spontan ab (exergonisch).
Ein positiver Wert bedeutet, dass er nicht spontan ist (endergonisch).