Thermodynamik I

Thermodynamik

I. Einführung

Grundprinzipien der Thermodynamik (für chemische Reaktionen)

	Das Schöne an dieser Theorie: Eine allgemeine Theorie zum Ablauf chemischer Reaktionen Das Schwere an dieser Theorie: Abstrakt, wenig anschaulich, "gewöhnungsbedürftig". Zwei wichtige Aussagen sollen hergeleitet werden: A) Tritt bei chemischen Reaktionen Wärme auf? B) Ist eine chemische Reaktion überhaupt möglich? Beide Fragen sollen theoretisch geklärt werden.
	Motto: Es ist besser, vorher zu überlegen, anstatt nach einer Explosion festzustellen, dass ein nicht erwarteter Ablauf eingetreten ist. Es ist besser, vorher zu überlegen, anstatt monatelang eine Reaktion experimentell zu erforschen und dann festzustellen, dass die Reaktion gar nicht möglich ist.
	Wegen der ungewohnten Fachsprache sollte man dieses Kapitel Thermodynamik zuerst einmal schnell durchlesen und erst dann eingehender studieren!

1. Erfahrung und Ziel der Theorie

Experimentell wird bei Reaktion oft ein Wärmeumsatz beobachtet
C + O₂		Feuer mit Wärmeentwicklung beim Verbrennen von Kohle
H₂O + H₂SO₄		Erwärmung bei Mischen von Wasser und konzentrierter Schwefelsäure
NH₄Cl (fest) + H₂O		Beim Auflösen des Salzes in Wasser wird eine Abkühlung beobachtet

Ziele einer quantitativen Beschreibung waren (geschichtlich auch nacheinander erarbeitet):
1. Zahlen finden, deren Kombination berechnen lässt, welcher Wärmeumsatz erfolgt,
2. Zahlen finden, die eine Aussage liefern, ob die Reaktion überhaupt möglich ist.

Der Begriff des "Systems"

Als "System" bezeichnet man den Teil der Welt, der für den Vorgang wichtig ist. Der Rest der Welt ist die "Umgebung". Das klingt abstrakt, ist aber gar nicht so schwer - sagen zumindest die Physiker! Also ist ein Beispiel nötig:
Bleiben wir bei der Verbrennung von Kohle, C + O₂ CO₂. C und O₂ reagieren miteinander und bilden das Gas CO₂.
Diese 3 Stoffe sind am Reaktionsgeschehen beteiligt. Diese 3 Stoffe nennen wir das System.
Als Folge der Reaktion setzen die Stoffe Wärme frei.
Wir, in der Umgebung, empfangen diese Wärme. (... und freuen uns darüber an kalten Wintertagen)

Drei Arten eines Systems sind in der Beschreibung wichtig:
1.	In einem abgeschlossenen System (isolierten) System ist kein Materie- und kein Energieaustausch möglich. (Beispiel: Die Reaktion wird in einer geschlossenen "Thermoskanne" durchgeführt. Die Stoffe sind "eingesperrt" und die Isolierung der Thermoskanne verhindert auch, das Wärme hinein oder heraus kann.)

2.	In einem geschlossenen System ist nur Energie- aber kein Materieaustausch möglich. (Beispiel: Ein verschlossenes Glasgefäß kann Wärme aber keine Stoffe durchlassen.)

3.	In einem offenen System sind Materie- und Energieaustausch möglich. (Dies ist sicher der für die Praxis wichtigste Fall! Wir Menschen sind zum Beispiel ein offenes System, da wir Wärme und Stoffe mit der Umgebung austauschen.)

WEITER: Zustandsgrößen

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