Physikalische Chemie. Peter W. Atkins

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      Schritt 4 Beschränkung des Prozesses auf einen konstanten Druck.

      Bei konstantem Druck (und außerdem konstanter Temperatur) wird der letzte Term wegen dp = 0 ebenfalls null, und wir erhalten einfach dG = dw_e,rev. Daher gilt bei konstanter Temperatur und konstantem Druck dw_e,rev = dG. Da der Prozess reversibel verlaufen soll, muss dies gleichzeitig die maximal mögliche Nichtvolumenarbeit sein; es folgt also

(3.32)

Für eine endliche, messbare isotherme Zustandsänderung wird Gl. (3.32) zu w_e,max = ΔG. Diese Beziehung ist besonders hilfreich zur Bestimmung der maximalen elektrischen Arbeit, die durch Brennstoffzellen und elektrochemische Zellen geleistet werden kann (siehe Abschn. 6.3).

3.4.2 Freie Standardreaktionsenthalpien

      Durch Kombination von Standardreaktionsentropie und ‐enthalpie, die wir in den Abschn. 2.3 und 3.3 vorgestellt haben, gelangt man zur Freien Standardreaktionsenthalpie, Δ_RG^⊖:

(3.33)

      Sie ist als die Differenz der (molaren) Freien Standardenthalpien von Ausgangsstoffen und Produkten in ihren jeweiligen Standardzuständen bei der angegebenen Reaktionstemperatur definiert.

      Freie Enthalpien lassen sich durch kalorimetrische Messungen experimentell bestimmen (für ΔH direkt, und für S aus Wärmekapazitäten). Es existiert jedoch darüber hinaus die Möglichkeit der Bestimmung aus Gleichgewichtskonstanten (Abschn. 6.1) oder durch elektrochemische Messungen (Abschn. 6.4) – die Freien Enthalpien von Gasen können anhand von spektroskopischen Beobachtungen berechnet werden (Abschn. 13.5).

      Beispiel 3.5: Die maximale Nichtvolumenarbeit einer chemischen Reaktion

Wie viel Energie kann der menschliche Körper durch Verbrennung von 1,00 mol Glucose für die Aufrechterhaltung von Nerven‐ und Muskelfunktionen gewinnen? Es gelten Standardbedingungen sowie θ = 37 °C (Körpertemperatur). Die Standardreaktionsentropie Δ_RS^⊖ beträgt +182,4 J K^–1 mol^–1.

      Vorgehensweise Die maximal nutzbare Nichtvolumenarbeit einer chemischen Reaktion, die bei konstanter Temperatur und konstantem Druck abläuft, entspricht der Freien Standardreaktionsenthalpie Δ_RG^⊖. Zu ihrer Bestimmung können wir in guter Näherung die Temperaturabhängigkeit der Reaktionsenthalpie vernachlässigen; Δ_RH^⊖ entnehmen wir Tab. 2.5 in Abschn. 2.3. (Beachten Sie, dass die Werte in der Tabelle für 25 °C angegeben sind, nicht für 37 °C.) Anschließend setzen wir die Zahlenwerte in die Gleichung Δ_RG^⊖ = Δ_RH^⊖−TΔ_RS^⊖ ein.

Lösung Mit der Standardreaktionsenthalpie Δ_RH^⊖ = −2808 kJ mol⁻¹ folgt für die Freie Standardreaktionsenthalpie, mit Gl. (3.33),