Nogle reaktioner er, hvad kemikere kalder termodynamisk spontan, hvilket betyder, at de opstår uden at skulle lægge arbejde for at få dem til at ske. Du kan bestemme, om en reaktion er spontan ved at beregne standarden Gibbs fri energi af reaktion, forskellen i Gibbs fri energi mellem rene produkter og rene reaktanter i deres standardtilstande. (Husk, at Gibbs-fri energi er den maksimale mængde ikke-ekspansionsarbejde, du kan få ud af en system.) Hvis reaktionens frie energi er negativ, er reaktionen termodynamisk spontan som skrevet. Hvis reaktionens frie energi er positiv, er reaktionen ikke spontan.
Skriv en ligning, der repræsenterer den reaktion, du vil studere. Hvis du ikke kan huske, hvordan du skriver reaktionsligninger, skal du klikke på det første link under sektionen Ressourcer for en hurtig gennemgang. Eksempel: antag, at du vil vide, om reaktionen mellem metan og ilt er termodynamisk spontan. Reaktionen ville være som følger:
Klik på linket NIST Chemical WebBook under sektionen Ressourcer i slutningen af denne artikel. Vinduet, der vises, har et søgefelt, hvor du kan skrive navnet på en forbindelse eller et stof (f.eks. Vand, metan, diamant osv.) Og finde flere oplysninger om det.
Slå op til standard entalpi af dannelse, ΔfH °, for hver art i reaktionen (både produkter og reaktanter). Tilføj ΔfH ° for hvert enkelt produkt sammen for at få total ΔfH ° for produkter, og tilføj derefter ΔfH ° for hver enkelt reaktant sammen for at få ΔfH ° af reaktanter. Eksempel: Den reaktion, du skrev, inkluderer methan, vand, ilt og CO2. ΔfH ° af et element såsom ilt i sin mest stabile form er altid indstillet til 0, så du kan ignorere ilt for nu. Hvis du ser op på ΔfH ° for alle de tre andre arter, finder du dog følgende:
Summen af ΔfH ° for produkterne er -393,51 + 2 x -285,8 = -965,11. Bemærk, at du gangede ΔfH ° af vand med 2, fordi der er en 2 foran vandet i din kemiske reaktionsligning.
Hent standard molær entropi eller S ° for hver af arterne i din reaktion. Ligesom med standard-entalpi af dannelse tilføjes produkternes entropier for at få total produktentropi, og tilsæt reagensernes entropier for at få total reaktantentropi.
Bemærk, at du skal multiplicere S ° for både ilt og vand med 2, når du lægger alt sammen, da hver har tallet 2 foran sig i reaktionsligningen.
Multiplicer S ° af reaktion fra det sidste trin med 298,15 K (stuetemperatur) og divider med 1000. Du deler med 1000, fordi reaktionens S ° er i J / mol K, hvorimod reaktionens standardentalpi er i kJ / mol.
Eksempel: S ° for reaktionen er -242,86. Multiplicere dette med 298,15 og derefter dividere med 1000 udbytter -72,41 kJ / mol.
Træk trin 7-resultatet fra trin 4-resultatet, standardenthalpien af reaktionen. Din resulterende figur vil være standard Gibbs fri reaktionsenergi. Hvis den er negativ, er reaktionen termodynamisk spontan som skrevet ved den temperatur, du brugte. Hvis det er positivt, er reaktionen ikke termodynamisk spontan ved den temperatur, du brugte.
Eksempel: -890 kJ / mol - -72,41 kJ / mol = -817,6 kJ / mol, hvorved du ved, at forbrændingen af metan er en termodynamisk spontan proces.
Referencer
- "Kemiske principper: søgen efter indsigt"; Peter Atkins, et al.; 2008
- "Organisk kemi, struktur og funktion"; Peter Vollhardt, et al.; 2011
Om forfatteren
John Brennan er baseret i San Diego og har skrevet om videnskab og miljø siden 2006. Hans artikler er vist i "Plenty", "San Diego Reader", "Santa Barbara Independent" og "East Bay Månedligt. "Brennan har en Bachelor of Science i biologi fra University of California, San Diego.
Fotokreditter
Photos.com/Photos.com/Getty Images