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Formelsammlung Physikalische Chemie/ Thermodynamik

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Fundamentalgleichungen für ein Einstoffsystem[Bearbeiten]

Ein Einstoffsystem besteht aus einer Substanz. Seine thermodynamischen Eigenschaften werden durch eine thermodynamische Zustandsfunktion, die innere Energie , die Enthalpie , die Freie Energie oder die frei Enthalpie beschrieben. Die thermodynamischen Zustandsfunktionen eines Einstoffsystems sind von zwei Variablen abhängig. Die innere Energie ist eine Funktion der Entropie und des Volumens: , die Enthalpie ist eine Funktion des Entropie und des Druckes: , die freie Energie ist eine Funktion der (absoluten) Temperatur und des Volumens: und die freie Enthalpie ist eine Funktion der Temperatur und des Druckes: .

Die Fundamentalgleichunge der Zustandfunktionen lauten in Merkform (links) bzw. unter Bemerkung der funktionalen Abhängigkeiten (rechts)

Halten wir die Entropie, das Volumen, die Temperatur oder den Druck konstant, so ergibt sich für die Änderung der Zustansfunktionen


Freie Enthalpie / Gibbs-Energie[Bearbeiten]

  • : exergone Reaktion, die unter den gegebenen Bedingungen (Konzentrationen) spontan abläuft;
  • : Gleichgewichtssituation, keine Reaktion;
  • : endergone Reaktion, deren Ablauf in der angegebenen Richtung Energiezufuhr erfordern würde.

Definition[Bearbeiten]

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Hinweis: Die Energie wird häufig in kJ (10³ Joule) angegeben.

Freie Reaktionsenthalphie[Bearbeiten]

Standardbedingungen[Bearbeiten]

  • : Produkte - Edukte mit stöchiometrischen Faktoren
  • Q nach Massenwirkungsgesetz
  • R universelle Gaskonstante 8,314 J/mol K
  • Temperatur T in Kelvin

Reaktion mit Gleichgewichtsfaktor[Bearbeiten]

Reaktion im Gleichgewicht[Bearbeiten]

Elektrochemie[Bearbeiten]

(z: übertragene Elektronen, F: Faradaykonstante: 96480 As/mol, : Zellspannung, Einheit: As * V = J)

ideales Gasgesetz[Bearbeiten]

(p = Druck, V = Volumen, n = Stoffmenge, R = ideale Gaskonstante: 8,314 J mol−1 K−1, T = Temperatur)

Volumenarbeit[Bearbeiten]

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isotherm und reversibel[Bearbeiten]

(dW = Änderung der Energie, p = Druck, dV = Volumenänderung)

(W = Arbeit, n = Stoffmenge, R = ideale Gaskonstante, T = Temperatur, V1 = Volumen zu Anfang, V2 = Volumen zum Schluss)

isotherm und irreversibel[Bearbeiten]

(W = Arbeit, pex = Druck, ΔV = Volumenänderung)