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.