Mo­dell­ver­such zur Gibbs-Helm­holtz-Glei­chung (SV)

Bil­dungs­plan­be­zug

In­halts­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen

3.1.1 Che­mi­sche En­er­ge­tik

(5) Än­de­rung der En­tro­pie bei che­mi­schen Re­ak­tio­nen er­läu­tern.

Pro­zess­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen

2.1 Er­kennt­nis­ge­win­nung (5)

Qua­li­ta­ti­ve […] Ex­pe­ri­men­te […] durch­füh­ren, be­schrei­ben, pro­to­kol­lie­ren und aus­wer­ten.

Ma­te­ria­li­en

• Luft­bal­lon

Che­mi­ka­li­en

• keine

Durch­füh­rung

1. Ein Gum­mi­bal­lon wird drei­mal kurz hin­ter­ein­an­der aus­ein­an­der­ge­zo­gen und dann ge­spannt an die Stirn ge­hal­ten.
2. Der ge­spann­te Luft­bal­lon bleibt ca. 5-10 Se­kun­den an der Stirn.
3. An­schlie­ßend den Luft­bal­lon etwas von der Stirn ent­fer­nen, ent­span­nen und so­fort wie­der an die Stirn hal­ten.

Hin­wei­se für die Lehr­kraft

• Das Span­nen ist ein er­zwun­ge­ner Vor­gang (Hand­lung) und sym­bo­li­siert somit die end­ergo­ni­sche Re­ak­ti­on (ΔG > 0). Der Luft­bal­lon er­wärmt sich dabei (Be­ob­ach­tung). Dies stellt den exo­ther­men Pro­zess dar (ΔH < 0).
• Das Ent­span­nen ist ein frei­wil­lig ab­lau­fen­der Vor­gang (Hand­lung) und sym­bo­li­siert somit die ex­ergo­ni­sche Re­ak­ti­on (ΔG < 0)

Nun wen­det man diese Aus­sa­gen auf die Gibbs-Helm­holtz-Glei­chung an:

ΔG = ΔH - T ⋅ ΔS

Für den ers­ten Fall: > 0 und < 0 damit die Glei­chung er­füllt wer­den kann, muss damit ΔS << 0 sein! Das heißt, die En­tro­pie sinkt, die Ord­nung nimmt zu.

Für den zwei­ten Tall: < 0 und > 0 damit die Glei­chung er­füllt wer­den kann, muss damit ΔS >> 0 sein! Das heißt, die En­tro­pie wird grö­ßer, die Ord­nung nimmt ab.

Ver­an­schau­li­chung

Beim Span­nen des Luft­bal­lons rich­ten sich die Mo­le­kü­le ent­lang der Zug­rich­tung aus, die Ord­nung nimmt zu.

Beim Ent­span­nen zie­hen sich die Mo­le­kü­le wie­der zu­sam­men, die Ord­nung nimmt ab.