Energieerhaltungssatz Chemie?

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Dein Lehrer hat recht und unrecht. Innerhalb der klassischen Mechanik, der Elektro­dynamik, der Quantenmechanik und sogar des Standardmodells und der speziellen Relativitätstheorie ist die Energieerhaltung ein Theorem, kann also aus den Axiomen der jeweiligen Theorie abgeleitet werden (Noethersches Theorem). Diese Theorien decken alles ab, was Chemiker so machen.

Daher ist es unmöglich, z.B. einen mechanischen Apparat zu bauen, dessen Funkti­ons­weise sich mit klassischer Mechanik verstehen läßt und der trotzdem die Energie­erhaltung verletzt. Ebensowenig kann man eine chemische Reaktion finden, die Ener­gie aus dem Nichts produziert, bzw. wenn man so etwas wirklich findet, dann weiß man, daß die bestehenden Theorien nicht ausreichen, um zu verstehen, was da ei­gent­lich abläuft.

Aber das sind Theorien, die die Natur nur unvollständig beschreiben. Ob zukünftige, bessere Theorien die Energieerhaltung weiterhin garantieren werden, läßt sich nicht voraussagen. Die Natur könnte uns überraschen und zwingen, Theorien so zu kon­stru­ieren, daß sie die Energieerhaltung verletzen, weil sie andernfalls die experi­men­tel­len Befunde nicht reproduzieren können.

Das ist heute bereits bei der allgemeinen Relativitätstheorie der Fall. Diese schränkt die Energieerhaltung auf den lokalen Fall ein; global ist die Energie in einer dynami­schen Raumzeit (z.B. im expandierenden Universum) nicht erhalten. Daher ist es theo­retisch möglich, daß jemand einen Apparat baut, der vollständig der allgemeinen Rela­tivi­tät­stheorie gehorcht und der trotzdem Energie aus dem Nichts produziert. Rechne aber nicht damit, daß das jemand schafft — niemand hat eine Idee, wie man eine kol­labierende Raumzeit künstlich erzeugt.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Chemiestudium mit Diss über Quanten­chemie und Thermodynamik

rixtwix007 
Fragesteller
 27.09.2023, 16:52

Was könnte ich meinem Lehrer dazu also sagen?

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indiachinacook  27.09.2023, 16:54
@rixtwix007

Daß er verstehen muß, daß alle Theorien, die wir heute zum Beschreiben chemi­scher Vorgänge verwenden, über das Noether-Theorem auch die Energie­erhal­tung garantieren.

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rixtwix007 
Fragesteller
 27.09.2023, 18:04
@indiachinacook

Also könnte man sagen: Das Noethersches Theorem ist das Axiom, was man nicht beweisen muss, außer man findet einen Gegenbeweis. Daher gilt das Theorem des Energieerhaltungssatzes?

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indiachinacook  30.09.2023, 11:34
@rixtwix007

Nein, das Noethersche Theorem ist ein Theorem, das aus der Struktur der physi­ka­lischen Theorien folgt, genauso wie die Kommutativität der Addition (a+b=b+a) daraus folgt, wie Addition definiert ist.

Es sagt aus, daß wenn ein System zeitinvariant ist (also zu allen Zeiten dieselben phy­si­ka­lischen Wechselwirkungen auftreten), dann muß die Energie erhalten sein. Dabei be­deu­tet „zeit­in­vari­ant“, daß es egal ist, ob Du ein Experiment heute, morgen oder nächstes Jahr machst; es kommt immer dasselbe heraus.

Ein System, dem von außen Energie zugeführt wird (weil Du z.B. drunterheizt) er­füllt die Vor­aus­setzung nicht: Zu einem späteren Zeitpunkt ist es ja wärmer als vor­her, in wenn Du ir­gend­welche Chemikalien in die kalte Suppe wirfst, dann reagieren sie an­ders als spä­ter in der war­­men Suppe. Das System ist also nicht zeitinvariant, und das Noether­sche Theo­rem ist nicht an­wendbar. Aber die zuge­führ­te En­ergie kommt von außen, und Du kannst immer ein größeres System de­fi­nie­ren, so daß die Energie darin erhalten bleibt.

Bei der Allgemeinen Relativitätstheorie geht das bizarrerweise nicht, aber es ist schwie­rig zu erklären, warum; die Theorie findet einen Weg, sich so halbherzig um die Vor­aus­setzun­gen fürs Noether-Theorem herumzuschwindeln. Intuitiv kann man sagen: Das Uni­ver­sum ist heu­te grö­ßer als gestern, und deshalb ist es nicht zeitinvariant, und das Noe­­ther-​Theo­rem greift nicht und kann keine globale En­er­gie­erhal­tung ga­ran­tieren. Das hinkt aber ein bißchen.

Für die Chemie sind die ART-Feinheiten aber irrelevant, weil chemische Reaktionen keine un­sin­ni­gen Dinge mit der Raumzeit anstellen und ihnen daher dieses Hinter­tür­chen, die En­ergie­erhal­tung zu umgehen, verschlossen bleibt.

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dann hast du entweder

einen chemielehrer den man nicht mehr auf schüler loslassen sollte

oder

nicht verstanden und korrekt wiedergegeben was er eigentlich ausdrücken wollte (was ein lehrer sagt und was ein schüler behauptet dass er gesagt hätte sind oft zwei verschiedene dinge).

der energieerhaltungssatz gilt. (und nein, die tatsache dass man in einer dynamischen raumzeit energieerhaltung nur lokal und nicht global definieren kann ist keine ausrede, denn das hat im chemieunterricht nichts verloren)

und selbstverständlich gibt es dafür keinen beweis. das ist aber nichts besonderes. ganz einfach deshalb weil es außerhalb der mathematik so etwas gar nicht gibt.

es gibt übrigens auch keinen beweis dafür dass Bielefeld existiert, und schon gar keinen beweis dafür dass dein chemielehrer kein reptiloid ist.

Die EnergieErhaltung ist ein grundsätzliches Prinzip in den Naturwissenschaften. Anders als andere Gesetze, lässt er sich aber wohl nicht exakt beweisen, bzw. es wäre nur schwer, aber nicht immer möglich zu zeigen!

Man kann zB eine VerbrennungsEnergie messen, aber nur schwer zeigen, dass man exakt die selbe Energie bräuchte, um den ursprünglichen Stoff wieder herzustellen! Allerdings muss man schon für den 1. Teil des Experiments davon ausgehen, dass die EnergieErhaltung gilt, weil man mit der frei werdenden Energie Wasser erwärmt um auf die EnergieMenge zurück zu rechnen! Wenn man nicht daran 'glaubt', zweifelt man quasi das Messergebnis an und würde damit quasi jedes Argument,oder Messung mit "Glaub ich aber nicht!" abweisen!

Einigermaßen gut klappt die Umkehrung inkl. EnergieMessung bei elektrochemischen Reaktionen, die wir bei jedem Akku nutzen! Beim Laden wird Energie aufgenommen und in chemische Energie umgewandelt, die beim Entladen wieder frei wird! Es wird aber garantiert nicht mehr Energie frei, aber bestimmt etwas weniger, weil es immer WärmeVerluste gibt.


rixtwix007 
Fragesteller
 27.09.2023, 16:41

grundsätzliches Prinzip in den Naturwissenschaften. Also ein Axiom? Wenn ja, dann müsste/könnte man nur sehr schwer/gar nicht beweisen.

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Spikeman197  27.09.2023, 16:44
@rixtwix007

Man kann es an einigen Punkten zeigen und übernimmt es als generelles Prinzip für alle energetischen Vorgänge!

ZB sind die AbsorptionsLinien und EmmissionsLinien bei Stoffen identisch, weil sie die geiche Energie aufnehmen und abgeben. Ist halt aber kein chemischer Effekt!

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rixtwix007 
Fragesteller
 27.09.2023, 19:31
@Spikeman197

Geht das als Erklärung, warum es gelten muss? Das Noethersches Theorem ist das Axiom und was daraus folgt/ableitet ist das Theorem,der Energieerhaltungssatz? Das Axiom (also auch das Theorem) gilt solange als richtig, bis das Gegenteil bewiesen wird?

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Typisch Chemiker ;-)

Die zählen ihre Atome und deren Anzahl ist konstant. Also gilt der Masseerhaltungssatz.

Aber den Physikern vorzuwerfen, dass der Energieerhaltungssatz nur Aberglaube/Religion ist, finde ich ganz schön frech. Der Energieerhaltungssatz gilt, obwohl ich keinen exakten Beweis dafür kenne.


Spikeman197  27.09.2023, 17:18

Richtige Chemiker werden den EnergieErhaltungsSatz nicht anzweifeln...

Muss am verkürzten Fachstudium fürs Lehramt liegen =;->

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Da hat euer Chemielehrer absolut unrecht. Ein Grundprinizip der Phyisk ist nämlich schon die Erhaltung der Energie, diese lässt sich auch aus den mathematischen Noether-Theoremen ableiten.