Gibbs-Energie-Rechner

Die Gibbs-Energie verbindet Enthalpie, Entropie und Temperatur zu einem Kriterium für die thermodynamische Richtung bei konstanter Temperatur und konstantem Druck. Ihre Änderung Delta G zeigt, ob ein betrachteter Prozess unter bestimmten Bedingungen begünstigt ist. Ein negativer Wert begünstigt die Vorwärtsrichtung, ein positiver die Rückwärtsrichtung, und null entspricht dem Gleichgewicht. Begünstigung ist nicht mit Geschwindigkeit gleichzusetzen: Eine stark begünstigte Reaktion kann ohne geeigneten Reaktionsweg unmerklich langsam verlaufen. Die bekannte Beziehung lautet Delta G = Delta H − T Delta S. Delta H beschreibt die bei konstantem Druck aufgenommene oder abgegebene Wärme, Delta S die Änderung der Energieverteilung oder der zugänglichen Zustände. Die Temperatur muss als absolute Temperatur in Kelvin vorliegen. Dieser Rechner akzeptiert Enthalpie in Kilojoule pro Mol und Entropie in Joule pro Mol und Kelvin. Daher teilt er T Delta S vor dem Subtrahieren durch tausend. Die ausdrückliche Umrechnung verhindert einen häufigen Fehler um den Faktor tausend. Die Standard-Gibbs-Energie ist über Delta G standard = −RT ln K auch mit der Gleichgewichtskonstante verknüpft. K größer als eins führt zu einer negativen Standard-Gibbs-Energie und einem produktbegünstigten Gleichgewicht. K kleiner als eins ergibt einen positiven Wert und ein eduktbegünstigtes Gleichgewicht. Verwendet wird der natürliche, nicht der dekadische Logarithmus; K muss positiv sein. Die Gleichung gilt, wenn Gleichgewichtskonstante und Definition des Standardzustands zusammenpassen. Enthalpie und Entropie können einander entgegenwirken oder verstärken. Ein exothermer Prozess mit zunehmender Entropie ist im idealisierten Modell bei allen positiven Temperaturen begünstigt. Ein endothermer Prozess mit abnehmender Entropie ist bei allen Temperaturen ungünstig. Haben beide Änderungen dasselbe Vorzeichen, kann die Temperatur bestimmen, welcher Term überwiegt, und ein Umschlag kann auftreten. Phasenübergänge sind bekannte Beispiele: Schmelzen kann oberhalb einer charakteristischen Temperatur begünstigt sein, obwohl es Wärme aufnimmt. Die berechnete Spontaneität beschreibt die Thermodynamik des eingegebenen Zustands und der Annahmen. Aktivierungsenergie, Katalysatoren, Reaktionsmechanismus, Transportbegrenzungen und nichtideale Aktivitäten werden nicht berücksichtigt. Standardwerte beziehen sich gewöhnlich auf definierte Standardzustände und häufig auf 298.15 K. Weit von der Referenztemperatur können Wärmekapazitätskorrekturen nötig sein. Der Rechner eignet sich für den Chemieunterricht, eine schnelle Reaktionsbewertung, die Gleichgewichtsinterpretation und nachvollziehbare Abschätzungen mit geprüften Einheiten vor einer detaillierten Modellierung.