Van-’t-Hoff-Gleichung

Van-’t-Hoff-Gleichung

Version vom 27. Juni 2017, 12:41 Uhr von imported>AV-Portal (→‎Anmerkungen)
(Unterschied) ← Nächstältere Version | Aktuelle Version (Unterschied) | Nächstjüngere Version → (Unterschied)

Die Van-’t-Hoff-Gleichung oder van-’t-Hoff’sche Reaktionsisobare (nach Jacobus Henricus van ’t Hoff) beschreibt in der Thermodynamik den Zusammenhang zwischen der Lage des Gleichgewichts einer chemischen Reaktion und der Temperatur (bei konstantem Druck):

$ {\Bigl (}{\frac {\partial \ln K}{\partial T}}{\Bigr )}_{P}={\frac {\Delta _{R}H_{m}^{\circ }(T)}{RT^{2}}} $

wobei

  • $ K $ die Gleichgewichtskonstante
  • $ T $ die Temperatur
  • $ \Delta _{R}H_{m}^{\circ }(T) $ die molare Standardreaktionsenthalpie als Funktion der Temperatur $ T $[A 1]
  • $ R $ die allgemeine Gaskonstante ist.

Der Index P steht für den konstanten Druck.

In der ulichschen Näherung geht man von einer – zumindest in einem gewissen Temperaturintervall – konstanten Standardreaktionsenthalpie aus.[E 1]

Damit ergibt sich:

$ {\Bigl (}{\frac {\partial \ln K}{\partial T}}{\Bigr )}_{P}={\frac {\Delta _{R}H_{m}^{\circ }}{RT^{2}}} $

Dies kann auch geschrieben werden als:[E 2]

$ \Leftrightarrow {\biggl (}{\frac {\partial \ln K}{\partial {\frac {1}{T}}}}{\biggr )}_{P}=-\,{\frac {\Delta _{R}H_{m}^{\circ }}{R}}. $

Herleitung

Für die Gleichgewichtskonstante $ K $ gilt allgemein:

$ \ln K=-{\frac {\Delta _{R}G_{m}^{\circ }(T)}{RT}} $

Deren partielle Ableitung nach der Temperatur bei konstantem Druck ergibt somit:

$ {\Bigl (}{\frac {\partial \ln K}{\partial T}}{\Bigr )}_{P}=+{\frac {\Delta _{R}G_{m}^{\circ }(T)}{RT^{2}}}-{\frac {{\Bigl (}{\frac {\partial \Delta _{R}G_{m}^{\circ }(T)}{\partial T}}{\Bigr )}_{P}}{RT}} $

Die Ableitung der Freie Reaktionsenthalpie nach der Temperatur bei konstantem Druck berechnet sich wie folgt:

$ {\Bigl (}{\frac {\partial G_{m}^{0}}{\partial T}}{\Bigr )}_{P}=-S_{m}^{0}(T) $

$ \rightarrow {\Bigl (}{\frac {\partial \ln K}{\partial T}}{\Bigr )}_{P}=+{\frac {\Delta _{R}G_{m}^{\circ }(T)}{RT^{2}}}+{\frac {T\Delta _{R}S_{m}^{0}(T)}{RT^{2}}} $

Mit der Gibbs-Helmholtz-Gleichung

$ \Delta _{R}G_{m}^{\circ }(T)=\Delta _{R}H_{m}^{0}(T)-T\Delta _{R}S_{m}^{0}(T) $

ergibt sich:[A 2]

$ {\Bigl (}{\frac {\partial \ln K}{\partial T}}{\Bigr )}_{P}={\frac {\Delta _{R}H_{m}^{0}(T)-T\Delta _{R}S_{m}^{0}(T)+T\Delta _{R}S_{m}^{0}(T)}{RT^{2}}}={\frac {\Delta _{R}H_{m}^{0}(T)}{RT^{2}}} $

Siehe auch

  • RGT-Regel

Anmerkungen

  1. Alle Standardbedingungen (Druck $ p_{0}=1\,{\text{bar}} $ und Aktivität $ a=1 $) bis auf die Temperatur $ T $ sind erfüllt.
  2. Nur wenn man $ \Delta _{R}S_{m}^{0} $ als temperaturunabhängig nähert, ergibt sich auch eine Temperaturunabhängigkeit von $ \Delta _{R}H_{m}^{0} $.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. Ulichsche Näherungen. In: Lexikon der Chemie. Abgerufen am 25. Juli 2014.
  2. Peter W. Atkins, Julio de Paula: Physikalische Chemie. 4., vollständig überarbeitete Auflage. Wiley-VCH, 2006, ISBN 3-527-31546-2, S. 237.

Die News der letzten Tage