Exergon und endergon in Bezug auf die Gibbs-Helmholtz-Gleichung

Thermodynamik. Ein Feld ´ das von enormer Bedeutung ist ` um Energieflüsse in chemischen Reaktionen zu verstehen. Ein zentraler Aspekt dieser Disziplin sind die Begriffe exergon und endergon. Sie stehen in engster Verbindung zur Gibbs-Helmholtz-Gleichung. Diese essentielle Gleichung liefert Erkenntnisse über Energieänderungen in einem System und definiert die Beziehungen zwischen der freien Standardbildungsenthalpie (ΔGR°) der Entropieänderung (ΔSR°) und der Enthalpieänderung (ΔHR°).

Exergon – dies bedeutet einer Reaktion, bei der Energie freigesetzt wird. Wenn die Enthalpieänderung ΔHR° negativ ist, dann handelt es sich um eine exotherme Reaktion. Diese gibt Wärme an die Umgebung ab. Ein anschauliches Beispiel dafür ist die Entladung eines Bleiakkus. Energie wird frei die Reaktion findet ohne Aktivierungsenergie statt – eindrucksvoll, nicht wahr?

Endergon hingegen bezeichnet eine Reaktion während der Energie aufgenommen wird. Hier ist ΔHR° positiv. Das bedeutet – Wärme wird aus der Umgebung absorbiert. Ein bemerkenswertes Beispiel dafür ist die Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff. Diese Reaktion, ebenfalls exergon, erfordert jedoch Aktivierungsenergie um zu starten – also ein doppelter Aufwand.

Entropie (ΔSR°) spielt hier eine zentrale Rolle. Sie ist ein Maß für Unordnung in einem System. Zunehmende Entropie führt zu weiterhin Unordnung. Diese Unordnung kann dazu beitragen – Energie freizusetzen. In der Gibbs-Helmholtz-Gleichung hat eine positive Entropieänderung einen signifikanten Einfluss auf die Richtung einer Reaktion.

Die Gibbs-Helmholtz-Gleichung zeigt Variationen in den Reaktionen auf. Besonders interessant sind folgende Szenarien:
- ΔH negativ, ΔS positiv: exergon, unabhängig von der 🌡️ – die Reaktion läuft.
- ΔH positiv, ΔS negativ: endergon, Temperatur spielt keine Rolle – die Reaktion bleibt stehen.
- ΔH negativ, ΔS negativ: hier ist die Abhängigkeit von der Temperatur entscheidend. Bei tiefer Temperatur wird die Reaktion aktiv; bei hoher Temperatur wechselt sie in den endergonen Zustand.
- ΔH positiv, ΔS positiv: wieder abhängig von der Temperatur. Hohe Temperaturen fördern die Reaktion; niedrige Temperaturen lassen sie endergon werden.

Blick auf ΔGR° – was sagt uns das über den Verlauf der Reaktion?
- Werte unter -30 kJ: fast vollständiger Verlauf der Reaktion.
- Höhere Werte als +30 kJ: Reaktion findet kaum statt.
- Zwischen -30 kJ und +30 kJ: unvollständiger Verlauf, Gleichgewicht erzielt – man spricht von einer Gleichgewichtsreaktion.
- Bei ΔGR° genauso viel mit 0 kJ befinden sich Edukte und Produkte etwa gleich vor die Ausbeute beträgt 50%.
- Werte über 0 kJ zeigen das Überwiegen der Edukte im Gleichgewicht, während Werte unter 0 kJ die Produkte bevorzugen.

Exergon und endergon sind Konzepte » die uns helfen « den Energiefluss in chemischen Reaktionen besser zu verstehen. Sie erlauben es – den Verlauf und die Richtung dieser Reaktionen zu analysieren. Ob die Reaktion spontan verläuft oder nicht – das ist die Frage. Die Gibbs-Helmholtz-Gleichung gibt uns die Antworten die wir brauchen. Diese physikalischen und chemischen Prinzipien sind von Bedeutung. Sie fördern das Verständnis weshalb verschiedene Reaktionen unterschiedlich ablaufen und wie wir diese gezielt steuern können.