Reaktions-Gibbs-Energie und Reaktionsquotient

Die aktuelle Gibbs-Energieänderung zeigt mit ihrem Vorzeichen, in welche Richtung eine Reaktion bei gegebener Zusammensetzung spontan fortschreitet. Die Beziehung ΔrG = ΔrG° + RT ln Q ist für Richtung und Antrieb einer nicht im Gleichgewicht befindlichen Reaktion beurteilen gedacht. Bei 298 K, ΔrG°=−5,0 kJ/mol und Q=10 gilt ΔrG=−5,0+2,478·ln(10)=+0,71 kJ/mol. Da K=exp(5000/2478)=7,52 und Q>K, ist die Rückreaktion lokal begünstigt. Die Probe am Ende kontrolliert eine für diese Formel relevante Bilanz, Richtung oder Größenordnung. Ordne die Größen zuerst dem konkreten Versuch zu; erst dann setzt du Werte ein. Das Ergebnis beschreibt den Modellzusammenhang, nicht automatisch jeden Mechanismus der realen Probe.

Die Symbole bedeuten: ΔrG: aktuelle Reaktions-Gibbs-Energie pro Reaktionsumsatz (J/mol); ΔrG°: Standard-Reaktions-Gibbs-Energie (J/mol); R: universelle Gaskonstante (J·mol⁻¹·K⁻¹); T: absolute Temperatur (K); Q: momentaner Reaktionsquotient (dimensionslos). Beachte ΔrG and ΔrG° in J/mol · R in J·mol⁻¹·K⁻¹ · T in K · Q dimensionless. Alle Konzentrationen, Aktivitäten, Volumina und Zeiten müssen kompatible Skalen verwenden. Ein Logarithmus braucht ein dimensionsloses Argument; eine Bilanz muss alle beitragenden Spezies enthalten. Notiere außerdem Temperatur und Standardzustand, sofern sie Teil der Definition sind. Eine Stoffmenge ist ohne molare Masse keine Masse; eine Aktivität ist keine unnormierte Konzentration. Schreibe dazu, ob Messwerte direkt gemessen oder aus Tabellen übernommen wurden.

Q and K must use the same activities and standard-state convention at fixed temperature; the expression describes a closed system under constant T and p. Prüfe diese Annahme für die konkrete Probe, Temperatur und Phase. Bei Nichtidealität, Stofftransport oder Nebenreaktionen kann selbst eine genaue Rechnung systematisch falsch liegen. Vergleiche daher Reaktionsgleichung und verwendete Aktivitäts- oder Konzentrationsskala mit dem Modell. Dokumentiere die Annahme, die den Zahlenwert am stärksten beeinflusst. Bei Grenzfällen wie konzentrierten Lösungen prüfe zusätzlich Aktivitäten und Phasenzustand. Andere Bedingungen erfordern eine erneute Modellprüfung. Berichte auch Messunsicherheiten und verwendete Standardwerte.

Rechne das Beispiel nach: Bei 298 K, ΔrG°=−5,0 kJ/mol und Q=10 gilt ΔrG=−5,0+2,478·ln(10)=+0,71 kJ/mol. Da K=exp(5000/2478)=7,52 und Q>K, ist die Rückreaktion lokal begünstigt. Prüfe ΔrG and ΔrG° in J/mol · R in J·mol⁻¹·K⁻¹ · T in K · Q dimensionless und setze den Wert in ΔrG = ΔrG° + RT ln Q zurück. Frage zusätzlich, ob Vorzeichen, Bilanz oder Größenordnung chemisch plausibel sind. Bei einer Abweichung prüfe zuerst Einheiten, Koeffizienten und Bezugswerte; Rundung ist selten die erste Ursache. Die Rückeinsetzung kontrolliert die Algebra, der Modellvergleich die Eignung für das Experiment.

Reaktions-Gibbs-Energie und Reaktionsquotient ist mit Standard-Gibbs-Energie und Gleichgewichtskonstante, Reaktionsquotient, Nernst-Gleichung verknüpft, beantwortet aber eine eigene Frage: Richtung und Antrieb einer nicht im Gleichgewicht befindlichen Reaktion beurteilen. Verwechsle sie nicht mit einer Formel, die eine benachbarte Größe oder einen anderen Standardzustand beschreibt. Benenne zuerst die gesuchte Größe und die Bedingungen der Probe, dann wähle die Beziehung, die diese Größe enthält. Ähnlich aussehende Gleichungen können andere stöchiometrische Bezüge oder Gültigkeitsbereiche besitzen. Die verwandten Einträge liefern gegebenenfalls Eingaben für den nächsten Schritt, ersetzen diese Abgrenzung aber nicht. So bleibt die Interpretation überprüfbar.