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Entropie - Referat
Viele endotherme Reaktionen verlaufen „freiwillig“, wie z.B. das Auflösen von Kaliumnitrat in Wasser. Hierbei kühlt sich das Wasser ab.
Bei dieser Reaktion wird deutlich, dass die Enthalpie nicht die einzige Antriebskraft bei nicht-exothermen Reaktionen sein kann. Bei der genauen Untersuchung der spontan verlaufenden Reaktion fällt auf, dass sich die Edukte in einem höher geordneten Zustand als die Produkte befinden. Die Edukte liegen meist in einem Kristallgitter als Feststoff und die Produkte meist in einem flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustand vor. Dies lässt vermuten, dass im Endzustand eine größere Unordnung als im Ausgangszustand herrscht. Die Zunahme der Unordnung ist neben der Enthalpie ein weiterer Faktor für die Treibkraft einer chemischen Reaktion.
Um den Ordnungszustand zu beschrieben wir der Begriff Entropie genutzt. „Die Entropie ist eine Größe, deren Wert mit steigender Unordnung zunimmt.“ Das heißt, wenn bei der Reaktion aus einem flüssigen Stoff ein gasförmiges wird, nimmt der Unordnungsgrad zu und somit steigt die Entropie.
Durch die formulierte Beziehung S = k × ln W kann man die Entropie S einer Substanz bei jeder beliebigen Temperatur berechnen (nach Ludwig Boltzmann). Die Boltzmann-Konstante k ist der Quotient aus der allgemeinen Gaskonstante und der Avogadro-Konstante (1,38×10-23J×K-1):
k= R×NA-1
Das „W“ steht für die Unordnung des Systems und gibt an, auf wie viele Arten sich die Moleküle oder Atome einer Portion (ohne Veränderung der Gesamtmasse) anordnen lassen.
Beispiel 1.: > jedes der Teilchen mit Möglichkeit von zwei Ausrichtungsmöglichkeiten.
Für die 10 Teilchen ergibt sich dann: W=2×2×2×2×2×2×2×2×2×2= 2^0. Die 2^10 steht für die Möglichkeiten sich zu orientieren. Die Entropie in diesen Fall wäre dann (Formel)
S=k*ln2^10
S=1,38*10^-23J*K^-1*ln2^10
S=9,565*10^-23J*K^-1
Die Entropie ist somit größer als null. Darüber hinaus zeigt das Beispiel, dass absolute Entropiewerte existieren.
Die Entropieänderung δS bei chemischen Reaktionen kann mit den Werten der molaren Standart-Bildungsentropie δSm0 (1000 hPa, 298K9 berechnet werden. Diese Werte sind in J×mol-1×K-1 angegeben. Die molare Standart-Bildungsentropie wird als Entropieänderung, die mit der Bildung von einem Mol einer Verbindung bei Standartbedingungen einhergeht, definiert.
Die molare Standart-Reaktionsentropie δRSm0 lässt sich in der folgenden Weise aus der molaren Standart-Bildungsentropie berechnen:
Ist δRSm0 positiv, so nimmt die Entropie beim Verlauf der Reaktion zu, es entsteht also ein System mit einem geringeren Ordnungsgrad. Ist der Wert für δRSm0 negativ, so nimmt die Entropie ab.
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