Welche Formel beschreibt die Änderung der Energieenthalpie eines Systems? Was ist Enthalpie? Thermodynamische Potentiale. Gibbs und Helmholtz geben Energie frei

Der Atmosphärendruck spielt normalerweise die Rolle eines konstanten Drucks. Die Enthalpie ist wie die innere Energie eine Funktion des Zustands. Die innere Energie ist die Summe der kinetischen und potentiellen Energien des gesamten Systems. Es ist die Grundlage für die Enthalpiegleichung. Enthalpie ist die Summe multipliziert mit dem Volumen des Systems und ist gleich: H = U + pV, wobei p der Druck im System und V das Volumen des Systems ist. Das Obige wird zur Berechnung der Enthalpie in dem Fall verwendet alle drei Größen sind gegeben: Druck, Volumen und innere Energie. Allerdings wird die Enthalpie nicht immer auf diese Weise berechnet. Darüber hinaus gibt es mehrere andere Möglichkeiten, die Enthalpie zu berechnen.

Wenn wir die freie Energie und Entropie kennen, können wir berechnen Enthalpie. Freie Energie oder Gibbs-Energie ist der Teil der Enthalpie des Systems, der in Arbeit umgewandelt wird, und entspricht der Differenz zwischen Enthalpie und Temperatur multipliziert mit der Entropie: ΔG = ΔH-TΔS (ΔH, ΔG, ΔS – Inkremente von Mengen) Entropie ist in dieser Formel eine Maßstörung der Teilchen des Systems. Sie nimmt mit steigender Temperatur T und steigendem Druck zu. Bei ΔG<0 процесс идет самопроизвольно, при ΔG>0 – funktioniert nicht.

Darüber hinaus wird die Enthalpie auch aus der chemischen Gleichung berechnet. Wenn eine chemische Reaktionsgleichung der Form A+B=C gegeben ist, dann Enthalpie kann durch die Formel bestimmt werden: dH = dU + ΔnRT, wobei Δn = nk-nn (nk und nn sind die Anzahl der Mol der Reaktionsprodukte und Ausgangsstoffe). In einem isobaren Prozess ist die Entropie gleich der Wärmeänderung in der System: dq = dH. Bei konstantem Druck ist die Enthalpie gleich: H=∫CpdTIn dem Fall, in dem sich Enthalpie und Entropie ausgleichen, ist das Enthalpieinkrement gleich dem Produkt aus Temperatur und Entropieinkrement: ΔH=TΔS

Quellen:

• wie man die Entropieänderung bei einer Reaktion berechnet

Zu Menge Hitze Um von einem Stoff aufgenommen oder abgegeben zu werden, ist es notwendig, seine Masse sowie die Temperaturänderung zu ermitteln. Ermitteln Sie mithilfe der Tabelle der spezifischen Wärmekapazitäten diesen Wert für ein bestimmtes Material und berechnen Sie dann die Wärmemenge mithilfe der Formel. Sie können die bei der Verbrennung des Kraftstoffs freigesetzte Wärmemenge bestimmen, indem Sie dessen Masse und spezifische Verbrennungswärme kennen. Ähnlich verhält es sich mit Schmelzen und Verdampfen.

Du wirst brauchen

• Um die Wärmemenge zu bestimmen, nehmen Sie ein Kalorimeter, ein Thermometer, eine Waage und Tabellen mit den thermischen Eigenschaften von Stoffen.

Anweisungen

Berechnung der vom Körper abgegebenen oder aufgenommenen Menge: Messen Sie das Körpergewicht auf einer Waage, messen Sie dann die Temperatur und erhitzen Sie es, wobei Sie den Kontakt mit der Außenumgebung so weit wie möglich einschränken, und messen Sie die Temperatur erneut. Verwenden Sie dazu ein wärmeisoliertes Gefäß (Kalorimeter). In der Praxis kann dies folgendermaßen erfolgen: Nehmen Sie einen beliebigen Körper bei Raumtemperatur, dies ist sein Anfangswert. Anschließend gießt man heißes Wasser in das Kalorimeter und taucht den Körper dort ein. Nach einiger Zeit (nicht sofort, der Körper muss sich erwärmen) messen Sie die Wassertemperatur, sie wird der Körpertemperatur entsprechen. Finden Sie in der Tabelle der spezifischen Wärmekapazität diesen Wert für das Material, aus dem der untersuchte Körper besteht. Dann ist die Wärmemenge das Produkt aus der spezifischen Wärmekapazität und der Masse des Körpers und seiner Temperatur (Q=c m (t2-t1)). Das Ergebnis wird in Joule angegeben. Die Temperatur kann in Grad Celsius ausgedrückt werden. Fällt die Wärmemenge positiv aus, erwärmt sich der Körper, kühlt er ab.

Berechnung der Wärmemenge bei der Kraftstoffverbrennung. Messen Sie die verbrannte Kraftstoffmasse. Wenn es sich um eine Flüssigkeit handelt, messen Sie ihr Volumen und multiplizieren Sie es mit der in einer speziellen Tabelle ermittelten Dichte. Ermitteln Sie dann in der Referenztabelle die spezifische Verbrennungswärme dieses Kraftstoffs und multiplizieren Sie diese mit seiner Masse. Das Ergebnis ist die Menge an Wärme, die bei der Kraftstoffverbrennung freigesetzt wird.

Berechnung der Wärmemenge beim Schmelzen und Verdampfen. Messen Sie die Masse des Schmelzkörpers und die spezifische Schmelzwärme für einen bestimmten Stoff aus einer speziellen Tabelle. Multiplizieren Sie diese Werte und erhalten Sie die Menge, die der Körper beim Schmelzen aufnimmt. Die gleiche Wärmemenge gibt der Körper bei der Kristallisation ab.
Um die von einer Flüssigkeit absorbierte Wärmemenge zu messen, ermitteln Sie ihre Masse sowie die spezifische Verdampfungswärme. Das Produkt dieser Mengen ergibt die Wärmemenge, die eine bestimmte Flüssigkeit beim Verdampfen absorbiert. Bei der Kondensation wird genau die gleiche Wärmemenge freigesetzt, die bei der Verdunstung aufgenommen wurde.

Video zum Thema

Thermal Wirkung eines thermodynamischen Systems entsteht durch das Auftreten einer chemischen Reaktion in ihm, ist jedoch nicht eines seiner Merkmale. Dieser Wert kann nur ermittelt werden, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind.

Anweisungen

Das Konzept der thermischen a ist eng mit dem Konzept der Enthalpie eines thermodynamischen Systems verbunden. Dabei handelt es sich um Wärmeenergie, die bei Erreichen einer bestimmten Temperatur und eines bestimmten Drucks in Wärme umgewandelt werden kann. Dieser Wert charakterisiert den Gleichgewichtszustand des Systems.

Bei chemischen Reaktionen wird Wärme aufgenommen oder an die Umgebung abgegeben. Dieser Wärmeaustausch zwischen einer chemischen Reaktion und ihrer Umgebung wird Enthalpie oder H genannt. Enthalpie kann jedoch nicht direkt gemessen werden, daher ist es üblich, die Änderung der Umgebungstemperatur (bezeichnet als ∆H) zu berechnen. ∆H gibt an, dass bei einer chemischen Reaktion Wärme an die Umgebung abgegeben wird (exotherme Reaktion) oder Wärme aufgenommen wird (endotherme Reaktion). Die Enthalpie wird wie folgt berechnet: ∆H = m x s x ∆T, wobei m die Masse der Reaktanten, s die Wärmekapazität des Reaktionsprodukts und ∆T die Temperaturänderung infolge der Reaktion ist.

Schritte

Enthalpieprobleme lösen

Identifizieren Sie die Reaktanten und Produkte der Reaktion. Jede chemische Reaktion besteht aus Reaktanten und Reaktionsprodukten. Reaktionsprodukt geschaffen als Ergebnis der Wechselwirkung von Reagenzien. Mit anderen Worten: Die Reaktanten sind die Zutaten im Rezept und das Reaktionsprodukt ist das fertige Gericht. Um den ∆H einer Reaktion zu ermitteln, müssen Sie die Reaktanten und Produkte der Reaktion kennen.

• Beispielsweise ist es notwendig, die Enthalpie der Reaktion der Wasserbildung aus Wasserstoff und Sauerstoff zu ermitteln: 2H 2 (Wasserstoff) + O 2 (Sauerstoff) → 2H 2 O (Wasser). In dieser Reaktion H 2 Und O2- Reagenzien und H2O- Reaktionsprodukt.

1. Bestimmen Sie die Gesamtmasse der Reagenzien. Als nächstes müssen Sie die Masse der Reaktanten berechnen. Wenn Sie sie nicht wiegen können, berechnen Sie das Molekulargewicht, um das tatsächliche Molekulargewicht zu ermitteln. Das Molekulargewicht ist eine Konstante, die im Periodensystem oder anderen Tabellen von Molekülen und Verbindungen zu finden ist. Multiplizieren Sie die Masse jedes Reaktanten mit der Anzahl der Mol.

   • In unserem Beispiel haben die Reaktanten Wasserstoff und Sauerstoff Molekulargewichte von 2 g bzw. 32 g. Da wir 2 Mol Wasserstoff (der Koeffizient in der chemischen Reaktion vor Wasserstoff H2) und 1 Mol Sauerstoff (kein Koeffizient vor O2 bedeutet 1 Mol) verwenden, errechnet sich die Gesamtmasse der Reaktanten wie folgt:
     2 × (2 g) + 1 × (32 g) = 4 g + 32 g = 36 g

2. Bestimmen Sie die Wärmekapazität des Produkts. Bestimmen Sie als nächstes die Wärmekapazität des Reaktionsprodukts. Jedes Molekül hat eine bestimmte Wärmekapazität, die konstant ist. Finden Sie diese Konstante in den Tabellen Ihres Chemielehrbuchs. Es gibt mehrere Einheiten zur Messung der Wärmekapazität; In unseren Berechnungen verwenden wir J/g°C.

   • Beachten Sie, dass Sie bei mehreren Reaktionsprodukten die Wärmekapazität jedes einzelnen berechnen und diese dann addieren müssen, um die Enthalpie der gesamten Reaktion zu erhalten.
   • In unserem Beispiel ist das Reaktionsprodukt Wasser, das eine Wärmekapazität besitzt 4,2 J/g°C.

3. Finden Sie die Temperaturänderung. Jetzt ermitteln wir ∆T – den Temperaturunterschied vor und nach der Reaktion. Subtrahieren Sie von der Anfangstemperatur (T1) die Endtemperatur (T2). Die Kelvin-Skala (K) wird am häufigsten bei chemischen Problemen verwendet (obwohl die Celsius-Skala (°C) das gleiche Ergebnis liefert).

   • Nehmen wir in unserem Beispiel an, dass die anfängliche Reaktionstemperatur 185 K betrug und nach der Reaktion 95 K betrug, was bedeutet, dass ∆T wie folgt berechnet wird:
     ∆T = T2 – T1 = 95 K – 185 K = -90 K

4. Finden Sie die Enthalpie mit der Formel ∆H = M X S x ∆T. Wenn m die Masse der Reaktanten, s die Wärmekapazität des Reaktionsprodukts und ∆T die Temperaturänderung ist, kann die Enthalpie der Reaktion berechnet werden. Setze die Werte in die Formel ∆H = ein M X S x ∆T und erhalte die Enthalpie. Das Ergebnis wird in Joule (J) berechnet.

   • In unserem Beispiel wird die Enthalpie wie folgt berechnet:
     ∆H = (36 g) × (4,2 JK – 1 g – 1) × (-90 K) = -13608 J

5. Bestimmen Sie, ob bei der betreffenden Reaktion Energie freigesetzt oder absorbiert wird. Einer der häufigsten Gründe für die Berechnung von ∆H in der Praxis besteht darin, herauszufinden, ob eine Reaktion exotherm (Wärmeabgabe und Reduzierung der eigenen Energie) oder endotherm (Wärme aus der Umgebung aufnehmen und eigene Energie erhöhen) verläuft. Ist der ∆H-Wert positiv, dann ist die Reaktion endotherm. Wenn negativ, ist die Reaktion exotherm. Je größer der Absolutwert von ∆H ist, desto mehr Energie wird freigesetzt oder absorbiert. Seien Sie vorsichtig, wenn Sie ein praktisches Experiment durchführen: Bei Reaktionen mit hohen Enthalpiewerten kann es zu einer großen Energiefreisetzung kommen, und wenn sie schnell erfolgt, kann es zu einer Explosion kommen.

   • In unserem Beispiel war das Endergebnis -13608 J. Vor dem Enthalpiewert steht ein negatives Vorzeichen, was bedeutet, dass die Reaktion exotherm. Die heißen Gase (in Form von Dampf) H 2 und O 2 müssen etwas Wärme abgeben, um ein Wassermolekül zu bilden, d. h. die Reaktion zu H 2 O ist exotherm.

   Enthalpieschätzung

   1. Berechnen Sie Bindungsenergien, um die Enthalpie abzuschätzen. Fast alle chemischen Reaktionen führen zum Aufbrechen einiger Bindungen und zur Bildung anderer. Die Energie als Ergebnis der Reaktion erscheint nirgendwo und wird nicht zerstört: Es ist die Energie, die erforderlich ist, um diese Bindungen aufzubrechen oder zu bilden. Daher kann die Änderung der Enthalpie der gesamten Reaktion recht genau abgeschätzt werden, indem man die Energien dieser Bindungen summiert.

      Verwenden Sie die Bildungsenthalpie, um die Enthalpie abzuschätzen. Die Bildungsenthalpie ermöglicht die Berechnung von ∆H durch Berechnung der Bildungsreaktionen von Reaktanten und Produkten. Wenn die Bildungsenthalpie der Reaktionsprodukte und Reaktanten bekannt ist, können Sie die Enthalpie als Ganzes durch Addition abschätzen, wie im oben diskutierten Fall der Energie.

   2. Vergessen Sie nicht die Vorzeichen vor den Enthalpiewerten. Bei der Berechnung der Bildungsenthalpie dreht man die Formel zur Bestimmung der Reaktionsenthalpie des Produkts um und das Vorzeichen der Enthalpie sollte sich ändern. Mit anderen Worten: Wenn Sie die Formel umkehren, sollte sich das Vorzeichen der Enthalpie ins Gegenteil ändern.

      • Beachten Sie im Beispiel, dass die Bildungsreaktion für das Produkt C 2 H 5 OH umgekehrt geschrieben ist. C 2 H 5 OH → 2C + 3H 2 + 0,5O 2, das heißt, C 2 H 5 OH zersetzt sich und wird nicht synthetisiert. Daher ist das Vorzeichen der Enthalpie in einer solchen Reaktion positiv und beträgt 228 kJ/mol, obwohl die Bildungsenthalpie von C 2 H 5 OH -228 kJ/mol beträgt.

   Beobachtung der Enthalpie während des Experiments

   1. Nehmen Sie einen sauberen Behälter und gießen Sie Wasser hinein. Es ist nicht schwer, die Prinzipien der Enthalpie in Aktion zu sehen – führen Sie einfach ein einfaches Experiment durch. Es ist wichtig, dass das Ergebnis des Experiments nicht durch fremde Verunreinigungen beeinträchtigt wird. Daher muss der Behälter gewaschen und sterilisiert werden. Wissenschaftler verwenden zur Messung der Enthalpie spezielle geschlossene Behälter, sogenannte Kalorimeter, aber auch ein Becherglas oder eine Flasche reichen völlig aus. Füllen Sie den Behälter mit sauberem Leitungswasser bei Raumtemperatur. Es empfiehlt sich, den Versuch in einem kühlen Raum durchzuführen.

      • Für den Versuch empfiehlt sich die Verwendung eines kleinen Gefäßes. Wir werden uns die Reaktionsenthalpie von Wasser mit Alka-Seltzer ansehen. Je weniger Wasser verwendet wird, desto offensichtlicher wird die Temperaturänderung sein.

Wie groß ist die Bildungsenthalpie von Stoffen? Wie nutzt man diese Größe in der Thermochemie? Um Antworten auf diese Fragen zu finden, betrachten wir die Grundbegriffe, die mit der thermischen Wirkung chemischer Wechselwirkungen verbunden sind.

Thermische Wirkung der Reaktion

Dies ist eine Größe, die die Menge an Wärme charakterisiert, die bei der Wechselwirkung von Stoffen freigesetzt oder aufgenommen wird.

Wenn der Prozess unter Standardbedingungen durchgeführt wird, wird der thermische Effekt als Standardreaktionseffekt bezeichnet. Dies ist die Standardbildungsenthalpie der Reaktionsprodukte.

Wärmekapazität des Prozesses

Dies ist eine physikalische Größe, die das Verhältnis einer kleinen Wärmemenge zu einer Temperaturänderung bestimmt. J/K wird als Einheit zur Messung der Wärmekapazität verwendet.

Die spezifische Wärmekapazität ist die Menge an Wärmeenergie, die erforderlich ist, um die Temperatur eines Körpers mit einer Masse von einem Kilogramm um ein Grad Celsius zu erhöhen.

Thermochemischer Effekt

Für fast jede chemische Reaktion können Sie die Energiemenge berechnen, die bei der Wechselwirkung chemischer Komponenten absorbiert oder freigesetzt wird.

Exotherme Umwandlungen sind solche, bei denen eine bestimmte Wärmemenge an die Atmosphäre abgegeben wird. Beispielsweise zeichnen sich Verbindungsprozesse durch eine positive Wirkung aus.

Die Reaktionsenthalpie wird unter Berücksichtigung der Zusammensetzung des Stoffes sowie stereochemischer Koeffizienten berechnet. Bei endothermen Reaktionen wird etwas Wärme absorbiert, damit eine chemische Reaktion beginnt.

Die Standardenthalpie ist eine in der Thermochemie verwendete Größe.

Spontaner Prozess

In einem thermodynamischen System läuft ein Prozess spontan ab, wenn die freie Energie des interagierenden Systems abnimmt. Der Mindestwert des thermodynamischen Potentials gilt als Bedingung für das Erreichen des thermodynamischen Gleichgewichts.

Nur wenn über die Zeit konstante äußere Bedingungen aufrechterhalten werden, kann von der Unveränderlichkeit der Interaktion gesprochen werden.

Einer der Zweige der Thermodynamik untersucht genau Gleichgewichtszustände, in denen die Enthalpie eine für jeden einzelnen Prozess berechnete Größe ist.

Chemische Prozesse sind dann reversibel, wenn sie gleichzeitig in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen ablaufen: rückwärts und vorwärts. Beobachtet man in einem geschlossenen System den umgekehrten Prozess, so erreicht das System nach einer gewissen Zeit einen Gleichgewichtszustand. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentrationsänderungen aller Stoffe im Laufe der Zeit aufhören. Dieser Zustand bedeutet nicht das vollständige Aufhören der Reaktion zwischen den Ausgangsstoffen, da das Gleichgewicht ein dynamischer Prozess ist.

Enthalpie ist eine physikalische Größe, die für verschiedene chemische Stoffe berechnet werden kann. Ein quantitatives Merkmal eines Gleichgewichtsprozesses ist die Gleichgewichtskonstante, ausgedrückt in Form von Partialdrücken, Gleichgewichtskonzentrationen und Stoffmengenanteilen wechselwirkender Substanzen.

Für jeden reversiblen Prozess kann die Gleichgewichtskonstante berechnet werden. Sie hängt von der Temperatur sowie von der Art der interagierenden Komponenten ab.

Betrachten wir ein Beispiel für die Entstehung eines Gleichgewichtszustands in einem System. Zu Beginn befinden sich nur die Ausgangsstoffe A und B im System. Die Geschwindigkeit der Hinreaktion hat einen Maximalwert und der Rückwärtsvorgang findet nicht statt. Mit abnehmender Konzentration der Ausgangskomponenten nimmt die Geschwindigkeit des umgekehrten Prozesses zu.

Wenn man bedenkt, dass die Enthalpie eine physikalische Größe ist, die sowohl für reagierende Stoffe als auch für die Produkte des Prozesses berechnet werden kann, lassen sich bestimmte Schlussfolgerungen ziehen.

Nach einer bestimmten Zeitspanne ist die Geschwindigkeit des Vorwärtsprozesses gleich der Geschwindigkeit der Rückwärtswechselwirkung. Die Gleichgewichtskonstante ist das Verhältnis der Geschwindigkeitskonstanten des Vorwärts- und Rückwärtsprozesses. Die physikalische Bedeutung dieses Wertes zeigt, wie oft die Geschwindigkeit des direkten Prozesses den Wert der umgekehrten Wechselwirkung bei einer bestimmten Konzentration und Temperatur übersteigt.

Einfluss externer Faktoren auf die Kinetik des Prozesses

Da die Enthalpie eine Größe ist, die für thermodynamische Berechnungen verwendet wird, besteht ein Zusammenhang zwischen ihr und den Prozessbedingungen. Beispielsweise wird die thermodynamische Wechselwirkung durch Konzentration, Druck und Temperatur beeinflusst. Wenn sich eine dieser Größen ändert, verschiebt sich das Gleichgewicht.

Enthalpie ist ein thermodynamisches Potential, das den Zustand eines Systems im Gleichgewicht charakterisiert, wenn es als unabhängige Variablen von Entropie, Druck und Anzahl der Teilchen ausgewählt wird.

Die Enthalpie charakterisiert das Energieniveau, das in seiner Molekülstruktur gespeichert ist. Wenn also ein Stoff über Energie verfügt, wird diese nicht vollständig in Wärme umgewandelt. Ein Teil davon ist direkt im Stoff gespeichert, er ist für die Funktion des Stoffes bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur notwendig.

Abschluss

Die Enthalpieänderung ist ein Maß für die Wärme einer chemischen Reaktion. Sie charakterisiert die Energiemenge, die für den Wärmeaustausch bei konstantem Druck erforderlich ist. Dieser Wert wird in Situationen verwendet, in denen Druck und Temperatur im Prozess konstante Werte sind.

Enthalpie wird häufig anhand der Gesamtenergie einer Substanz charakterisiert, da sie als Summe der inneren Energie und der vom System geleisteten Arbeit definiert ist.

In Wirklichkeit handelt es sich bei dieser Größe um die Gesamtenergiemenge, die die in Wärme umgewandelten Energieindikatoren eines Stoffes charakterisiert.

Dieser Begriff wurde von H. Kamerlingh Onnes vorgeschlagen. Bei thermodynamischen Berechnungen in der anorganischen Chemie muss die Stoffmenge berücksichtigt werden. Die Berechnungen werden bei einer Temperatur entsprechend 298 K und einem Druck von 101 kPa durchgeführt.

Das Hesssche Gesetz, der Hauptparameter der modernen Thermochemie, ermöglicht es uns, die Möglichkeit des spontanen Auftretens eines chemischen Prozesses zu bestimmen und seinen thermischen Effekt zu berechnen.

Abschnitte siehe auch „Physisches Portal“

Enthalpie, Auch thermische funktion Und Wärmeinhalt- thermodynamisches Potential, das den Zustand des Systems im thermodynamischen Gleichgewicht charakterisiert, wenn Druck, Entropie und Teilchenzahl als unabhängige Variablen gewählt werden.

Einfach ausgedrückt ist Enthalpie die Energie, die bei einem bestimmten konstanten Druck zur Umwandlung in Wärme zur Verfügung steht.

Betrachtet man ein thermomechanisches System als bestehend aus einem Makrokörper (Gas) und einem Kolben mit einer Fläche S mit einer Ladung Gewicht P = pS, Ausgleichsgasdruck R innerhalb des Gefäßes, dann wird ein solches System genannt erweitert.

Enthalpie oder Energie eines erweiterten Systems E gleich der Summe der inneren Energie des Gases U und potentielle Energie des Kolbens bei Belastung E Schweiß = pSx = pV

$H=E=U+pV$

Somit ist die Enthalpie in einem bestimmten Zustand die Summe der inneren Energie des Körpers und der Arbeit, die aufgewendet werden muss, damit der Körper ein Volumen hat V in eine unter Druck stehende Umgebung einbringen R und im Gleichgewicht mit dem Körper sein. Enthalpie des Systems H hat – ähnlich wie die innere Energie und andere thermodynamische Potentiale – für jeden Zustand einen ganz bestimmten Wert, ist also eine Funktion des Zustands. Daher im Prozess der Zustandsänderung

$\backslash Delta\; H=H\_2-H\_1$ $\backslash begin(align)$

\mathrm(d)H &= \mathrm(d)(U+ pV) \\

&= \mathrm(d)U+\mathrm(d)(pV) \\ &= \mathrm(d)U+(p\,\mathrm(d)V+V\,\mathrm(d)p) \\ & = (\delta Q-p\,\mathrm(d)V)+(p\,\mathrm(d)V+V\,\mathrm(d)p) \\ &= \delta Q+V\,\mathrm( d)p \\ &= T\,\mathrm(d)S+V\,\mathrm(d)p

\end(align)

Beispiele

Anorganische Verbindungen (bei 25 °C)
Standardbildungsenthalpie

Chemische Verbindung	Phase (von Stoffen)	Chemische Formel	Δ H F 0 kJ/mol
Ammoniak	gelöst	NH 3 (NH 4 OH)	−80.8
Ammoniak	gasförmig	NH3	−46.1
Natriumcarbonat	solide	Na 2 CO 3	−1131
Natriumchlorid (Salz)	gelöst	NaCl	−407
Natriumchlorid (Salz)	solide	NaCl	−411.12
Natriumchlorid (Salz)	flüssig	NaCl	−385.92
Natriumchlorid (Salz)	gasförmig	NaCl	−181.42
Natriumhydroxid	gelöst	NaOH	−469.6
Natriumhydroxid	solide	NaOH	−426.7
Natriumnitrat	gelöst	NaNO3	−446.2
Natriumnitrat	solide	NaNO3	−424.8
Schwefeldioxid	gasförmig	SO 2	−297
Schwefelsäure	flüssig	H2SO4	−814
Silizium	solide	SiO2	−911
Stickstoffdioxid	gasförmig	NEIN 2	+33
Stickstoffmonoxid	gasförmig	NEIN	+90
Wasser	flüssig	H2O	−286
Wasser	gasförmig	H2O	−241.8
Kohlendioxid	gasförmig	CO2	−393.5
Wasserstoff	gasförmig	H 2	0
Fluor	gasförmig	F 2	0
Chlor	gasförmig	Cl2	0
Brom	flüssig	BR 2	0
Brom	gasförmig	BR 2	30.73

Invariante Enthalpie in der relativistischen Thermodynamik

Für ein solches System sind die „übliche“ Enthalpie und der Impuls des Systems $\backslash vec\; g$ bilden einen 4-Vektor, und die invariante Funktion dieses 4-Vektors wird zur Bestimmung der invarianten Enthalpie verwendet, die in allen Bezugssystemen gleich ist:

$H=\backslash sqrt(\backslash left(U+P\; \backslash ,V\; \backslash right)^2\; -c^2\; \backslash vec\; g^2)$

Die Grundgleichung der relativistischen Thermodynamik wird durch das invariante Enthalpiedifferential wie folgt geschrieben:

$dH=T\; \backslash ,\; dS\; +\backslash frac(V)(\backslash sqrt(1-v^2/c^2))\backslash ,\; dP\; +\; \backslash mu\backslash ,\; dN$

Mit dieser Gleichung ist es möglich, jede Frage der Thermodynamik bewegter Systeme zu lösen, sofern die Funktion bekannt ist $H(S,P,N)$.

Vergleichsdaten

Den Wert der Bildungsenthalpie von Stoffen und anderen thermodynamischen Eigenschaften können Sie den Links entnehmen: , , , sowie dem Buch „Schnelles Nachschlagewerk physikalischer und chemischer Größen“.

siehe auch

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Anmerkungen

Quellen

1. Bolgarsky A.V., Mukhachev G.A., Shchukin V.K., „Thermodynamik und Wärmeübertragung“ Ed. 2., überarbeitet und zusätzlich M.: „Higher School“, 1975, 495 S.
2. Kharin A. N., Kataeva N. A., Kharina L. T., Hrsg. Prof. Kharina A. N. „Chemiekurs“, M.: „Higher School“, 1975, 416 S.

Auszug zur Charakterisierung der Enthalpie

Prinzessin Marya sah ihre Freundin an und verstand nicht, was sie sagte.
„Oh, wenn nur jemand wüsste, wie sehr mir das jetzt egal ist“, sagte sie. - Natürlich würde ich ihn nie verlassen wollen... Alpatych hat mir etwas über das Verlassen erzählt... Sprich mit ihm, ich kann nichts tun, ich will nichts...
- Ich habe mit ihm geredet. Er hofft, dass wir morgen Zeit haben, abzureisen; Aber ich denke, dass es jetzt besser wäre, hier zu bleiben“, sagte Frau Bourienne. - Denn, sehen Sie, liebe Marie, es wäre schrecklich, auf der Straße in die Hände von Soldaten oder aufständischen Männern zu fallen. - M lle Bourienne holte aus ihrer Tasche eine Mitteilung des französischen Generals Rameau auf einem nicht-russischen Sonderblatt, in der es heißt, dass die Bewohner ihre Häuser nicht verlassen sollten und dass sie von den französischen Behörden angemessen geschützt würden, und überreichte sie der Prinzessin.
„Ich denke, es ist besser, diesen General zu kontaktieren“, sagte Frau Bourienne, „und ich bin sicher, dass Ihnen der gebührende Respekt entgegengebracht wird.“
Prinzessin Marya las die Zeitung und trockenes Schluchzen schüttelte ihr Gesicht.
- Durch wen hast du das bekommen? - Sie sagte.
„Sie haben wahrscheinlich herausgefunden, dass ich dem Namen nach Franzose bin“, sagte Frau Bourienne errötend.
Prinzessin Marya stand mit einem Papier in der Hand vom Fenster auf, verließ mit blassem Gesicht den Raum und ging in das ehemalige Büro von Prinz Andrei.
„Dunyasha, ruf Alpatych, Dronushka, jemanden zu mir“, sagte Prinzessin Marya, „und sag Amalya Karlovna, sie soll nicht zu mir kommen“, fügte sie hinzu, als sie die Stimme von Frau Bourienne hörte. - Beeilen Sie sich und gehen Sie! Geh schnell! - sagte Prinzessin Marya, entsetzt über den Gedanken, dass sie in der Macht der Franzosen bleiben könnte.
„Damit Prinz Andrei weiß, dass sie in der Macht der Franzosen ist! Damit sie, die Tochter von Prinz Nikolai Andreich Bolkonsky, Herrn General Rameau bittet, ihr Schutz zu gewähren und seine Vorteile zu genießen! „Dieser Gedanke erschreckte sie, ließ sie schaudern, erröten und Anfälle von Wut und Stolz verspüren, die sie noch nicht erlebt hatte. Alles, was in ihrer Position schwierig und vor allem anstößig war, stellte sie sich lebhaft vor. „Sie, die Franzosen, werden sich in diesem Haus niederlassen; Herr General Rameau wird das Amt von Prinz Andrei bekleiden; Es wird Spaß machen, seine Briefe und Papiere zu sortieren und zu lesen. M lle Bourienne lui fera les honneurs de Bogucharovo. [Mademoiselle Bourien wird ihn in Bogutscharowo mit Ehren empfangen.] Sie werden mir aus Gnade ein Zimmer geben; Soldaten werden das frische Grab ihres Vaters zerstören, um Kreuze und Sterne von ihm zu entfernen; Sie werden mir von Siegen über die Russen erzählen, sie werden Mitgefühl für meine Trauer heucheln... - Prinzessin Marya dachte nicht mit ihren eigenen Gedanken, sondern fühlte sich verpflichtet, mit den Gedanken ihres Vaters und ihres Bruders selbst zu denken. Für sie persönlich war es egal, wo sie blieb und was mit ihr passierte; aber gleichzeitig fühlte sie sich als Vertreterin ihres verstorbenen Vaters und Prinz Andrei. Sie dachte unwillkürlich mit ihren Gedanken und fühlte sie mit ihren Gefühlen. Was auch immer sie sagen würden, was auch immer sie jetzt tun würden, das war es, was sie für notwendig hielt. Sie ging in das Büro von Fürst Andrei und dachte über ihre Situation nach, während sie versuchte, in seine Gedanken einzudringen.
Die Anforderungen des Lebens, das sie mit dem Tod ihres Vaters für zerstört hielt, traten plötzlich mit einer neuen, noch unbekannten Kraft vor Prinzessin Marya und überwältigten sie. Aufgeregt und mit rotem Gesicht ging sie durch den Raum und forderte zuerst Alpatych, dann Michail Iwanowitsch, dann Tikhon, dann Dron. Dunyasha, das Kindermädchen und alle Mädchen konnten nichts darüber sagen, inwieweit das, was M lle Bourienne verkündete, fair war. Alpatych war nicht zu Hause: Er war zu seinen Vorgesetzten gegangen. Der herbeigerufene Architekt Michail Iwanowitsch, der mit schläfrigen Augen zu Prinzessin Marya kam, konnte ihr nichts sagen. Mit genau demselben zustimmenden Lächeln, mit dem er seit fünfzehn Jahren gewohnt war, ohne seine Meinung zu äußern, auf die Bitten des alten Prinzen zu antworten, beantwortete er die Fragen der Prinzessin Marya, so dass aus seinen Antworten nichts Bestimmtes geschlossen werden konnte. Der herbeigerufene alte Kammerdiener Tichon antwortete mit einem eingefallenen und hageren Gesicht, das den Abdruck unheilbaren Kummers trug, auf alle Fragen der Prinzessin Marya mit „Ich höre mit“ und konnte sich kaum zurückhalten, als er sie ansah, zu schluchzen.
Schließlich betrat der ältere Dron den Raum, verneigte sich tief vor der Prinzessin und blieb am Türsturz stehen.
Prinzessin Marya ging durch den Raum und blieb ihm gegenüber stehen.
„Dronushka“, sagte Prinzessin Marya, die in ihm zweifellos einen Freund sah, denselben Dronushka, der ihr von seiner jährlichen Reise zum Jahrmarkt in Wjasma jedes Mal seinen besonderen Lebkuchen brachte und sie mit einem Lächeln servierte. „Dronuschka, jetzt, nach unserem Unglück“, begann sie und verstummte, unfähig, weiter zu sprechen.
„Wir alle wandeln unter Gott“, sagte er seufzend. Sie schwiegen.
- Dronushka, Alpatych ist irgendwohin gegangen, ich habe niemanden, an den ich mich wenden kann. Stimmt es, dass sie mir sagen, dass ich nicht gehen kann?
„Warum gehen Sie nicht, Exzellenz, Sie können gehen“, sagte Dron.
„Sie sagten mir, es sei gefährlich für den Feind.“ Liebling, ich kann nichts tun, ich verstehe nichts, da ist niemand bei mir. Ich möchte auf jeden Fall nachts oder morgen früh gehen. – Die Drohne war still. Er warf unter seinen Brauen einen Blick auf Prinzessin Marya.
„Es gibt keine Pferde“, sagte er, „ich habe es auch Jakow Alpatytsch gesagt.“
- Warum nicht? - sagte die Prinzessin.
„Das ist alles Gottes Strafe“, sagte Dron. „Welche Pferde es gab, wurden für die Truppen abgebaut, und welche starben, welches Jahr ist heute?“ Es geht nicht darum, die Pferde zu füttern, sondern darum, dafür zu sorgen, dass wir selbst nicht verhungern! Und sie sitzen drei Tage lang so da, ohne zu essen. Es gibt nichts, sie sind völlig ruiniert.
Prinzessin Marya hörte aufmerksam zu, was er ihr sagte.
- Sind die Männer ruiniert? Haben sie kein Brot? - Sie fragte.
„Sie verhungern“, sagte Dron, „nicht wie die Karren ...“
- Warum hast du es mir nicht gesagt, Dronushka? Können Sie nicht helfen? Ich werde alles tun, was ich kann... - Für Prinzessin Marya war es seltsam zu denken, dass es jetzt, in einem solchen Moment, in dem solch ein Kummer ihre Seele erfüllte, reiche und arme Menschen geben könnte und dass die Reichen den Armen nicht helfen könnten. Sie wusste und hörte vage, dass es Meisterbrot gab und dass es den Bauern gegeben wurde. Sie wusste auch, dass weder ihr Bruder noch ihr Vater die Bedürfnisse der Bauern ablehnen würden; Sie hatte nur Angst, sich in ihren Worten über diese Brotverteilung an die Bauern, über die sie verfügen wollte, irgendwie zu irren. Sie war froh, dass man ihr einen Vorwand für ihre Besorgnis präsentiert hatte, einen, für den sie sich nicht schämte, ihren Kummer zu vergessen. Sie fragte Dronuschka nach Einzelheiten über die Bedürfnisse der Männer und darüber, was in Bogutscharowo herrschaftlich war.
– Schließlich haben wir des Meisters Brot, Bruder? - Sie fragte.
„Das Brot des Meisters ist ganz intakt“, sagte Dron stolz, „unser Prinz hat nicht befohlen, es zu verkaufen.“
„Gib ihn den Bauern, gib ihm alles, was sie brauchen: Ich erteile dir die Erlaubnis im Namen meines Bruders“, sagte Prinzessin Marya.
Die Drohne sagte nichts und holte tief Luft.
„Gib ihnen dieses Brot, wenn es ihnen reicht.“ Gib alles weg. Ich befehle euch im Namen meines Bruders und sage ihnen: Was unser ist, gehört auch ihnen. Wir werden nichts für sie verschonen. Also sag es mir.
Die Drohne blickte die Prinzessin aufmerksam an, während sie sprach.
„Entlass mich, Mutter, um Gottes willen, sag mir, ich soll die Schlüssel annehmen“, sagte er. „Ich habe 23 Jahre lang gedient, ich habe nichts Schlimmes getan; Lass mich in Ruhe, um Gottes willen.
Prinzessin Marya verstand nicht, was er von ihr wollte und warum er darum bat, sich zu entlassen. Sie antwortete ihm, dass sie nie an seiner Hingabe zweifelte und bereit sei, alles für ihn und die Männer zu tun.

Eine Stunde später kam Dunyasha mit der Nachricht zur Prinzessin, dass Dron angekommen sei, und alle Männer versammelten sich auf Befehl der Prinzessin in der Scheune, um mit der Herrin zu sprechen.
„Ja, ich habe sie nie angerufen“, sagte Prinzessin Marya, „ich habe Dronushka nur gesagt, sie soll ihnen Brot geben.“
„Nur um Gottes willen, Prinzessin Mutter, befiehl ihnen, wegzugehen und geh nicht zu ihnen.“ „Das ist alles nur eine Lüge“, sagte Dunjascha, „und Jakow Alpatytsch wird kommen und wir werden gehen ... und bitte ...
- Was für eine Täuschung? – fragte die Prinzessin überrascht
- Ja, ich weiß, hör mir einfach zu, um Gottes willen. Fragen Sie einfach das Kindermädchen. Sie sagen, dass sie nicht damit einverstanden sind, auf Ihren Befehl zu gehen.
- Du sagst etwas Falsches. Ja, ich habe nie befohlen zu gehen... - sagte Prinzessin Marya. - Rufen Sie Dronuschka an.
Der ankommende Dron bestätigte Dunyashas Worte: Die Männer kamen auf Befehl der Prinzessin.
„Ja, ich habe sie nie angerufen“, sagte die Prinzessin. „Du hast es ihnen wahrscheinlich nicht richtig vermittelt.“ Ich habe dir gerade gesagt, du sollst ihnen das Brot geben.
Die Drohne seufzte, ohne zu antworten.
„Wenn Sie bestellen, gehen sie“, sagte er.

Enthalpie ist die Energie, die einem bestimmten System innewohnt, das sich im thermodynamischen Gleichgewicht mit konstanten Parametern (Druck und Entropie) befindet.

Entropie ist ein Merkmal der Ordnung eines thermodynamischen Systems.

ENTHALPY(aus dem Griechischen enthalpo – ich erhitze), eine einwertige Funktion H des Zustands eines thermodynamischen Systems mit unabhängigen Parametern der Entropie S und des Drucks p, steht in Beziehung zur inneren Energie U durch die Beziehung H = U + pV, wobei V ist das Volumen des Systems. Bei konstantem p ist die Enthalpieänderung gleich der dem System zugeführten Wärmemenge, weshalb die Enthalpie oft als thermische Funktion oder Wärmeinhalt bezeichnet wird. Im thermodynamischen Gleichgewicht (bei konstantem p und S) ist die Enthalpie des Systems minimal.

Entropie ist ein Maß für Unordnung, ein Maß für Homogenität, ein Maß für Gemischtheit und ein Maß für Symmetrie.

Nur wenige Wissenschaftler haben dieses Konzept verstanden... Normalerweise ist dies, wie es bildlich ausgedrückt wurde, ein Maß für das Chaos des Systems. Das heißt, es stellt sich heraus, dass Chaos geordnet werden kann. Das heißt, es ermöglicht die Unterscheidung zwischen reversiblen und irreversiblen Prozessen.... Bei reversiblen Prozessen ist die Entropie maximal und konstant... und bei irreversiblen Prozessen nimmt sie zu. Ich gebe Ihnen einen Artikel... Die Grundlage der Thermodynamik ist der Unterschied zwischen zwei Arten von Prozessen – reversibel und irreversibel. Ein reversibler Prozess ist ein Prozess, der sowohl vorwärts als auch rückwärts ablaufen kann, und wenn das System in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt, treten keine Änderungen auf. Jeder andere Vorgang wird als irreversibel bezeichnet. Die Gesetze des klassischen mechanistischen Forschungsprogramms sind umkehrbar. Mit dem Aufkommen der Thermodynamik gelangte in die Physik die Idee der Irreversibilität von Prozessen, die die Grenzen der Anwendbarkeit der dynamischen Beschreibung von Phänomenen aufzeigt.

Entropie (griechisch: in und Rotation, Transformation) ist einer der wichtigsten. Konzepte der klassischen Physik, eingeführt in die Wissenschaft von R. Clausius. Aus makroskopischer Sicht. Energie drückt die Umwandlungsfähigkeit von Energie aus: Je mehr Energie ein System hat, desto weniger Energie ist in ihm enthalten und kann sich umwandeln. Mit Hilfe des Konzepts von E. wird eines der Grundprinzipien formuliert. physikalische Gesetze – das Gesetz der zunehmenden Energie oder der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, der die Richtung von Energieumwandlungen bestimmt: In einem geschlossenen System kann die Energie nicht abnehmen. Das Erreichen der maximalen Energie kennzeichnet das Eintreten eines Gleichgewichtszustands, in dem weitere Energieumwandlungen nicht mehr möglich sind – die gesamte Energie ist in Wärme umgewandelt und ein Zustand des thermischen Gleichgewichts ist erreicht.

Kurze Review

Nullgesetz

Erstes Gesetz

Es kann auch wie folgt definiert werden: Die einem isolierten System zugeführte Wärmemenge wird für die Verrichtung von Arbeit und die Umwandlung interner Energie aufgewendet

Zweites Gesetz

Drittes Gesetz

Kurz gesagt wird postuliert, dass die Entropie „temperaturabhängig“ ist und zur Formulierung der Idee des absoluten Nullpunkts führt.

Viertes Gesetz (vorläufig)

Jedes Nichtgleichgewichtssystem verfügt über solche Eigenschaften, die als kinetisch bezeichnet werden und die die Eigenschaften des Verlaufs von Nichtgleichgewichtsprozessen in der durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik angegebenen Richtung bestimmen und von denen die thermodynamischen Kräfte, die diese Nichtgleichgewichtsprozesse antreiben, nicht abhängen.

Prinzipien der Thermodynamik

Nullgesetz der Thermodynamik

Der Nullsatz der Thermodynamik wird so genannt, weil er formuliert wurde, nachdem der erste und der zweite Hauptsatz zu etablierten wissenschaftlichen Konzepten geworden waren. Es besagt, dass ein isoliertes thermodynamisches System im Laufe der Zeit spontan in einen Zustand des thermodynamischen Gleichgewichts eintritt und in diesem auf unbestimmte Zeit verbleibt, wenn die äußeren Bedingungen unverändert bleiben. Es wird auch als allgemeines Prinzip bezeichnet und setzt das Vorhandensein eines mechanischen, thermischen und chemischen Gleichgewichts sowie eines Phasengleichgewichts im System voraus. Die klassische Thermodynamik postuliert lediglich die Existenz eines thermodynamischen Gleichgewichtszustands, sagt aber nichts über die Zeit aus, die erforderlich ist, um diesen Zustand zu erreichen.

In der Literatur sind auch häufig Bestimmungen zu den Eigenschaften des thermischen Gleichgewichts im Nullprinzip enthalten. Ein thermisches Gleichgewicht kann zwischen Systemen bestehen, die durch eine feste wärmedurchlässige Trennwand getrennt sind, d. h. eine Trennwand, die den Systemen den Austausch innerer Energie ermöglicht, aber keinen Stoffdurchtritt zulässt. Das Postulat der Transitivität des thermischen Gleichgewichts besagt, dass, wenn zwei durch eine solche Trennwand getrennte Körper (diathermisch) im thermischen Gleichgewicht miteinander stehen, jeder dritte Körper, der mit einem dieser Körper im thermischen Gleichgewicht steht, auch im thermischen Gleichgewicht mit einem dieser Körper steht der andere Körper.

Mit anderen Worten, wenn es sich um zwei geschlossene Systeme handelt A Und B miteinander in thermischen Kontakt gebracht, dann nach Erreichen des thermodynamischen Gleichgewichts das Gesamtsystem A+B Systeme A Und B miteinander in einem Zustand des thermischen Gleichgewichts stehen. Darüber hinaus jedes der Systeme A Und B selbst befindet sich ebenfalls in einem Zustand des thermodynamischen Gleichgewichts. Dann, wenn die Systeme B Und C sich im thermischen Gleichgewicht befinden, dann sind die Systeme A Und C stehen auch untereinander im thermischen Gleichgewicht.

In Fremdsprachen und übersetzter Literatur wird das Postulat über die Transitivität des thermischen Gleichgewichts oft als Nullanfang bezeichnet, und die Position beim Erreichen des thermodynamischen Gleichgewichts kann als „Minus-erster“-Anfang bezeichnet werden. Die Bedeutung des Transitivitätspostulats liegt darin, dass es uns erlaubt, eine bestimmte Funktion des Zustands des Systems einzuführen, das die Eigenschaften besitzt empirisch Temperatur, das heißt, Instrumente zur Temperaturmessung zu schaffen. Die Gleichheit der empirischen Temperaturen, die mit einem solchen Gerät, einem Thermometer, gemessen werden, ist eine Voraussetzung für das thermische Gleichgewicht von Systemen (oder Teilen desselben Systems).

Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik drückt den universellen Energieerhaltungssatz in Bezug auf Probleme der Thermodynamik aus und schließt die Möglichkeit aus, einen Perpetuum Engine erster Art zu schaffen, also ein Gerät, das in der Lage ist, Arbeit ohne entsprechenden Energieaufwand zu verrichten.

Innere Energie U Ein thermodynamisches System kann auf zwei Arten verändert werden: durch Arbeit an ihm oder durch Wärmeaustausch mit der Umgebung. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die vom System aufgenommene Wärme dazu dient, die innere Energie des Systems zu erhöhen und von diesem System Arbeit zu verrichten, was wie folgt geschrieben werden kann δQ = δA + dU. Hier du- Gesamtdifferential der inneren Energie des Systems, δQ ist die elementare Wärmemenge, die an das System übertragen wird, und δA- Infinitesimal oder elementar vom System geleistete Arbeit. Da Arbeit und Wärme keine Funktionen des Zustands sind, sondern davon abhängen, wie das System von einem Zustand in einen anderen übergeht, wird eine Notation mit dem Symbol verwendet δ um das zu betonen δQ Und δA- Dies sind unendlich kleine Größen, die nicht als Differentiale einer Funktion betrachtet werden können.

Zeichen wann δQ Und δA Bringen Sie in der obigen Beziehung die Übereinstimmung zum Ausdruck, dass die vom System geleistete Arbeit und die vom System aufgenommene Wärme als positiv angesehen werden, was in den meisten modernen Werken zur Thermodynamik akzeptiert wird.

Wenn das System aufgrund einer Volumenänderung nur mechanische Arbeit verrichtet, wird die Elementararbeit als geschrieben δA = PdV, Wo dV- Lautstärkeerhöhung. Bei quasistatischen Prozessen ist diese Arbeit gleich der Arbeit äußerer Kräfte auf das System, genommen mit umgekehrtem Vorzeichen: δA intern = –δA extern, aber für nichtquasistatische Prozesse gilt diese Beziehung nicht. Im Allgemeinen wird Elementararbeit als Summe geschrieben δA = A 1 da 1 +A 2 da 2 + ... , Wo A 1 ,A 2 , ... - Funktionen von Parametern A 1 ,A 2 , ... und Temperaturen T, angerufen durch verallgemeinerte Kräfte .

Die Arbeit, die mit der Änderung der Menge eines Stoffes im System verbunden ist (chemische Arbeit), kann vom allgemeinen Ausdruck für Arbeit in einen eigenen Begriff getrennt werden.

Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik legt Beschränkungen für die Richtung von Prozessen fest, die in thermodynamischen Systemen ablaufen können, und schließt die Möglichkeit aus, ein Perpetuum Mobile zweiter Art zu schaffen. Zu diesem Ergebnis kam tatsächlich bereits Sadi Carnot in seinem Aufsatz „Über die treibende Kraft des Feuers und über Maschinen, die diese Kraft entwickeln können“. Carnot stützte sich jedoch auf die Konzepte der Kalorientheorie und gab keine klare Formulierung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik. Dies wurde zwischen 1850 und 1851 unabhängig voneinander von Clausius und Kelvin durchgeführt. Es gibt mehrere unterschiedliche, aber zugleich gleichwertige Formulierungen dieses Gesetzes.

Kelvins Postulat: „Ein Kreislaufprozess ist unmöglich, dessen einziges Ergebnis die Produktion von Arbeit durch die Abkühlung des Wärmereservoirs wäre.“ Ein solcher Kreisprozess wird als Thomson-Planck-Prozess bezeichnet, und es wird postuliert, dass ein solcher Prozess unmöglich ist.

Clausius‘ Postulat: „Wärme kann nicht spontan von einem weniger erhitzten Körper auf einen stärker erhitzten Körper übertragen werden.“ Ein Prozess, bei dem außer der Wärmeübertragung von einem kalten Körper auf einen heißen keine andere Veränderung stattfindet, wird Clausius-Prozess genannt. Das Postulat besagt, dass ein solcher Prozess unmöglich ist. Wärme kann spontan nur in eine Richtung übertragen werden, von einem stärker erhitzten Körper zu einem weniger erhitzten, und ein solcher Vorgang ist irreversibel.

Nimmt man die Unmöglichkeit des Thomson-Planck-Prozesses als Postulat, kann man beweisen, dass der Clausius-Prozess unmöglich ist, und umgekehrt folgt aus der Unmöglichkeit des Clausius-Prozesses, dass auch der Thomson-Planck-Prozess unmöglich ist.

Eine Folgerung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik, die in den obigen Formulierungen postuliert wird, ermöglicht es uns, eine weitere Funktion des thermodynamischen Zustands für thermodynamische Systeme einzuführen S, Entropie genannt, so dass ihr Gesamtdifferential für quasistatische Prozesse geschrieben wird als dS=δQ/T. Zusammen mit der Temperatur und der inneren Energie, die im nullten und ersten Prinzip eingeführt werden, stellt die Entropie einen vollständigen Satz von Größen dar, die für die mathematische Beschreibung thermodynamischer Prozesse erforderlich sind. Nur zwei der genannten drei Größen, die die Thermodynamik zur Liste der in der Physik verwendeten Variablen hinzufügt, sind unabhängig.

Dritter Hauptsatz der Thermodynamik

Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik oder der Satz von Nernst besagt, dass die Entropie eines Gleichgewichtssystems, wenn sich die Temperatur dem absoluten Nullpunkt nähert, nicht mehr von irgendwelchen Zustandsparametern abhängt und zu einem bestimmten Grenzwert tendiert. Tatsächlich umfasst der Inhalt des Satzes von Nernst zwei Bestimmungen. Die erste davon postuliert die Existenz einer Entropiegrenze, wenn sie sich dem absoluten Nullpunkt nähert. Der numerische Wert dieser Grenze wird normalerweise mit Null angenommen, daher wird in der Literatur manchmal gesagt, dass die Entropie eines Systems gegen Null tendiert, wenn die Temperatur gegen 0 K tendiert. Der zweite Satz des Nernst-Theorems besagt, dass alle Prozesse nahe dem absoluten Nullpunkt, die das System von einem Gleichgewichtszustand in einen anderen überführen, erfolgen ohne Änderung der Entropie.

Nullwerte von Temperatur und Entropie am absoluten Nullpunkt werden als praktische Konventionen zur Beseitigung von Mehrdeutigkeiten bei der Erstellung einer Skala für thermodynamische Größen akzeptiert. Der Nulltemperaturwert dient als Bezugspunkt für die Erstellung einer thermodynamischen Temperaturskala. Entropie, die beim absoluten Nullpunkt der Temperatur Null wird, heißt absolute Entropie. In Handbüchern zu thermodynamischen Größen werden häufig Werte der absoluten Entropie bei einer Temperatur von 298,15 K angegeben, die einem Anstieg der Entropie entsprechen, wenn ein Stoff von 0 K auf 298,15 K erhitzt wird.