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Rechner für die Gibbs-Energie (ΔG = ΔH − TΔS)

Kurz gesagt: Rechner für die Gibbs-Energie: Löse ΔG = ΔH − TΔS nach ΔG, ΔH, T oder ΔS, finde die Umschlagtemperatur, rechne zwischen ΔG° und K um und korrigiere ΔG für Nicht-Standardbedingungen. Das Tool ist kostenlos, läuft im Webbrowser und braucht keinen Download.

Gib drei beliebige von ΔG, ΔH, T und ΔS ein, um die vierte Größe zu finden. ΔS kann in J oder kJ, T in °C oder K angegeben werden. Das Ergebnis zeigt, ob der Vorgang freiwillig abläuft, welcher der vier Vorzeichenfälle vorliegt und die Umschlagtemperatur. Weitere Tabs rechnen ΔG° in K um (in wissenschaftlicher Schreibweise, auch für riesige Werte) und wenden ΔG = ΔG° + RT ln Q an.

Kurzantwort: ΔG = ΔH − TΔS. Haber-Bosch-Verfahren: ΔH° = −92,2 kJ/mol, ΔS° = −198,7 J/(mol·K), also ΔG° = −92,2 − 298,15 × (−0,1987) = −33,0 kJ/mol und K = 6,0 × 10⁵. Oberhalb von 464 K läuft die Reaktion nicht mehr freiwillig ab.

Fülle drei Werte aus und lass den gesuchten Wert leer.

Formeln zur Gibbs-Energie

ΔG = ΔH − TΔS Umschlagtemperatur (ΔG = 0): T = ΔH / ΔS ΔG° = −RT ln K = −2,303RT log K K = e^(−ΔG°/RT) ΔG = ΔG° + RT ln Q

R = 8,314 J mol⁻¹ K⁻¹ und T in Kelvin. ΔH und ΔG stehen meist in kJ/mol, ΔS dagegen in J/(mol·K), daher teile ΔS durch 1000, bevor du sie kombinierst. ΔG < 0 bedeutet, dass der Vorgang bei dieser Temperatur freiwillig abläuft. Über die Geschwindigkeit sagt das nichts aus.

Freiwilligkeit: die vier Vorzeichenfälle

ΔHΔSΔG = ΔH − TΔSFreiwillig?Beispiel
− (exotherm)+Immer negativBei allen Temperaturen2H₂O₂ → 2H₂O + O₂
+ (endotherm)−Immer positivNie (Rückreaktion läuft freiwillig ab)3O₂ → 2O₃
−−Negativ bei niedrigem TUnterhalb T = ΔH/ΔSN₂ + 3H₂ → 2NH₃; Gefrieren von Wasser
++Negativ bei hohem TOberhalb T = ΔH/ΔSCaCO₃ → CaO + CO₂; Schmelzen von Eis

ΔG° und K bei 298,15 K

ΔG° (kJ/mol)K
−1003.3 × 10¹⁷
−505.8 × 10⁸
−203.2 × 10³
−1056.5
−57.52
01
+50.133
+100.0177
+203.1 × 10⁻⁴
+501.7 × 10⁻⁹
+1003.0 × 10⁻¹⁸

Jede 5,71 kJ/mol ΔG° ändern K bei 25 °C um den Faktor 10.

Rechenbeispiele

Haber-Bosch-Verfahren bei 25 °C

N₂ + 3H₂ → 2NH₃: ΔH° = −92,2 kJ/mol, ΔS° = −198,7 J/(mol·K).

ΔG° = −92,2 − 298,15 × (−0,1987) = −92,2 + 59,2

ΔG° = −33,0 kJ/mol (freiwillig)

Oberhalb welcher Temperatur läuft die NH₃-Bildung nicht mehr freiwillig ab?

ΔH und ΔS sind beide negativ, daher läuft die Reaktion nur unterhalb von T = ΔH/ΔS freiwillig ab.

T = −92 200 / −198,7

T = 464 K (191 °C)

Zersetzung von Kalkstein (NEET-Aufgabe)

CaCO₃ → CaO + CO₂: ΔH° = +178,3 kJ/mol, ΔS° = +160,5 J/(mol·K).

T = 178 300 / 160,5

Freiwillig oberhalb von 1111 K (838 °C)

K aus ΔG°

ΔG° = −33,0 kJ/mol bei 298,15 K.

ln K = 33 000 / (8,314 × 298,15) = 13,31

K = 6,0 × 10⁵

ΔG° aus Ka (JEE-Aufgabe)

Essigsäure: Ka = 1,8 × 10⁻⁵ bei 25 °C.

ΔG° = −8,314 × 298,15 × ln(1,8 × 10⁻⁵) = −2479 × (−10,93)

ΔG° = +27,1 kJ/mol

Nicht-Standardbedingungen

ΔG° = −33,0 kJ/mol und Q = 100 bei 298,15 K.

ΔG = −33,0 + 8,314 × 298,15 × ln 100 / 1000 = −33,0 + 11,4

ΔG = −21,6 kJ/mol (weiterhin in Hinrichtung)

Einheiten und häufige Fehler

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Häufig gestellte Fragen

Wie berechne ich die Gibbs-Energie?

Verwende ΔG = ΔH − TΔS mit T in Kelvin und ΔS umgerechnet in kJ/(mol·K). Für das Haber-Bosch-Verfahren bei 298,15 K: ΔG° = −92,2 − 298,15 × (−0,1987) = −33,0 kJ/mol.

Was bedeutet ein negatives ΔG?

Der Vorgang läuft unter diesen Bedingungen in Hinrichtung freiwillig ab (thermodynamisch begünstigt, exergonisch). Ein positives ΔG bedeutet, dass die Rückrichtung begünstigt ist. ΔG = 0 bedeutet Gleichgewicht.

Wie finde ich die Temperatur, ab der eine Reaktion freiwillig abläuft?

Setze ΔG = 0: T = ΔH/ΔS. Diese Umschlagtemperatur existiert nur, wenn ΔH und ΔS dasselbe Vorzeichen haben. Für die Zersetzung von CaCO₃ gilt T = 178 300 / 160,5 = 1111 K.

Wie hängen ΔG° und die Gleichgewichtskonstante zusammen?

ΔG° = −RT ln K. Ein negatives ΔG° ergibt K größer als 1 (Produkte begünstigt); ein positives ΔG° ergibt K kleiner als 1. Bei 25 °C ändert jeweils 5,71 kJ/mol den Wert von K um den Faktor zehn.

Was ist der Unterschied zwischen ΔG und ΔG°?

ΔG° ist die Änderung der freien Enthalpie, wenn alle Stoffe im Standardzustand vorliegen. ΔG gilt für das tatsächliche Gemisch: ΔG = ΔG° + RT ln Q. Im Verlauf der Reaktion nähert sich Q dem Wert K und ΔG nähert sich null.

Warum muss ich ΔS durch 1000 teilen?

Die Entropie ist meist in J/(mol·K) tabelliert, die Enthalpie in kJ/mol. Teilst du ΔS durch 1000, stehen beide Terme in kJ/mol und lassen sich subtrahieren.

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