Някои реакции са това, което химиците наричат термодинамично спонтанни, което означава, че те се появяват, без да се налага да се работи, за да се случат. Можете да определите дали реакцията е спонтанна, като изчислите стандарта Безплатна енергия на Гибс реакция, разликата в свободната енергия на Гибс между чистите продукти и чистите реагенти в техните стандартни състояния. (Не забравяйте, че свободната енергия на Гибс е максималното количество неразширяваща се работа, която можете да получите от a система.) Ако свободната енергия на реакцията е отрицателна, реакцията е термодинамично спонтанна като писмена. Ако свободната енергия на реакцията е положителна, реакцията не е спонтанна.
Напишете уравнение, представляващо реакцията, която искате да изучите. Ако не си спомняте как да пишете уравнения за реакция, щракнете върху първата връзка в раздела Ресурси за бърз преглед. Пример: предположим, че искате да знаете дали реакцията между метан и кислород е термодинамично спонтанна. Реакцията ще бъде следната:
Кликнете върху връзката NIST Chemical WebBook в раздела Ресурси в края на тази статия. Прозорецът, който ще се появи, има поле за търсене, където можете да въведете името на съединение или вещество (напр. Вода, метан, диамант и др.) И да намерите повече информация за него.
Потърсете стандартната енталпия на образуване, ΔfH °, за всеки вид в реакцията (както продукти, така и реагенти). Добавете ΔfH ° на всеки отделен продукт заедно, за да получите общо ΔfH ° за продукти, след това добавете ΔfH ° на всеки отделен реагент заедно, за да получите ΔfH ° от реагентите. Пример: Реакцията, която сте написали, включва метан, вода, кислород и CO2. ΔfH ° на елемент като кислород в най-стабилната му форма винаги е зададен на 0, така че засега можете да игнорирате кислорода. Ако потърсите ΔfH ° за всички останали три вида обаче, ще откриете следното:
Сумата от ΔfH ° за продуктите е -393,51 + 2 х -285,8 = -965,11. Забележете, че сте умножили ΔfH ° на водата по 2, защото във вашето уравнение за химична реакция има 2 пред водата.
Вземете стандартната моларна ентропия или S ° за всеки от видовете във вашата реакция. Точно както при стандартната енталпия на образуване, съберете ентропиите на продуктите, за да получите обща ентропия на продукта, и добавете ентропиите на реагентите, за да получите обща ентропия на реагента.
Забележете, че трябва да умножите S ° за кислорода и водата по 2, когато събирате всичко, тъй като всеки от тях има числото 2 пред себе си в уравнението на реакцията.
Умножете S ° на реакцията от последната стъпка с 298,15 K (стайна температура) и разделете на 1000. Делите на 1000, защото S ° на реакцията е в J / mol K, докато стандартната енталпия на реакцията е в kJ / mol.
Пример: S ° на реакцията е -242,86. Умножавайки това по 298,15, след което разделяйки по 1000, се получават -72,41 kJ / mol.
Извадете резултата от стъпка 7 от резултата от стъпка 4, стандартната енталпия на реакцията. Получената от вас цифра ще бъде стандартната енергия на реакция на Гибс. Ако е отрицателно, реакцията е термодинамично спонтанна, както е написано при температурата, която сте използвали. Ако е положителна, реакцията не е термодинамично спонтанна при температурата, която сте използвали.
Пример: -890 kJ / mol - -72,41 kJ / mol = -817,6 kJ / mol, с което знаете, че изгарянето на метан е термодинамично спонтанен процес.
Препратки
- „Химически принципи: търсенето на прозрение“; Питър Аткинс и др.; 2008
- "Органична химия, структура и функция"; Peter Vollhardt, et al.; 2011
за автора
Базиран в Сан Диего, Джон Бренан пише за науката и околната среда от 2006 г. Статиите му са се появявали в „Изобилие“, „Сан Диего Ридър“, „Санта Барбара Индипендънт“ и „Източен залив Ежемесечно. "Бренан е бакалавър по биология от Калифорнийския университет в Сан Диего.
Снимки Кредити
Photos.com/Photos.com/Getty Images