Gibbs-Freie-Energie-Rechner

Einführung

Der Gibbs-Freie-Energie-Rechner ist ein wesentliches Werkzeug in der Thermodynamik, das hilft zu bestimmen, ob eine chemische Reaktion oder ein physikalischer Prozess spontan unter konstanten Temperatur- und Druckbedingungen abläuft. Benannt nach Josiah Willard Gibbs, ist dieses thermodynamische Potential entscheidend für das Verständnis chemischer Gleichgewichte, der Durchführbarkeit von Reaktionen und der Energieumwandlungen in verschiedenen wissenschaftlichen und ingenieurtechnischen Anwendungen. Unser Rechner bietet eine einfache Möglichkeit, die Gibbs-Freie-Energie (ΔG) mithilfe der grundlegenden Gleichung ΔG = ΔH - TΔS zu berechnen, wobei ΔH die Enthalpiedifferenz, T die Temperatur und ΔS die Entropiedifferenz darstellt.

Die Gibbs-Freie-Energie dient als leistungsstarker Prädiktor für die Spontaneität von Reaktionen – negative Werte deuten auf spontane Prozesse hin, während positive Werte nicht-spontane Reaktionen signalisieren, die Energiezufuhr erfordern. Durch das Verständnis und die Berechnung dieses wesentlichen thermodynamischen Parameters können Wissenschaftler, Ingenieure und Studenten Reaktionsverläufe vorhersagen, Prozesse optimieren und tiefere Einblicke in die Energetik chemischer und physikalischer Transformationen gewinnen.

Gibbs-Freie-Energie-Formel

Die Änderung der Gibbs-Freien Energie (ΔG) wird mit folgender Gleichung berechnet:

$\Delta G = \Delta H - T\Delta S$

Wo:

• ΔG = Änderung der Gibbs-Freien Energie (kJ/mol)
• ΔH = Enthalpiedifferenz (kJ/mol)
• T = Temperatur (Kelvin)
• ΔS = Entropiedifferenz (kJ/(mol·K))

Diese Gleichung stellt das Gleichgewicht zwischen zwei grundlegenden thermodynamischen Faktoren dar:

1. Enthalpiedifferenz (ΔH): Repräsentiert den Wärmeaustausch während eines Prozesses bei konstantem Druck
2. Entropiedifferenz (ΔS): Repräsentiert die Änderung der Unordnung des Systems, multipliziert mit der Temperatur

Interpretation der Ergebnisse

Das Vorzeichen von ΔG liefert entscheidende Informationen über die Spontaneität der Reaktion:

• ΔG < 0 (negativ): Der Prozess ist spontan (exergon) und kann ohne externe Energiezufuhr ablaufen
• ΔG = 0: Das System befindet sich im Gleichgewicht ohne Nettoänderung
• ΔG > 0 (positiv): Der Prozess ist nicht-spontan (endergon) und benötigt Energiezufuhr, um fortzufahren

Es ist wichtig zu beachten, dass Spontaneität nicht unbedingt die Reaktionsgeschwindigkeit anzeigt – eine spontane Reaktion kann sich sehr langsam ohne einen Katalysator abspielen.

Standard-Gibbs-Freie-Energie

Die standardmäßige Änderung der Gibbs-Freien Energie (ΔG°) bezieht sich auf die Energieänderung, wenn alle Reaktanten und Produkte in ihren Standardzuständen (typischerweise 1 atm Druck, 1 M Konzentration für Lösungen und oft bei 298,15 K oder 25 °C) sind. Die Gleichung wird:

$\Delta G° = \Delta H° - T\Delta S°$

Wo ΔH° und ΔS° die standardmäßigen Enthalpie- und Entropiedifferenzen sind.

So verwenden Sie diesen Rechner

Unser Gibbs-Freie-Energie-Rechner ist für Einfachheit und Benutzerfreundlichkeit konzipiert. Befolgen Sie diese Schritte, um die Änderung der Gibbs-Freien Energie für Ihre Reaktion oder Ihren Prozess zu berechnen:

1. Geben Sie die Enthalpiedifferenz (ΔH) in Kilojoule pro Mol (kJ/mol) ein

   • Dieser Wert repräsentiert die während der Reaktion bei konstantem Druck aufgenommene oder abgegebene Wärme
   • Positive Werte deuten auf endotherme Prozesse hin (Wärmeaufnahme)
   • Negative Werte deuten auf exotherme Prozesse hin (Wärmeabgabe)

2. Geben Sie die Temperatur (T) in Kelvin ein

   • Denken Sie daran, von Celsius umzurechnen, falls erforderlich (K = °C + 273,15)
   • Die Standardtemperatur beträgt typischerweise 298,15 K (25 °C)

3. Geben Sie die Entropiedifferenz (ΔS) in Kilojoule pro Mol-Kelvin (kJ/(mol·K)) ein

   • Dieser Wert repräsentiert die Änderung der Unordnung oder Zufälligkeit
   • Positive Werte deuten auf zunehmende Unordnung hin
   • Negative Werte deuten auf abnehmende Unordnung hin

4. Sehen Sie sich das Ergebnis an

   • Der Rechner berechnet automatisch die Änderung der Gibbs-Freien Energie (ΔG)
   • Das Ergebnis wird in kJ/mol angezeigt
   • Eine Interpretation, ob der Prozess spontan oder nicht-spontan ist, wird bereitgestellt

Eingabevalidierung

Der Rechner führt die folgenden Überprüfungen der Benutzereingaben durch:

• Alle Werte müssen numerisch sein
• Die Temperatur muss in Kelvin und positiv sein (T > 0)
• Enthalpie und Entropie können positiv, negativ oder null sein

Wenn ungültige Eingaben erkannt werden, wird eine Fehlermeldung angezeigt, und die Berechnung wird nicht fortgesetzt, bis sie korrigiert wird.

Schritt-für-Schritt-Berechnungsbeispiel

Lassen Sie uns ein praktisches Beispiel durchgehen, um zu demonstrieren, wie man den Gibbs-Freie-Energie-Rechner verwendet:

Beispiel: Berechnen Sie die Änderung der Gibbs-Freien Energie für eine Reaktion mit ΔH = -92,4 kJ/mol und ΔS = 0,0987 kJ/(mol·K) bei 298 K.

1. Geben Sie ΔH = -92,4 kJ/mol ein

2. Geben Sie T = 298 K ein

3. Geben Sie ΔS = 0,0987 kJ/(mol·K) ein

4. Der Rechner führt die Berechnung durch: ΔG = ΔH - TΔS ΔG = -92,4 kJ/mol - (298 K × 0,0987 kJ/(mol·K)) ΔG = -92,4 kJ/mol - 29,41 kJ/mol ΔG = -121,81 kJ/mol

5. Interpretation: Da ΔG negativ ist (-121,81 kJ/mol), ist diese Reaktion bei 298 K spontan.

Anwendungsfälle

Berechnungen der Gibbs-Freien Energie sind in zahlreichen wissenschaftlichen und ingenieurtechnischen Anwendungen unerlässlich:

1. Durchführbarkeit chemischer Reaktionen

Chemiker verwenden die Gibbs-Freie Energie, um vorherzusagen, ob eine Reaktion unter gegebenen Bedingungen spontan ablaufen wird. Dies hilft bei:

• Der Gestaltung synthetischer Wege für neue Verbindungen
• Der Optimierung von Reaktionsbedingungen zur Verbesserung der Ausbeuten
• Dem Verständnis von Reaktionsmechanismen und Zwischenprodukten
• Der Vorhersage von Produktverteilungen in konkurrierenden Reaktionen

2. Biochemische Prozesse

In der Biochemie und Molekularbiologie hilft die Gibbs-Freie Energie, Folgendes zu verstehen:

• Stoffwechselwege und Energieumwandlungen
• Protein-Faltung und Stabilität
• Enzym-katalysierte Reaktionen
• Zellmembrantransportprozesse
• DNA- und RNA-Interaktionen

3. Materialwissenschaft

Materialwissenschaftler und Ingenieure verwenden Berechnungen der Gibbs-Freien Energie für:

• Die Entwicklung von Phasendiagrammen
• Die Gestaltung und Optimierung von Legierungen
• Die Vorhersage des Korrosionsverhaltens
• Das Verständnis von Festkörperreaktionen
• Die Gestaltung neuer Materialien mit spezifischen Eigenschaften

4. Umweltwissenschaft

Umweltanwendungen umfassen:

• Die Vorhersage des Transports und Schicksals von Schadstoffen
• Das Verständnis geochemischer Prozesse
• Die Modellierung atmosphärischer Reaktionen
• Die Gestaltung von Sanierungsstrategien
• Das Studium der Mechanismen des Klimawandels

5. Industrielle Prozesse

In industriellen Umgebungen helfen Berechnungen der Gibbs-Freien Energie, Folgendes zu optimieren:

• Chemische Herstellungsprozesse
• Raffineriebetriebe
• Pharmazeutische Produktion
• Lebensmittelverarbeitungstechniken
• Energiesysteme

Alternativen

Während die Gibbs-Freie Energie ein leistungsfähiges thermodynamisches Werkzeug ist, können in bestimmten Situationen andere verwandte Parameter geeigneter sein:

1. Helmholtz-Freie Energie (A oder F)

Definiert als A = U - TS (wobei U die innere Energie ist), ist die Helmholtz-Freie Energie für Systeme bei konstantem Volumen anstelle von konstantem Druck geeigneter. Sie wird besonders häufig in verwendet:

• Statistischer Mechanik
• Festkörperphysik
• Systemen, in denen das Volumen eingeschränkt ist

2. Enthalpie (H)

Für Prozesse, bei denen nur der Wärmeaustausch von Bedeutung ist und die Entropieeffekte vernachlässigbar sind, kann die Enthalpie (H = U + PV) ausreichend sein. Dies wird häufig verwendet in:

• Einfachen Verbrennungsberechnungen
• Heiz- und Kühlprozessen
• Kalorimetrie-Experimenten

3. Entropie (S)

Wenn der Fokus ausschließlich auf Unordnung und Wahrscheinlichkeit liegt, kann die Entropie allein von Interesse sein, insbesondere in:

• Informationstheorie
• Statistischer Analyse
• Studien zur Irreversibilität
• Berechnungen zur Effizienz von Wärmekraftmaschinen

4. Chemisches Potential (μ)

Für Systeme mit variierender Zusammensetzung wird das chemische Potential (partielle molare Gibbs-Energie) wichtig in:

• Phasengleichgewichten
• Lösungschemie
• Elektrochemischen Systemen
• Membrantransport

Geschichte der Gibbs-Freien Energie

Das Konzept der Gibbs-Freien Energie hat eine reiche Geschichte in der Entwicklung der Thermodynamik:

Ursprünge und Entwicklung

Josiah Willard Gibbs (1839-1903), ein amerikanischer Wissenschaftler und Mathematiker, führte das Konzept erstmals in seiner bahnbrechenden Arbeit "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" ein, die zwischen 1875 und 1878 veröffentlicht wurde. Diese Arbeit gilt als eine der größten Errungenschaften in der Physik des 19. Jahrhunderts und legt die Grundlage der chemischen Thermodynamik.

Gibbs entwickelte dieses thermodynamische Potential, während er versuchte, die Bedingungen für das Gleichgewicht in chemischen Systemen zu verstehen. Er erkannte, dass unter konstanten Temperatur- und Druckbedingungen die Richtung der spontanen Veränderung durch eine einzige Funktion vorhergesagt werden kann, die die Effekte von Enthalpie und Entropie kombiniert.

Wichtige historische Meilensteine

• 1873: Gibbs beginnt, seine Arbeiten zu thermodynamischen Systemen zu veröffentlichen
• 1875-1878: Veröffentlichung von "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances", die das Konzept der Gibbs-Energie einführt
• 1882-1883: Der deutsche Physiker Hermann von Helmholtz leitet unabhängig ähnliche Beziehungen ab
• Frühes 20. Jahrhundert: Gilbert N. Lewis und Merle Randall standardisieren die Notation und Anwendungen der chemischen Thermodynamik
• 1923: Lewis und Randall veröffentlichen "Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances", das die Verwendung der Gibbs-Freien Energie in der Chemie popularisiert
• 1933: Edward A. Guggenheim führt die moderne Notation und Terminologie ein, die bis heute verwendet wird
• Mitte des 20. Jahrhunderts: Integration der Konzepte der Gibbs-Energie mit statistischer Mechanik und Quantenmechanik
• Späte 20. Jahrhundert: Computermethoden ermöglichen komplexe Berechnungen der Gibbs-Energie für reale Systeme

Auswirkungen und Erbe

Gibbs' Arbeit erhielt zunächst wenig Aufmerksamkeit in den Vereinigten Staaten, wurde jedoch in Europa hoch geschätzt, insbesondere nachdem sie von Wilhelm Ostwald ins Deutsche übersetzt wurde. Heute ist die Gibbs-Freie Energie ein Grundpfeilerkonzept in der physikalischen Chemie, chemischen Ingenieurwissenschaft, Materialwissenschaft und Biochemie. Die Fähigkeit, die Spontaneität von Reaktionen und die Gleichgewichtslagen mithilfe von Berechnungen der Gibbs-Freien Energie vorherzusagen, hat unzählige wissenschaftliche Fortschritte und technologische Innovationen ermöglicht.

Code-Beispiele

Hier sind Beispiele, wie man die Gibbs-Freie Energie in verschiedenen Programmiersprachen berechnet:

1' Excel-Formel für die Gibbs-Freie Energie
2=B2-(C2*D2)
3
4' Wo:
5' B2 enthält die Enthalpiedifferenz (ΔH) in kJ/mol
6' C2 enthält die Temperatur (T) in Kelvin
7' D2 enthält die Entropiedifferenz (ΔS) in kJ/(mol·K)
8

1def calculate_gibbs_free_energy(enthalpy, temperature, entropy):
2    """
3    Berechnen Sie die Änderung der Gibbs-Freien Energie
4    
5    Parameter:
6    enthalpy (float): Enthalpiedifferenz in kJ/mol
7    temperature (float): Temperatur in Kelvin
8    entropy (float): Entropiedifferenz in kJ/(mol·K)
9    
10    Rückgabe:
11    float: Änderung der Gibbs-Freien Energie in kJ/mol
12    """
13    gibbs_energy = enthalpy - (temperature * entropy)
14    return gibbs_energy
15
16# Beispielverwendung
17delta_h = -92.4  # kJ/mol
18temp = 298.15    # K
19delta_s = 0.0987  # kJ/(mol·K)
20
21delta_g = calculate_gibbs_free_energy(delta_h, temp, delta_s)
22print(f"Änderung der Gibbs-Freien Energie: {delta_g:.2f} kJ/mol")
23
24# Bestimmung der Spontaneität
25if delta_g < 0:
26    print("Die Reaktion ist spontan.")
27elif delta_g > 0:
28    print("Die Reaktion ist nicht-spontan.")
29else:
30    print("Die Reaktion ist im Gleichgewicht.")
31

1function calculateGibbsFreeEnergy(enthalpy, temperature, entropy) {
2  // Berechnen Sie die Änderung der Gibbs-Freien Energie
3  // enthalpy: kJ/mol
4  // temperature: Kelvin
5  // entropy: kJ/(mol·K)
6  
7  const gibbsEnergy = enthalpy - (temperature * entropy);
8  return gibbsEnergy;
9}
10
11// Beispielverwendung
12const deltaH = -92.4;  // kJ/mol
13const temp = 298.15;   // K
14const deltaS = 0.0987; // kJ/(mol·K)
15
16const deltaG = calculateGibbsFreeEnergy(deltaH, temp, deltaS);
17console.log(`Änderung der Gibbs-Freien Energie: ${deltaG.toFixed(2)} kJ/mol`);
18
19// Bestimmung der Spontaneität
20if (deltaG < 0) {
21  console.log("Die Reaktion ist spontan.");
22} else if (deltaG > 0) {
23  console.log("Die Reaktion ist nicht-spontan.");
24} else {
25  console.log("Die Reaktion ist im Gleichgewicht.");
26}
27

1public class GibbsFreeEnergyCalculator {
2    /**
3     * Berechnen Sie die Änderung der Gibbs-Freien Energie
4     * 
5     * @param enthalpy Enthalpiedifferenz in kJ/mol
6     * @param temperature Temperatur in Kelvin
7     * @param entropy Entropiedifferenz in kJ/(mol·K)
8     * @return Änderung der Gibbs-Freien Energie in kJ/mol
9     */
10    public static double calculateGibbsFreeEnergy(double enthalpy, double temperature, double entropy) {
11        return enthalpy - (temperature * entropy);
12    }
13    
14    public static void main(String[] args) {
15        double deltaH = -92.4;  // kJ/mol
16        double temp = 298.15;   // K
17        double deltaS = 0.0987; // kJ/(mol·K)
18        
19        double deltaG = calculateGibbsFreeEnergy(deltaH, temp, deltaS);
20        System.out.printf("Änderung der Gibbs-Freien Energie: %.2f kJ/mol%n", deltaG);
21        
22        // Bestimmung der Spontaneität
23        if (deltaG < 0) {
24            System.out.println("Die Reaktion ist spontan.");
25        } else if (deltaG > 0) {
26            System.out.println("Die Reaktion ist nicht-spontan.");
27        } else {
28            System.out.println("Die Reaktion ist im Gleichgewicht.");
29        }
30    }
31}
32

1#include <iostream>
2#include <iomanip>
3
4/**
5 * Berechnen Sie die Änderung der Gibbs-Freien Energie
6 * 
7 * @param enthalpy Enthalpiedifferenz in kJ/mol
8 * @param temperature Temperatur in Kelvin
9 * @param entropy Entropiedifferenz in kJ/(mol·K)
10 * @return Änderung der Gibbs-Freien Energie in kJ/mol
11 */
12double calculateGibbsFreeEnergy(double enthalpy, double temperature, double entropy) {
13    return enthalpy - (temperature * entropy);
14}
15
16int main() {
17    double deltaH = -92.4;  // kJ/mol
18    double temp = 298.15;   // K
19    double deltaS = 0.0987; // kJ/(mol·K)
20    
21    double deltaG = calculateGibbsFreeEnergy(deltaH, temp, deltaS);
22    
23    std::cout << "Änderung der Gibbs-Freien Energie: " << std::fixed << std::setprecision(2) 
24              << deltaG << " kJ/mol" << std::endl;
25    
26    // Bestimmung der Spontaneität
27    if (deltaG < 0) {
28        std::cout << "Die Reaktion ist spontan." << std::endl;
29    } else if (deltaG > 0) {
30        std::cout << "Die Reaktion ist nicht-spontan." << std::endl;
31    } else {
32        std::cout << "Die Reaktion ist im Gleichgewicht." << std::endl;
33    }
34    
35    return 0;
36}
37

1# R-Funktion zur Berechnung der Gibbs-Freien Energie
2calculate_gibbs_free_energy <- function(enthalpy, temperature, entropy) {
3  # enthalpy: kJ/mol
4  # temperature: Kelvin
5  # entropy: kJ/(mol·K)
6  
7  gibbs_energy <- enthalpy - (temperature * entropy)
8  return(gibbs_energy)
9}
10
11# Beispielverwendung
12delta_h <- -92.4  # kJ/mol
13temp <- 298.15    # K
14delta_s <- 0.0987 # kJ/(mol·K)
15
16delta_g <- calculate_gibbs_free_energy(delta_h, temp, delta_s)
17cat(sprintf("Änderung der Gibbs-Freien Energie: %.2f kJ/mol\n", delta_g))
18
19# Bestimmung der Spontaneität
20if (delta_g < 0) {
21  cat("Die Reaktion ist spontan.\n")
22} else if (delta_g > 0) {
23  cat("Die Reaktion ist nicht-spontan.\n")
24} else {
25  cat("Die Reaktion ist im Gleichgewicht.\n")
26}
27

Temperaturabhängigkeit der Gibbs-Freien Energie

Temperatur (K) Gibbs-Freie Energie (kJ/mol)

0 ΔH < 0, ΔS > 0 ΔH > 0, ΔS < 0 ΔH < 0, ΔS < 0 ΔH > 0, ΔS > 0

Spontan (ΔG < 0) Nicht-spontan (ΔG > 0)

100 200 300 400

Numerische Beispiele

Hier sind einige praktische Beispiele für Berechnungen der Gibbs-Freien Energie:

Beispiel 1: Exotherme Reaktion mit zunehmender Entropie

• Enthalpiedifferenz (ΔH) = -85,0 kJ/mol
• Temperatur (T) = 298 K
• Entropiedifferenz (ΔS) = 0,156 kJ/(mol·K)
• Änderung der Gibbs-Freien Energie (ΔG) = -85,0 - (298 × 0,156) = -131,49 kJ/mol
• Interpretation: Stark spontane Reaktion aufgrund sowohl günstiger Enthalpie als auch Entropie

Beispiel 2: Endotherme Reaktion mit zunehmender Entropie

• Enthalpiedifferenz (ΔH) = 42,5 kJ/mol
• Temperatur (T) = 298 K
• Entropiedifferenz (ΔS) = 0,125 kJ/(mol·K)
• Änderung der Gibbs-Freien Energie (ΔG) = 42,5 - (298 × 0,125) = 5,25 kJ/mol
• Interpretation: Nicht-spontan bei 298 K, könnte aber bei höheren Temperaturen spontan werden

Beispiel 3: Temperaturabhängige Spontaneität

• Enthalpiedifferenz (ΔH) = 30,0 kJ/mol
• Entropiedifferenz (ΔS) = 0,100 kJ/(mol·K)
• Bei T = 273 K: ΔG = 30,0 - (273 × 0,100) = 2,7 kJ/mol (nicht-spontan)
• Bei T = 298 K: ΔG = 30,0 - (298 × 0,100) = 0,2 kJ/mol (nicht-spontan)
• Bei T = 303 K: ΔG = 30,0 - (303 × 0,100) = -0,3 kJ/mol (spontan)
• Interpretation: Diese Reaktion wird über etwa 300 K spontan

Beispiel 4: Gleichgewichtstemperatur

Für eine Reaktion mit ΔH = 15,0 kJ/mol und ΔS = 0,050 kJ/(mol·K), bei welcher Temperatur tritt Gleichgewicht auf?

Im Gleichgewicht gilt ΔG = 0, also: 0 = 15,0 - (T × 0,050) T = 15,0 ÷ 0,050 = 300 K

Interpretation: Unter 300 K ist die Reaktion nicht-spontan; über 300 K wird sie spontan.

Häufig gestellte Fragen

Was ist die Gibbs-Freie Energie?

Die Gibbs-Freie Energie (G) ist ein thermodynamisches Potential, das die maximale reversible Arbeit misst, die ein System bei konstanter Temperatur und Druck leisten kann. Die Änderung der Gibbs-Freie Energie (ΔG) zeigt an, ob ein Prozess spontan abläuft.

Wie interpretiere ich einen negativen Wert der Gibbs-Freien Energie?

Ein negativer Wert der Gibbs-Freien Energieänderung (ΔG < 0) zeigt an, dass die Reaktion oder der Prozess spontan ist und ohne externe Energiezufuhr ablaufen kann. Es bedeutet, dass die Reaktion nutzbare Energie freisetzt, während sie sich dem Gleichgewicht nähert.

Kann eine Reaktion mit positivem ΔH spontan sein?

Ja, eine Reaktion mit positiver Enthalpiedifferenz (endotherm) kann spontan sein, wenn die Entropiedifferenz ausreichend positiv ist und die Temperatur hoch genug ist. Wenn TΔS ΔH übersteigt, wird ΔG insgesamt negativ, was den Prozess spontan macht.

Was ist der Unterschied zwischen ΔG und ΔG°?

ΔG bezieht sich auf die Änderung der Gibbs-Freien Energie unter beliebigen Bedingungen, während ΔG° die standardmäßige Änderung der Gibbs-Freien Energie darstellt, wenn alle Reaktanten und Produkte in ihren Standardzuständen sind (typischerweise 1 atm Druck, 1 M Konzentration für Lösungen und oft bei 298,15 K).

Wie beeinflusst die Temperatur die Spontaneität von Reaktionen?

Die Temperatur beeinflusst direkt den TΔS-Term in der Gibbs-Gleichung. Für Reaktionen mit positiver Entropiedifferenz (ΔS > 0) macht eine Erhöhung der Temperatur den -TΔS-Term negativer, was potenziell ΔG negativ macht (spontan). Umgekehrt macht eine Erhöhung der Temperatur für Reaktionen mit negativer Entropiedifferenz (ΔS < 0) die Reaktion weniger günstig.

Was ist die Beziehung zwischen der Gibbs-Freien Energie und dem Gleichgewicht?

Im Gleichgewicht gilt ΔG = 0. Die standardmäßige Änderung der Gibbs-Freien Energie (ΔG°) ist mit der Gleichgewichtskonstanten (K) durch die Gleichung verbunden: ΔG° = -RT ln(K), wobei R die Gaskonstante und T die Temperatur in Kelvin ist.

Kann die Gibbs-Freie Energie Reaktionsgeschwindigkeiten vorhersagen?

Nein, die Gibbs-Freie Energie sagt nur voraus, ob eine Reaktion thermodynamisch günstig (spontan) ist, nicht wie schnell sie ablaufen wird. Eine Reaktion kann sehr spontan sein (großes negatives ΔG), sich aber aufgrund kinetischer Barrieren oder hoher Aktivierungsenergien sehr langsam abspielen.

Wie berechne ich die Gibbs-Freie Energie für Reaktionen unter nicht-standardisierten Bedingungen?

Für nicht-standardisierte Bedingungen können Sie die Gleichung verwenden: ΔG = ΔG° + RT ln(Q), wobei Q der Reaktionsquotient, R die Gaskonstante und T die Temperatur in Kelvin ist.

Welche Einheiten werden für die Gibbs-Freie Energie verwendet?

Die Gibbs-Freie Energie wird typischerweise in Kilojoule pro Mol (kJ/mol) oder Kalorien pro Mol (cal/mol) ausgedrückt. In SI-Einheiten wäre es Joule pro Mol (J/mol).

Wer entdeckte die Gibbs-Freie Energie?

Josiah Willard Gibbs, ein amerikanischer Wissenschaftler, entwickelte das Konzept der Gibbs-Freien Energie in seiner Arbeit "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances", die zwischen 1875 und 1878 veröffentlicht wurde. Diese Arbeit legte die Grundlage der chemischen Thermodynamik.

Referenzen

1. Atkins, P. W., & de Paula, J. (2014). Atkins' Physical Chemistry (10. Aufl.). Oxford University Press.

2. Chang, R. (2019). Physical Chemistry for the Chemical Sciences. University Science Books.

3. Engel, T., & Reid, P. (2018). Physical Chemistry (4. Aufl.). Pearson.

4. Levine, I. N. (2015). Physical Chemistry (6. Aufl.). McGraw-Hill Education.

5. Smith, J. M., Van Ness, H. C., & Abbott, M. M. (2017). Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics (8. Aufl.). McGraw-Hill Education.

6. Gibbs, J. W. (1878). On the equilibrium of heterogeneous substances. Transactions of the Connecticut Academy of Arts and Sciences, 3, 108-248.

7. Lewis, G. N., & Randall, M. (1923). Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances. McGraw-Hill.

8. IUPAC. (2014). Compendium of Chemical Terminology (Gold Book). Version 2.3.3. Abgerufen von http://goldbook.iupac.org/

9. Sandler, S. I. (2017). Chemical, Biochemical, and Engineering Thermodynamics (5. Aufl.). Wiley.

10. Denbigh, K. (1981). The Principles of Chemical Equilibrium (4. Aufl.). Cambridge University Press.

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Bereit, die Gibbs-Freie Energie für Ihre chemischen Reaktionen oder Prozesse zu berechnen? Verwenden Sie unseren Rechner oben, um schnell zu bestimmen, ob Ihre Reaktion unter Ihren spezifischen Bedingungen spontan ist. Das Verständnis der Gibbs-Freien Energie ist der Schlüssel zur Vorhersage chemischen Verhaltens und zur Optimierung von Prozessen in der Chemie, Biochemie und Ingenieurwissenschaft.