Thermodynamik der Werkstoffe

Für die Zersetzung von Calciumcarbonat CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g) seien die Standardreaktionsenthalpie ΔH° = +178 kJ/mol und die Standardreaktionsentropie ΔS° = +161 J/(mol·K), beide temperaturunabhängig. Welcher Wert kommt der Temperatur am nächsten, bei der die Zersetzung im Standardzustand mit einem CO₂-Partialdruck von 1 bar freiwillig einzusetzen beginnt (der Temperatur mit ΔG° = 0)?

  1. AEtwa 833 K
  2. BEtwa 1106 K
  3. CEtwa 1379 K
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Lösung: B. Etwa 1106 K

Aus ΔG° = ΔH° − TΔS° = 0 folgt T = ΔH°/ΔS° = 178×10³ J/mol ÷ 161 J/(mol·K) ≈ 1106 K, als Celsius-Temperatur etwa 833 °C. Oberhalb dieser Temperatur wird ΔG° < 0, und die Zersetzung läuft auch bei einem CO₂-Partialdruck von 1 bar ab. Etwa 833 K ist der Zahlenwert der Celsius-Temperatur, die man durch Abziehen von 273 von der berechneten absoluten Temperatur erhält, versehen mit der Einheit K. Etwa 1379 K entsteht, wenn umgekehrt 273 addiert wird. Teilt man ΔH° in kJ durch ΔS° in J, erhält man etwa 1,1 K; auch auf einheitliche Einheiten ist also zu achten. Beim technischen Kalkbrennen läuft die Zersetzung bei verringertem CO₂-Partialdruck schon bei niedrigerer Temperatur ab.

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