Berechnung der Standardänderungen der freien Energie

Die standardmäßige Änderung der freien Energie für eine chemische Reaktion, die unter der Standardbedingung abläuft, kann auf eine von drei Arten berechnet werden.

Die erste Methode verwendet die Gleichung für den Standard ΔG der Reaktion. Denken Sie an die Bildung von Calciumcarbonat aus Calciumoxid und Kohlendioxid.

Die Standard-Enthalpieänderung der Reaktion kann aus den Bildungswärme der Verbindungen in der Reaktion berechnet werden, und die Standard-Entropieänderung kann aus ihren Standard-molaren Entropien berechnet werden.

Anhand der Werte aus den Referenztabellen können die Standard-Enthalpieänderung und die Standard-Entropieänderung für die Reaktion bestimmt werden.

Setzt man diese Werte in die Gleichung für die Änderung der freien Standardenergie ein, so ergibt sich das Standard-ΔG der Reaktion bei 298 K × -130,7 10³ J.

Bei der zweiten Methode wird die Änderung der freien Standardenergie einer Reaktion aus der Differenz zwischen der Summe der freien Bildungsenergien der Produkte multipliziert mit ihren stöchiometrischen Koeffizienten und der Summe der freien Bildungsenergien der Reaktanten multipliziert mit ihren stöchiometrischen Koeffizienten berechnet.

Nehmen wir zum Beispiel die Reaktion zwischen Wasserstoff- und Chlorgasen, bei der zwei Mol Chlorwasserstoffgas entstehen.

Wie die Entstehungsenthalpie ist auch die standardmäßige freie Energie der Bildung eines reinen Elements Null.

So sind die freien Energien für die Bildung von Wasserstoff- und Chlorgasen Null, während die von Chlorwasserstoffgas -95,3 Kilojoule beträgt.

Die freie Energie dieser Reaktion entspricht also dem 2-fachen der freien Energie für die Bildung von Chlorwasserstoffgas oder -190,6 Kilojoule.

Erinnern Sie sich an das Hesssche Gesetz, dass für eine schrittweise Reaktion die Nettoenthalpieänderung aus der Summe der Enthalpien jedes Schritts berechnet werden kann. Die dritte Methode berechnet auf ähnliche Weise die Nettoänderung der freien Energie für eine Reaktion.

Denken Sie an die Verbrennung von Zinksulfid zur Herstellung von metallischem Zink- und Schwefeldioxidgas, die in zwei Schritten mit bekannten freien Standardenergien durchgeführt werden kann.

Addiert man die freien Energieänderungen der Reaktionen, ergibt sich ein Gesamt-ΔG von -98,8 Kilojoule.

Beachten Sie, dass Schritt 1 nicht spontan ist. Durch die Kopplung mit der spontanen Reaktion in Schritt 2 hat die Nettoreaktion ein negatives ΔG und ist daher spontan.