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Einführung in die Chemie (Deutsch)

Lernziel

  • Beschreiben Sie die Unterschiede zwischen spontanen und nichtontanen Prozessen.

Schlüsselpunkte

    • Ein spontaner Prozess kann in eine bestimmte Richtung verlaufen, ohne von einer externen Energiequelle angetrieben werden zu müssen.,
    • Die Gesetze der Thermodynamik bestimmen die Richtung eines spontanen Prozesses und stellen sicher, dass die Richtung immer in Richtung einer erhöhten Entropie liegt, wenn eine ausreichend große Anzahl einzelner Wechselwirkungen beteiligt ist.
    • Eine endergonische Reaktion (auch nonpontane Reaktion genannt) ist eine chemische Reaktion, bei der die Standardänderung der freien Energie positiv ist und Energie absorbiert wird.
    • Endergonische Prozesse können durch Kopplung an hochexergonische Reaktionen geschoben oder gezogen werden.,

Zahlung

  • exergonicDescribing eine Reaktion setzt Energie frei, auf seine Umgebung.
  • endergonicBeschreibt eine Reaktion, die Energie aus ihrer Umgebung absorbiert.
  • entropiE thermodynamische Eigenschaft, die das Maß für die Wärmeenergie eines Systems pro Temperatureinheit ist, die für nützliche Arbeiten nicht verfügbar ist.

Es gibt zwei Arten von Prozessen (oder Reaktionen): spontan und nicht spontan. Spontane Veränderungen, auch natürliche Prozesse genannt, gehen vor, wenn sie sich selbst überlassen werden, und in Ermangelung eines Versuchs, sie umgekehrt zu treiben., Die Konvention von änderungen der freien Energie folgt der Allgemeinen Konvention für thermodynamische Messungen. Dies bedeutet, dass eine Freisetzung von freier Energie aus dem System einer negativen Veränderung der freien Energie entspricht, jedoch einer positiven Veränderung für die Umgebung. Beispiele hierfür sind:

  • ein in einem Raum diffundierender Geruch
  • Eis schmilzt in lauwarmem Wasser
  • Salz löst sich in Wasser auf
  • Eisenrosten.,

Die Gesetze der Thermodynamik bestimmen die Richtung eines spontanen Prozesses und stellen sicher, dass die Richtung immer in Richtung einer erhöhten Entropie liegt, wenn eine ausreichend große Anzahl einzelner Wechselwirkungen (wie kollidierende Atome) beteiligt ist.

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass für jeden spontanen Prozess das gesamte ΔS größer oder gleich Null sein muss; spontane chemische Reaktionen können jedoch zu einer negativen Änderung der Entropie führen., Dies widerspricht jedoch nicht dem zweiten Gesetz, da eine solche Reaktion eine ausreichend große negative Enthalpieänderung (Wärmeenergie) aufweisen muss. Der Temperaturanstieg der Reaktionsumgebung führt zu einem ausreichend großen Anstieg der Entropie, so dass die Gesamtänderung der Entropie positiv ist. Das heißt, die ΔS der Umgebung nimmt aufgrund der Exothermität der Reaktion ausreichend zu, so dass sie die negativen ΔS des Systems überkompensiert. Da die Gesamt ΔS = ΔSsurroundings + ΔSsystem, die Gesamtänderung in der Entropie ist immer noch positiv.,

Spontane Prozesse

Spontaneität bedeutet nicht, dass die Reaktion mit großer Geschwindigkeit. Zum Beispiel ist der Zerfall von Diamanten in Graphit ein spontaner Prozess, der sehr langsam abläuft und Millionen von Jahren dauert. Die Geschwindigkeit einer Reaktion ist unabhängig von ihrer Spontaneität und hängt stattdessen von der chemischen Kinetik der Reaktion ab. Jeder Reaktant in einem spontanen Prozess neigt dazu, das entsprechende Produkt zu bilden. Diese Tendenz hängt mit der Stabilität zusammen.,

nichtpontane Prozesse

Eine endergonische Reaktion (auch als nichtpontane Reaktion oder ungünstige Reaktion bezeichnet) ist eine chemische Reaktion, bei der die Standardänderung der freien Energie positiv ist und Energie absorbiert wird. Die gesamte Energiemenge ist ein Verlust (es braucht mehr Energie, um die Reaktion zu starten als das, was daraus gewonnen wird), so dass die Gesamtenergie ein negatives Nettoergebnis ist. Endergonische Reaktionen können auch durch Kopplung an eine andere Reaktion, die stark exergonisch ist, durch ein gemeinsames Zwischenprodukt vorangetrieben werden.,Saul Steinberg von The New Yorker illustriert hier einen unbestreitbaren Prozess.

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