Zeitschrift für Thermodynamik und Katalyse
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Abstrakt

Epikatalyse in einem einfachen mechanisch-gravitativen System: Ein Paradoxon des zweiten Hauptsatzes?

Jack Denur

Katalyse wird üblicherweise so ausgelegt, dass sie das Erreichen des Gleichgewichts leichter und schneller erleichtert, gelegentlich auch weniger (Antikatalyse), nicht jedoch die Gleichgewichtslage verändert, d. h. nicht die Gleichgewichtskonstante K _eq verändert . Tatsächlich wird manchmal behauptet, wenn Katalyse K _eq verändern könnte , könnte man damit den Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verletzen. Dennoch sind Fälle bekannt, in denen Katalyse K _eq verändert . Dies wird als Epikatalyse bezeichnet. Eine Verletzung des Zweiten Hauptsatzes durch Epikatalyse ist ausgeschlossen, wenn die Wiederherstellung des Katalysators (insbesondere des Epikatalysators) in seinen Ausgangszustand mindestens so viel Arbeit kostet, wie durch die dadurch erreichbare Änderung von K _eq erreicht werden kann. In den meisten Fällen einer Epikatalyse kostet die Wiederherstellung des Katalysators (insbesondere des Epikatalysators) in seinen Ausgangszustand mindestens so viel Arbeit, üblicherweise mehr Arbeit, wie durch die dadurch erreichbare Änderung von K _eq erreicht werden kann. Doch wurden in jüngster Zeit Systeme und Prozesse untersucht, die Epikatalyse beinhalten, für die dies möglicherweise nicht zutrifft und die daher den zweiten Hauptsatz in Frage stellen könnten. In diesem Artikel untersuchen wir ein System, in dem die Katalyse K _eq ändert , bei dem jedoch zumindest auf den ersten Blick zumindest im Prinzip keine thermodynamischen Kosten anfallen – keine erforderliche Arbeit zum Entfernen und Wiederherstellen der Katalyse. Da chemische Systeme und Reaktionen komplex sein können, untersuchen wir in diesem Artikel stattdessen ein einfaches mechanisch-gravitatives System, das dazu dienen kann, die Prinzipien transparenter zu veranschaulichen. Dieses System besteht aus einem Gasteilchen (z. B. Molekül, Brownsches Teilchen usw.), das sich innerhalb und zwischen zwei durch eine Barriere getrennten Gravitationspotentialtöpfen in einem gleichmäßigen Gravitationsfeld bewegen kann.