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Freie Enthalpie

Wir hatten festgestellt, dass die Enthalpie und die Entropie zusammen bestimmen, ob Reaktionen spontan ablaufen. Es liegt daher nah eine Funktion zu definieren, die beide Größen enthält. Das tat der Physiker Gibbs 1873. Er nannte diese Funktion freie Enthalpie und deren Änderung bei chemischen Reaktionen lässt sich folgendermaßen berechnen:

ΔRGm=ΔRHmTΔRSmGibbs-Helmholtz-Gleichung
molare freie Reaktionsenthalpie


Wenn eine Reaktion mit Aktivierungsenergie oder ohne Energiezufuhr verläuft, nennt man solche Reaktionen exergonische Reaktionen. Die freie Reaktionsenthalpie ist dann:

ΔrGm<0


Wenn eine Reaktion nur durch ständige Energiezufuhr verlaufen kann, nennt man solche Reaktionen endergonische Reaktionen. Die freie Reaktionsenthalpie ist dann:

ΔrGm>0


Mögliche Fälle:

1. ΔH<0undΔS>0
Die Reaktion läuft exergonisch ab.

Beispiel: Verbrennung von Pentan

C5H12(l)+8O2(g)5CO2(g)+6H2O(g)ΔrGm=3336kJmol


2. ΔH>0undΔS<0
Die Reaktion läuft endergonisch ab.

Beispiel: Bildung von Ozon

3O2(g)2O3(g)ΔrGm=327kJmol


3. ΔH>0undΔS>0
Es hängt von der Temperatur ab, ob die Reaktion exergonisch oder endergonisch verläuft.

Beispiel: Erzeugung von Wassergas (Reduktion von Wasserstoff mit Kohlenstoff)

H2O+CCO+H2


Bei einer Temperatur von 298 K läuft die Reaktion endergonisch ab:

ΔrGm=92kJmol


Bei einer Temperatur von 1000 K läuft die Reaktion exergonisch ab:

ΔrGm=3kJmol


4. ΔH<0undΔS<0


Es hängt von der Temperatur ab ob die Reaktion exergonisch oder endergonisch verläuft.

Beispiel: Reaktion von Stickstoffdioxid zu Distickstofftetraoxid

2NO2N2O4


Bei einer Temperatur von 298 K läuft die Reaktion exergonisch ab:

ΔrGm=5kJmol


Bei einer Temperatur von 400 K läuft die Reaktion endergonisch ab:

ΔrGM=13kJmol

Alternative Berechnungsmethode der Reaktionsenthalpie

Die molare freie Reaktionsenthalpie lässt sich oft nur schwer mit der Gibbs-Helmholtz-Gleichung berechnen, deshalb hat man molare freie Standard-Bildungsenthalpien gemessen und deren Werte tabelliert. Damit kann kann dann die molare freie Standard-Reaktionsenthalpie berechnet werden:

ΔRGm0=ΣΔfGm0(Produkte)ΣΔfGm0(Edukte)


Beispielrechnung in der Hausaufgabe!

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