Der erste Hauptsatz der Thermodynamik

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik folgt aus dem Energieerhaltungssatz, der besagt, dass Energie von einer Energieart in eine andere umgewandelt, aber weder geschaffen noch zerstört werden kann – mit anderen Worten: Die Energie des Universums ist konstant.

Abbildung 1: Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Energie des Universums konstant ist.

Die Energieänderung bei chemischen Reaktionen

Für eine chemische Reaktion bedeutet das: Wenn das System (die an der Reaktion beteiligten Moleküle) eine Änderung der inneren Energie ΔU erfährt, erfährt die Umgebung (der Rest des Universums) eine ähnliche Energieänderung, allerdings mit umgekehrtem Vorzeichen.

Die Änderung der inneren Energie ΔU eines Systems wird folgendermaßen berechnet:

ΔU = Q + W

Dabei steht Q für die übertragene Wärmemenge und W für die geleistete Arbeit. Die Vorzeichen von Q und W spiegeln die Richtung des Wärme- und Arbeitsflusses aus der Sicht des Systems wider: Wenn Wärme in das System fließt (was bei einer endothermen Reaktion der Fall ist), dann ist Q positiv, während bei einer exothermen Reaktion das Gegenteil der Fall ist. Wenn Arbeit an dem System verrichtet wird (z. B. ein Kolben, der gedrückt wird, um das Volumen zu komprimieren), dann ist W positiv. Wenn hingegen Arbeit durch das System verrichtet wird (ein Gas, das sich ausdehnt, um einen Kolben zu bewegen), dann ist W negativ.