Peter W. Atkins

Physikalische Chemie


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      Interaktive Übung: Tragen Sie die Entropieänderung eines idealen Gases auf, das bei (i) konstantem Volumen bzw. (ii) konstantem Druck im gleichen Temperaturbereich erhitzt wird; das Gas bestehe aus (a) Atomen, (b) linearen starren Rotatoren, (c) nicht linearen starren Rotatoren.

      Beispiel 3-2 Die Änderung der Entropie

      Argongas befindet sich bei 25 °C und 1.00 bar in einem Behälter mit dem Volumen V = 0.500 dm3. Wie ändert sich die Entropie des Gases bei einer Expansion auf 1.000 dm3 und gleichzeitiger Erwärmung auf 100 °C?

      Antwort Nach Gl. (3-17) ist die Änderung der Entropie bei einer isothermen Expansion von VA auf VE

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      Die Entropieänderung beim zweiten Schritt (Erwärmung von 298 K auf 373 K bei konstantem Volumen) ist nach Gl. (3-23)

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      Die Gesamtänderung der Entropie ist die Summe der Entropieänderungen beider Schritte:

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      (hierbei haben wir ln x + ln y = ln xy verwendet). Nun setzen wir n = pA VA/RTA ein; es ergibt sich

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      Jetzt setzen wir die Zahlenwerte ein:

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      Hinweis

      Sinnvollerweise formt man die Gleichungen so lange wie möglich allgemein um, bevor man Zahlenwerte einsetzt. So kann man das Resultat für verschiedene Datensätze verwenden und vermeidet Rundungsfehler.

      Übung 3-4

      Berechnen Sie die Entropieänderung, wenn das Gas vom g eichen Zustand ausgehend auf 50.0 cm3 komprimiert und auf –25 °C abgekühlt wird. [–0.43 J K–1]

      Die Messung der Entropie

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      Eine Schwierigkeit bei der Messung von Entropien ergibt sich daraus, dass die Bestimmung von Wärmekapazitäten nahe T = 0 sehr kompliziert ist. Eine theoretisch fundierte Näherung, die oft verwendet wird, ist die Annahme einer Proportionalität zwischen Wärmekapazität und der dritten Potenz der Temperatur bei tiefen Temperaturen (siehe Abschnitt 7.1). Diese Beziehung liegt dem debyeschen T3-Gesetz zugrunde, das die Extrapolation der Wärmekapazität über den experimentell nicht erfassbaren Bereich hinaus bis zum absoluten Nullpunkt der Temperatur ermöglicht. Dabei wird Cp so weit wie möglich gemessen und anschließend eine Kurve der Form Cp = aT3 an die Messwerte angepasst. Die Anpassung liefert den Parameter a,mit dessen Hilfe dann Cp auf T = 0extrapoliert wird.

      Ein praktisches Beispiel

      Die molare Standardentropie von gasförmigem Stickstoff bei 25 °C kann aus folgenden Beiträgen bestimmt werden:

      Interaktive Übung: Berücksichtigen Sie eine Temperaturabhängigkeit