Entropieänderungen und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik
Die exotherme und endotherme Reaktion spielt eine zentrale Rolle beim Verständnis von Entropieänderungen in thermodynamischen Systemen. Bei spontanen Vorgängen müssen wir stets das Zusammenspiel zwischen System und Umgebung betrachten, um die Gesamtentropieänderung zu verstehen.
Definition: Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass bei spontanen irreversiblen Vorgängen die Summe der Entropieänderungen von System und Umgebung immer positiv sein muss: ΔSges = ΔSSystem + ΔSUmgebung > 0
Ein anschauliches Beispiel ist der Taschenwärmer, bei dem flüssiges Salz spontan erstarrt. Obwohl die Entropie des Salzes beim Übergang von flüssig nach fest abnimmt, läuft dieser Prozess freiwillig ab. Dies liegt daran, dass die exotherme Reaktion Wärme an die Umgebung abgibt, wodurch deren Entropie mindestens im gleichen Maße zunimmt wie die Entropie des Systems abnimmt.
Beispiel: Bei einer exothermen Reaktion mit Entropieabnahme im System:
- System: Entropie nimmt ab ΔSSystem<0
- Umgebung: Entropie nimmt durch Wärmeaufnahme zu ΔSUmgebung>0
- Gesamtprozess: ΔSUmgebung ist betragsmäßig größer als |ΔSSystem|
Bei endothermen Reaktionen verhält es sich anders: Das System nimmt Wärme aus der Umgebung auf, wodurch seine Entropie steigt. Die Umgebung kühlt sich ab, ihre Entropie sinkt. Auch hier muss die Gesamtentropieänderung positiv sein, damit der Prozess spontan ablaufen kann.