Manche Reaktionen nennen Chemiker thermodynamisch spontan, was bedeutet, dass sie ohne Arbeit ablaufen. Sie können feststellen, ob eine Reaktion spontan ist, indem Sie den Standard berechnen Gibbs freie Energie der Reaktion, der Unterschied in der freien Gibbs-Energie zwischen reinen Produkten und reinen Reaktanten in ihren Standardzuständen. (Denken Sie daran, dass die freie Energie von Gibbs die maximale Menge an Nicht-Expansionsarbeit ist, die Sie aus einem System.) Wenn die freie Reaktionsenergie negativ ist, ist die Reaktion thermodynamisch spontan, da geschrieben. Wenn die freie Reaktionsenergie positiv ist, ist die Reaktion nicht spontan.
Schreiben Sie eine Gleichung auf, die die Reaktion darstellt, die Sie untersuchen möchten. Wenn Sie sich nicht mehr daran erinnern, wie Reaktionsgleichungen geschrieben werden, klicken Sie auf den ersten Link im Abschnitt Ressourcen, um eine kurze Übersicht zu erhalten. Beispiel: Angenommen, Sie möchten wissen, ob die Reaktion zwischen Methan und Sauerstoff thermodynamisch spontan ist. Die Reaktion wäre wie folgt:
Klicken Sie am Ende dieses Artikels im Abschnitt Ressourcen auf den Link NIST Chemical WebBook. Das erscheinende Fenster enthält ein Suchfeld, in das Sie den Namen einer Verbindung oder Substanz (z. B. Wasser, Methan, Diamant usw.) eingeben und weitere Informationen dazu finden können.
Ermitteln Sie die Standardbildungsenthalpie, das ΔfH°, jeder Spezies in der Reaktion (sowohl Produkte als auch Reaktanten). Addieren Sie die ΔfH° jedes einzelnen Produkts zusammen, um das Gesamt-ΔfH° für die Produkte zu erhalten, und addieren Sie dann die ΔfH° jedes einzelnen Reaktanten zusammen, um ΔfH° der Reaktanten zu erhalten. Beispiel: Die von Ihnen geschriebene Reaktion enthält Methan, Wasser, Sauerstoff und CO2. Das ΔfH° eines Elements wie Sauerstoff in seiner stabilsten Form wird immer auf 0 gesetzt, sodass Sie Sauerstoff vorerst ignorieren können. Wenn Sie ΔfH° für alle anderen drei Arten nachschlagen, finden Sie jedoch Folgendes:
Die Summe von ΔfH° für die Produkte beträgt -393,51 + 2 x -285,8 = -965,11. Beachten Sie, dass Sie das ΔfH° von Wasser mit 2 multipliziert haben, da in Ihrer chemischen Reaktionsgleichung eine 2 vor dem Wasser steht.
Rufen Sie die molare Standardentropie oder S° für jede der Spezies in Ihrer Reaktion ab. Addieren Sie wie bei der Standardbildungsenthalpie die Entropien der Produkte, um die gesamte Produktentropie zu erhalten, und addieren Sie die Entropien der Reaktanten, um die gesamte Reaktantenentropie zu erhalten.
Beachten Sie, dass Sie S° sowohl für Sauerstoff als auch für Wasser mit 2 multiplizieren müssen, wenn Sie alles addieren, da in der Reaktionsgleichung jedem die Zahl 2 vorangestellt ist.
Multiplizieren Sie das S° der Reaktion aus dem letzten Schritt mit 298,15 K (Raumtemperatur) und dividieren Sie durch 1000. Sie dividieren durch 1000, weil der S° der Reaktion in J / mol K angegeben ist, während die Standardreaktionsenthalpie in kJ / mol angegeben ist.
Beispiel: Das S° der Reaktion ist -242,86. Multipliziert man dies mit 298,15 und teilt dann durch 1000, erhält man -72,41 kJ / mol.
Subtrahieren Sie das Ergebnis aus Schritt 7 vom Ergebnis aus Schritt 4, der Standardreaktionsenthalpie. Ihre resultierende Zahl ist die standardmäßige freie Reaktionsenergie von Gibbs. Wenn es negativ ist, ist die Reaktion bei der von Ihnen verwendeten Temperatur thermodynamisch spontan, wie geschrieben. Wenn es positiv ist, ist die Reaktion bei der von Ihnen verwendeten Temperatur thermodynamisch nicht spontan.
Beispiel: -890 kJ / mol - -72,41 kJ/mol = -817,6 kJ/mol, woran Sie wissen, dass die Verbrennung von Methan ein thermodynamisch spontaner Vorgang ist.
Verweise
- „Chemische Prinzipien: Die Suche nach Einsicht“; Peter Atkins et al.; 2008
- "Organische Chemie, Struktur und Funktion"; Peter Vollhardt et al.; 2011
Über den Autor
John Brennan hat seinen Sitz in San Diego und schreibt seit 2006 über Wissenschaft und Umwelt. Seine Artikel sind in "Plenty", "San Diego Reader", "Santa Barbara Independent" und "East Bay. erschienen Monatlich." Brennan hat einen Bachelor of Science in Biologie von der University of California, San Diego.
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