Standardreaktionsentropie einfach erklärt: Formel & Berechnung

Stell dir vor, du könntest die Zeit und jede noch so kleine Bewegung im Universum komplett einfrieren. Genau das passiert theoretisch am absoluten Nullpunkt bei $-273{,}15^\circ\text{C}$. Alles steht vollkommen still und es herrscht perfekte Ordnung.

In unserer normalen Welt bei Raumtemperatur ist jedoch alles in ständiger Bewegung. Die Teilchen zittern, fliegen umher und sorgen für ein gewisses Chaos. In diesem Artikel lernst du, wie wir dieses Chaos – die sogenannte Entropie – für jeden Stoff messen können und wie man die Standardreaktionsentropie berechnet, um herauszufinden, ob eine chemische Reaktion die Unordnung vergrößert oder verkleinert.

Vorwissen

• Standardbedingungen: Festgelegte Bedingungen ($25^\circ\text{C}$ bzw. $298 \text{ K}$ und $1013 \text{ hPa}$), um chemische Messwerte vergleichen zu können.

  Beispiel: Wenn wir Tabellenwerte für Reaktionen nachschlagen, gelten diese fast immer für genau diese Temperatur und diesen Druck.

• Standardbildungsenthalpie ($\Delta_f H^\circ$): Die Energie, die bei der Bildung eines Stoffes umgesetzt wird. Reine Elemente haben hier per Definition den Wert null.

  Beispiel: Die Enthalpie von gasförmigem Sauerstoff ($\text{O}_2$) beträgt $0 \text{ kJ/mol}$.

Aufgabentyp 1: Berechnung der Standardreaktionsentropie

Jeder Stoff besitzt unter Standardbedingungen eine bestimmte Entropie, die sogenannte molare Standardentropie $S_m^\circ$.

Wie du im Vorwissen gesehen hast, haben reine Elemente (wie Sauerstoff oder Eisen) bei der Enthalpie den Wert null. Bei der Entropie ist das völlig anders!

Warum? Eine Entropie von exakt null gibt es nur am absoluten Nullpunkt, also bei $0 \text{ K}$ ($-273{,}15^\circ\text{C}$). Nur dort steht alles vollkommen still und es herrscht perfekte Ordnung. Da wir uns bei Standardbedingungen ($298 \text{ K}$) weit über diesem Nullpunkt befinden, bewegen sich die Teilchen.

Deshalb hat jeder Stoff – auch jedes reine Element – unter Standardbedingungen eine Entropie, die größer als null ist. Alle Werte, die du in einer Tabelle für die molare Standardentropie findest, wurden ausgehend von diesem theoretischen Nullpunkt ($0 \text{ K}$) gemessen.

Wenn eine chemische Reaktion abläuft, ändert sich die Entropie. Diese Änderung nennen wir Standardreaktionsentropie $\Delta_r S^\circ$.

Wichtig: Dieser Wert beschreibt ausschließlich die Entropieänderung des reagierenden Systems selbst (also das, was direkt in deinem Becherglas passiert). Die Umgebung wird dabei komplett ausgeblendet.

Um sie zu berechnen, ziehen wir einfach die Entropie der Edukte (Ausgangsstoffe) von der Entropie der Produkte (Endstoffe) ab.

Die Formel lautet:

$\Delta_r S^\circ = \sum n \cdot S_m^\circ(\textcolor{#08BFFF}{\text{Produkte}}) - \sum n \cdot S_m^\circ(\textcolor{#53E5D6}{\text{Edukte}})$

Das Symbol $\sum$ bedeutet 'Summe' und $n$ ist die Stoffmenge (die große Zahl vor dem Molekül in der Reaktionsgleichung).

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Reaktionsgleichung prüfen: Stelle sicher, dass die Reaktionsgleichung ausgeglichen ist. Die großen Zahlen vor den Molekülen (Stoffmengen $n$) sind entscheidend.
2. Tabellenwerte ablesen: Suche die molaren Standardentropien $S_m^\circ$ für alle beteiligten Stoffe in einer Datentabelle. Denke daran: Auch Elemente haben hier einen Wert größer als null!
3. Summen berechnen: Berechne jeweils die gesamte Entropie für die Produkte und die Edukte, indem du die Tabellenwerte mit den Stoffmengen multiplizierst und addierst.
4. Differenz bilden: Verwende die Formel $\Delta_r S^\circ = \textcolor{#08BFFF}{\text{Produkte}} - \textcolor{#53E5D6}{\text{Edukte}}$, um das Endergebnis zu erhalten.

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Eine Entropie von exakt null gibt es nur am absoluten Nullpunkt ($0 \text{ K}$ bzw. $-273{,}15^\circ\text{C}$).
• Unter Standardbedingungen haben alle Stoffe – auch reine Elemente – eine Entropie größer als null.
• Die Standardreaktionsentropie beschreibt nur das reagierende System und wird berechnet mit: $\Delta_r S^\circ = \textcolor{#08BFFF}{\text{Produkte}} - \textcolor{#53E5D6}{\text{Edukte}}$.