In der Shannon’schen Informationstheorie bezeichnet Entropie ein Maß für die Unbestimmtheit oder den Informationsgehalt einer Informationsquelle. Sie gibt an, wie viel Information im... [mehr]
Wie erklärt die Entropie die Gefrierpunktseniedrigung?
AntwortDie Gefrierpunktsenkung ist ein Phänomen, bei dem der Gefrierpunkt einer Flüssigkeit durch die Zugabe eines gelösten Stoffes herabgesetzt wird. Dies lässt sich durch die Entropie, ein Maß für die Unordnung oder Zufälligkeit eines Systems, erklären. In einem reinen Lösungsmittel gibt es eine bestimmte Ordnung, wenn es gefriert: Die Moleküle ordnen sich in einem festen Gitter an. Wenn ein gelöster Stoff hinzugefügt wird, erhöht sich die Entropie des Systems, weil die gelösten Teilchen die Ordnung des Lösungsmittels stören. Diese erhöhte Unordnung bedeutet, dass mehr Energie (in Form von Wärme) entfernt werden muss, um das System in den festen Zustand zu überführen, da das System einen Zustand höherer Entropie bevorzugt. Mathematisch kann dies durch die Clausius-Clapeyron-Gleichung und die Gibbs'sche freie Energie beschrieben werden. Die Gibbs'sche freie Energie (G) ist definiert als: \[ G = H - TS \] wobei \( H \) die Enthalpie, \( T \) die Temperatur und \( S \) die Entropie ist. Für den Phasenübergang von flüssig zu fest muss die Gibbs'sche freie Energie des festen Zustands niedriger sein als die des flüssigen Zustands. Durch die Zugabe eines gelösten Stoffes wird die Entropie des flüssigen Zustands erhöht, was bedeutet, dass die Temperatur (T) gesenkt werden muss, um die Gibbs'sche freie Energie des festen Zustands niedriger zu machen als die des flüssigen Zustands. Dies führt zur Gefrierpunktsenkung. Zusammengefasst: Die Zugabe eines gelösten Stoffes erhöht die Entropie der Flüssigkeit, was dazu führt, dass der Gefrierpunkt sinkt, weil mehr Wärme entfernt werden muss, um die Flüssigkeit in einen festen Zustand zu überführen.
