Μερικές αντιδράσεις είναι αυτό που οι χημικοί ονομάζουν θερμοδυναμικά αυθόρμητα, πράγμα που σημαίνει ότι συμβαίνουν χωρίς να χρειάζεται να δουλέψουν για να τα συμβούν. Μπορείτε να προσδιορίσετε εάν μια αντίδραση είναι αυθόρμητη υπολογίζοντας το πρότυπο Χωρίς ενέργεια Gibbs αντίδρασης, η διαφορά στην ελεύθερη ενέργεια Gibbs μεταξύ καθαρών προϊόντων και καθαρών αντιδραστηρίων στις τυπικές τους καταστάσεις. (Να θυμάστε ότι η ελεύθερη ενέργεια Gibbs είναι το μέγιστο ποσό μη επέκτασης εργασίας που μπορείτε να βγείτε από ένα Εάν η ελεύθερη ενέργεια της αντίδρασης είναι αρνητική, η αντίδραση είναι θερμοδυναμικά αυθόρμητη ως γραπτός. Εάν η ελεύθερη ενέργεια της αντίδρασης είναι θετική, η αντίδραση δεν είναι αυθόρμητη.
Γράψτε μια εξίσωση που αντιπροσωπεύει την αντίδραση που θέλετε να μελετήσετε. Εάν δεν θυμάστε πώς να γράψετε εξισώσεις αντίδρασης, κάντε κλικ στον πρώτο σύνδεσμο στην ενότητα Πόροι για μια γρήγορη ανασκόπηση. Παράδειγμα: ας υποθέσουμε ότι θέλετε να μάθετε εάν η αντίδραση μεταξύ μεθανίου και οξυγόνου είναι θερμοδυναμικά αυθόρμητη. Η αντίδραση θα είχε ως εξής:
Κάντε κλικ στον σύνδεσμο NIST Chemical WebBook στην ενότητα Πόροι στο τέλος αυτού του άρθρου. Το παράθυρο που θα εμφανιστεί έχει ένα πεδίο αναζήτησης όπου μπορείτε να πληκτρολογήσετε το όνομα μιας ένωσης ή ουσίας (π.χ. νερό, μεθάνιο, διαμάντι κ.λπ.) και να βρείτε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με αυτό.
Αναζητήστε την τυπική ενθαλπία σχηματισμού, το ΔfH °, κάθε είδους στην αντίδραση (τόσο προϊόντα όσο και αντιδραστήρια). Προσθέστε το ΔfH ° κάθε μεμονωμένου προϊόντος μαζί για να πάρετε το συνολικό ΔfH ° για τα προϊόντα, στη συνέχεια προσθέστε το ΔfH ° κάθε μεμονωμένου αντιδραστηρίου μαζί για να πάρετε ΔfH ° των αντιδρώντων. Παράδειγμα: Η αντίδραση που γράψατε περιλαμβάνει μεθάνιο, νερό, οξυγόνο και CO2. Το ΔfH ° ενός στοιχείου όπως το οξυγόνο στην πιο σταθερή του μορφή είναι πάντα ρυθμισμένο στο 0, οπότε μπορείτε να αγνοήσετε το οξυγόνο προς το παρόν. Αν αναζητήσετε ΔfH ° και για τα άλλα τρία είδη, ωστόσο, θα βρείτε τα εξής:
Το άθροισμα ΔfH ° για τα προϊόντα είναι -393,51 + 2 x -285,8 = -965.11. Παρατηρήστε ότι πολλαπλασιάσατε το ΔfH ° του νερού με το 2, επειδή υπάρχει ένα 2 μπροστά από το νερό στην εξίσωση χημικής αντίδρασης.
Ανακτήστε την τυπική μοριακή εντροπία, ή S °, για καθένα από τα είδη στην αντίδρασή σας. Ακριβώς όπως με την τυπική ενθαλπία σχηματισμού, προσθέστε τις εντροπίες των προϊόντων για να λάβετε ολική εντροπία προϊόντος και προσθέστε τις εντροπίες των αντιδραστηρίων για να λάβετε ολική εντροπία αντιδραστηρίου.
Σημειώστε ότι πρέπει να πολλαπλασιάσετε το S ° τόσο για το οξυγόνο όσο και για το νερό με το 2 όταν προσθέτετε τα πάντα, αφού ο καθένας έχει τον αριθμό 2 μπροστά του στην εξίσωση αντίδρασης.
Πολλαπλασιάστε το S ° της αντίδρασης από το τελευταίο βήμα με 298,15 K (θερμοκρασία δωματίου) και διαιρέστε με 1000. Διαιρείτε με 1000 επειδή το S ° της αντίδρασης είναι σε J / mol K, ενώ η τυπική ενθαλπία της αντίδρασης είναι σε kJ / mol.
Παράδειγμα: Το S ° της αντίδρασης είναι -242.86. Πολλαπλασιάζοντας αυτό με 298,15, διαιρώντας με 1000 αποδόσεις -72,41 kJ / mol.
Αφαιρέστε το αποτέλεσμα του βήματος 7 από το αποτέλεσμα του βήματος 4, την τυπική ενθαλπία της αντίδρασης. Η προκύπτουσα εικόνα σας θα είναι η τυπική ενέργεια αντίδρασης Gibbs. Εάν είναι αρνητική, η αντίδραση είναι θερμοδυναμικά αυθόρμητη όπως γράφεται στη θερμοκρασία που χρησιμοποιήσατε. Εάν είναι θετική, η αντίδραση δεν είναι θερμοδυναμικά αυθόρμητη στη θερμοκρασία που χρησιμοποιήσατε.
Παράδειγμα: -890 kJ / mol - -72,41 kJ / mol = -817,6 kJ / mol, με το οποίο γνωρίζετε ότι η καύση του μεθανίου είναι μια θερμοδυναμικά αυθόρμητη διαδικασία.
βιβλιογραφικές αναφορές
- "Χημικές αρχές: Η αναζήτηση της διορατικότητας"; Peter Atkins, et αϊ.; 2008
- "Οργανική χημεία, δομή και λειτουργία" · Peter Vollhardt, et αϊ.; 2011
Σχετικά με τον Συγγραφέα
Με έδρα το Σαν Ντιέγκο, ο Τζον Μπρέναν γράφει για την επιστήμη και το περιβάλλον από το 2006. Τα άρθρα του έχουν δημοσιευτεί στα "Plenty", "San Diego Reader", "Santa Barbara Independent" και "East Bay Μηνιαία. "Ο Μπρέναν έχει πτυχίο βιολογίας από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο.
Φωτογραφικές μονάδες
Photos.com/Photos.com/Getty Εικόνες