Wenn ΔG < 0 ist, läuft die Reaktion sofort ab?

Nein. Ein negatives ΔG sagt nur die thermodynamische Begünstigung, nicht die Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit bestimmen Kinetik und Aktivierungsenergie: das Rosten von Eisen ist freiwillig, kann aber ohne Katalysator oder Erwärmung sehr langsam sein.

Kann eine endotherme Reaktion (ΔH > 0) freiwillig ablaufen?

Ja, wenn ΔS groß genug ist: der Term −TΔS überwiegt das positive ΔH. Beispiel ist das Schmelzen von Eis oberhalb von 0 °C: Wärme wird aufgenommen, aber der Entropiezuwachs macht ΔG negativ.

Warum fehlt hier die Gleichgewichtskonstante K?

Behandelt wird nur ΔG = ΔH − TΔS und das Vorzeichen der Freiwilligkeit. Die Beziehung ΔG° = −RT ln K ist der nächste Schritt: dazu gehören Standardzustand und Reaktionsquotient Q. Die nimmt dieses Modell nicht auf.

Worin unterscheidet sich ein freiwilliger Vorgang von einem exothermen?

Exotherm heißt ΔH < 0 (Wärme wird abgegeben). Freiwillig heißt ΔG < 0: der Vorgang kann ohne ständige äußere Arbeit ablaufen. Ein endothermer Vorgang kann ebenfalls freiwillig sein, wenn ihn der Entropiezuwachs bestimmt.

Freie Enthalpie

Q: Wenn ΔG < 0 ist, läuft die Reaktion sofort ab?

Nein. Ein negatives ΔG sagt nur die thermodynamische Begünstigung, nicht die Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit bestimmen Kinetik und Aktivierungsenergie: das Rosten von Eisen ist freiwillig, kann aber ohne Katalysator oder Erwärmung sehr langsam sein.

Q: Worin unterscheidet sich ein freiwilliger Vorgang von einem exothermen?

Exotherm heißt ΔH < 0 (Wärme wird abgegeben). Freiwillig heißt ΔG < 0: der Vorgang kann ohne ständige äußere Arbeit ablaufen. Ein endothermer Vorgang kann ebenfalls freiwillig sein, wenn ihn der Entropiezuwachs bestimmt.

ΔG = ΔH − TΔS; Vorzeichen und Freiwilligkeit bei konstantem Druck und konstanter Temperatur (ohne Q und K).

ΔG < 0 — Hinreaktion begünstigt (Modell)

Ein endothermer Vorgang (ΔH > 0) kann freiwillig sein, wenn TΔS groß genug ist; ein exothermer mit stark negativem ΔS kann bei niedrigem T nicht freiwillig werden.

Zum Modell

Die freie Enthalpie G entscheidet über die Freiwilligkeit eines Vorgangs bei konstanter Temperatur und konstantem Druck: ΔG = ΔH − TΔS. Ist ΔG negativ, ist der Vorgang in Richtung der Produkte thermodynamisch begünstigt; ist ΔG positiv, ist er es nicht; ΔG = 0 bedeutet Gleichgewicht. Das Vorzeichen bestimmt nicht die Enthalpie oder die Entropie allein, sondern ihr Zusammenspiel und die Temperatur: ein endothermer Vorgang (ΔH > 0) kann freiwillig ablaufen, wenn ΔS > 0 groß genug und T hinreichend hoch ist. Man stellt ΔH, ΔS und T ein; auf dem Bildschirm stehen Betrag und Vorzeichen von ΔG. Reaktionsquotient Q, Gleichgewichtskonstante K und die Kinetik gehören nicht dazu: es ist nur das Vorzeichenkriterium für einen bestimmten, so notierten Vorgang.

Für wen: Gymnasium (Oberstufe) und erstes Semester: Thermodynamik, Freiwilligkeit, zweiter Hauptsatz.

Wichtige Begriffe

freie enthalpie
enthalpie
entropie
freiwilligkeit
zweiter hauptsatz der thermodynamik
endothermer vorgang
exothermer vorgang

So funktioniert es

Bei konstanter Temperatur und konstantem Druck zeigt das Vorzeichen von ΔG (Produkte minus Edukte), ob der Vorgang in Richtung der Produkte begünstigt ist: ΔG < 0. Nach ΔG = ΔH − TΔS verstärken oder schwächen Enthalpie und Entropie einander je nach T. Schieberegler für ΔH, ΔS und T; auf dem Bildschirm TΔS, ΔG und die Angabe zur Freiwilligkeit. Ohne Aktivitäten, Q und die Konstante K.

Wichtige Gleichungen

ΔG = ΔH − TΔS · (konst. p, T; Vorzeichen → Freiwilligkeit der Hinreaktion)

Häufige Fragen

Wenn ΔG < 0 ist, läuft die Reaktion sofort ab?: Nein. Ein negatives ΔG sagt nur die thermodynamische Begünstigung, nicht die Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit bestimmen Kinetik und Aktivierungsenergie: das Rosten von Eisen ist freiwillig, kann aber ohne Katalysator oder Erwärmung sehr langsam sein.
Kann eine endotherme Reaktion (ΔH > 0) freiwillig ablaufen?: Ja, wenn ΔS groß genug ist: der Term −TΔS überwiegt das positive ΔH. Beispiel ist das Schmelzen von Eis oberhalb von 0 °C: Wärme wird aufgenommen, aber der Entropiezuwachs macht ΔG negativ.
Warum fehlt hier die Gleichgewichtskonstante K?: Behandelt wird nur ΔG = ΔH − TΔS und das Vorzeichen der Freiwilligkeit. Die Beziehung ΔG° = −RT ln K ist der nächste Schritt: dazu gehören Standardzustand und Reaktionsquotient Q. Die nimmt dieses Modell nicht auf.
Worin unterscheidet sich ein freiwilliger Vorgang von einem exothermen?: Exotherm heißt ΔH < 0 (Wärme wird abgegeben). Freiwillig heißt ΔG < 0: der Vorgang kann ohne ständige äußere Arbeit ablaufen. Ein endothermer Vorgang kann ebenfalls freiwillig sein, wenn ihn der Entropiezuwachs bestimmt.

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