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Chemische Thermodynamik

Chemische Thermodynamik

Chemische Thermodynamik ist das Studium der Wechselbeziehung von Wärme und Arbeit mit chemischen Reaktionen oder mit physikalischen Zustandsänderungen innerhalb der Grenzen der Gesetze der Thermodynamik.

Chemische Thermodynamik umfasst nicht nur Labormessungen verschiedener thermodynamischer Eigenschaften, sondern auch die Anwendung mathematischer Methoden zur Untersuchung chemischer Fragen und der Spontaneität von Prozessen.

Die Struktur der chemischen Thermodynamik basiert auf den ersten beiden Gesetzen der Thermodynamik. Aus dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik und dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik lassen sich vier Gleichungen ableiten, die als "fundamentale Gibbs-Gleichungen" bezeichnet werden. Aus diesen vier kann eine Vielzahl von Gleichungen abgeleitet werden, die die thermodynamischen Eigenschaften des thermodynamischen Systems mit relativ einfacher Mathematik in Beziehung setzen. Dies beschreibt den mathematischen Rahmen der chemischen Thermodynamik.

Geschichte der chemischen Thermodynamik

1865 schlug der deutsche Physiker Rudolf Clausius in seiner Mechanical Theory of Heat vor, dass die Prinzipien der Thermochemie, zum Beispiel die bei Verbrennungsreaktionen erzeugte Wärme, auf die Prinzipien der Thermodynamik angewendet werden könnten. Auf der Grundlage von Clausius 'Arbeit veröffentlichte der amerikanische Mathematiker Willard Gibbs zwischen den Jahren 1873/76 eine Reihe von drei Artikeln, von denen der berühmteste das Dokument Über das Gleichgewicht heterogener Substanzen war.

In diesen Artikeln zeigte Gibbs, wie die ersten beiden Gesetze der Thermodynamik graphisch und mathematisch gemessen werden konnten, um sowohl das thermodynamische Gleichgewicht chemischer Reaktionen als auch deren Tendenzen zu bestimmen, ob sie auftreten oder sich weiterentwickeln. Die Gibbs-Dokumentensammlung lieferte die erste vereinheitlichte Gesamtheit thermodynamischer Theoreme, die auf Prinzipien beruhten, die von anderen wie Clausius und Sadi Carnot entwickelt wurden.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts haben zwei wichtige Publikationen die von Gibbs entwickelten Prinzipien erfolgreich auf chemische Prozesse angewendet und damit die Grundlagen der chemischen Thermodynamik gelegt. Das erste war das 1923 erschienene Lehrbuch Thermodynamik und freie Energie chemischer Substanzen von Gilbert N. Lewis und Merle Randall. Dieses Buch war verantwortlich für die Verdrängung der chemischen Affinität mit dem Begriff freie Energie in der englischsprachigen Welt.

Die zweite der 1933 Buch Moderne Thermodynamik nach den Methoden von Willard Gibbs, geschrieben von EA Guggenheim war .. So Lewis, Randall und Guggenheim sind die Gründer der Thermodynamik modernen Chemie angesehen wegen der großen Beitrag dieser beiden Bücher die Anwendung der Thermodynamik auf die Chemie zu vereinheitlichen

Eigenschaften der chemischen Thermodynamik

Das primäre Ziel der chemischen Thermodynamik ist die Festlegung eines Kriteriums zur Bestimmung der Machbarkeit oder Spontaneität einer gegebenen Transformation.

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Auf diese Weise wird die chemische Thermodynamik im Allgemeinen verwendet, um den Energieaustausch vorherzusagen, der in den folgenden Prozessen auftritt:

  • Chemische Reaktionen
  • Phasenwechsel
  • Die Bildung von Lösungen

Die folgenden Zustandsfunktionen sind in der chemischen Thermodynamik von größter Bedeutung:

  • Die innere Energie (U).
  • Enthalpie (H).
  • Entropie (S).
  • Die freie Energie von Gibbs (G).

Die meisten Identitäten in der chemischen Thermodynamik ergeben sich aus der Anwendung des ersten und zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik, insbesondere des Energieerhaltungsgesetzes, auf diese Zustandsfunktionen.

Die 3 Gesetze der Thermodynamik:

  • Erstes Hauptsatz der Thermodynamik: Die Energie des Universums ist konstant.
  • Zweites Gesetz der Thermodynamik: In jedem spontanen Prozess gibt es immer eine Zunahme der Entropie des Universums
  • Dritter Hauptsatz der Thermodynamik: Die Entropie eines perfekten Kristalls (gut geordnet) bei 0 Kelvin ist Null
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Geändert am: 21. Februar 2018

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