Jotkut reaktiot ovat sellaisia, joita kemistit kutsuvat termodynaamisesti spontaaneiksi, mikä tarkoittaa, että ne tapahtuvat ilman, että heidän on tehtävä työtä niiden toteuttamiseksi. Voit selvittää, onko reaktio spontaani laskemalla standardi Gibbsin vapaa energia reaktion, Gibbsin vapaan energian ero puhtaiden tuotteiden ja puhtaiden reagoivien aineiden välillä niiden normaalitiloissa. (Muista, että Gibbsin vapaa energia on suurin mahdollinen laajentumaton työ, josta voit saada ) Jos reaktion vapaa energia on negatiivinen, reaktio on termodynaamisesti spontaani kuten kirjoitettu. Jos reaktion vapaa energia on positiivinen, reaktio ei ole spontaani.
Kirjoita yhtälö, joka edustaa reaktiota, jota haluat tutkia. Jos et muista, kuinka reaktioyhtälöt kirjoitetaan, napsauta Resurssit-osion ensimmäistä linkkiä saadaksesi nopean tarkastelun. Esimerkki: Oletetaan, että haluat tietää, onko reaktio metaanin ja hapen välillä termodynaamisesti spontaani. Reaktio olisi seuraava:
Napsauta NIST Chemical WebBook -linkkiä Resurssit-osiossa tämän artikkelin lopussa. Näkyviin tulevassa ikkunassa on hakukenttä, johon voit kirjoittaa yhdisteen tai aineen nimen (esim. Vesi, metaani, timantti jne.) Ja löytää siitä lisätietoja.
Etsi jokaisen reaktiolajin (sekä tuotteiden että reagoivien aineiden) muodostumisen standardientalpia, ΔfH °. Lisää kunkin yksittäisen tuotteen ΔfH ° yhteen saadaksesi ΔfH ° tuotteille, lisää sitten kunkin yksittäisen reaktantin ΔfH ° yhdessä saadaksesi ΔfH ° reagensseja. Esimerkki: Kirjoittamasi reaktio sisältää metaania, vettä, happea ja CO2: ta. Elementin, kuten hapen vakain muoto, ΔfH ° on aina asetettu arvoon 0, joten voit jättää hapen toistaiseksi huomiotta. Jos etsit ΔfH ° kaikkia muita kolmea lajia, löydät kuitenkin seuraavat:
Tuotteiden AfH °: n summa on -393,51 + 2 x -285,8 = -965,11. Huomaa, että kerroit veden ΔfH ° arvolla 2, koska kemiallisen reaktion yhtälössä veden edessä on 2.
Noudata reaktiosi kullekin lajille tavallinen molaarinen entropia eli S °. Aivan kuten muodostumisen tavanomaisessa entalpiassa, lasketaan yhteen tuotteiden entropiat saadaksesi kokonaistuotteen entoopian ja laskemalla yhteen reagenssien entropiat saadaksesi kokonaisreagenssin entropian.
Huomaa, että sinun on kerrottava S ° sekä hapelle että vedelle kahdella, kun lasket kaiken, koska jokaisella on numero 2 edessään reaktioyhtälössä.
Kerro viimeisen vaiheen reaktion S ° arvolla 298,15 K (huoneen lämpötila) ja jaa se 1000: lla. Jaat 1000: lla, koska reaktion S ° on J / mol K, kun taas tavallinen reaktion entalpia on kJ / mol.
Esimerkki: Reaktion S ° on -242,86. Kertomalla tämä arvolla 298,15 ja jakamalla sitten 1000: lla saadaan -72,41 kJ / mol.
Vähennä vaiheen 7 tulos vaiheen 4 tuloksesta, reaktion standardientalpia. Tuloksesi on vakio Gibbsin vapaa reaktioenergia. Jos reaktio on negatiivinen, reaktio on termodynaamisesti spontaani, kuten on kirjoitettu käyttämässäsi lämpötilassa. Jos reaktio on positiivinen, reaktio ei ole termodynaamisesti spontaani käyttämässäsi lämpötilassa.
Esimerkki: -890 kJ / mol - -72,41 kJ / mol = -817,6 kJ / mol, jonka avulla tiedät, että metaanin palaminen on termodynaamisesti spontaani prosessi.
Viitteet
- "Kemialliset periaatteet: oivalluksen etsintä"; Peter Atkins et ai.; 2008
- "Orgaaninen kemia, rakenne ja toiminta"; Peter Vollhardt et ai.; 2011
kirjailijasta
San Diegossa toimiva John Brennan on kirjoittanut tiedettä ja ympäristöä vuodesta 2006 lähtien. Hänen artikkelit ovat ilmestyneet "Plenty", "San Diego Reader", "Santa Barbara Independent" ja "East Bay Kuukausittain. "Brennan on suorittanut biologian kandidaatin tutkinnon Kalifornian yliopistossa San Diegossa.
Valokuvahyvitykset
Photos.com/Photos.com/Getty Images
