Noen reaksjoner er det kjemikere kaller termodynamisk spontan, noe som betyr at de oppstår uten å måtte legge ned arbeid for å få dem til å skje. Du kan bestemme om en reaksjon er spontan ved å beregne standarden Gibbs fri energi av reaksjon, forskjellen i Gibbs fri energi mellom rene produkter og rene reaktanter i deres standardtilstander. (Husk at Gibbs gratis energi er den maksimale mengden ikke-ekspansjonsarbeid du kan få ut av en system.) Hvis reaksjonens frie energi er negativ, er reaksjonen termodynamisk spontan som skrevet. Hvis reaksjonens frie energi er positiv, er ikke reaksjonen spontan.
Skriv ut en ligning som representerer reaksjonen du vil studere. Hvis du ikke husker hvordan du skriver reaksjonsligninger, klikker du på den første lenken under Ressurser for en rask gjennomgang. Eksempel: antar at du vil vite om reaksjonen mellom metan og oksygen er termodynamisk spontan. Reaksjonen vil være som følger:
Klikk på NIST Chemical WebBook-lenken under Ressurser-delen på slutten av denne artikkelen. Vinduet som vises, har et søkefelt der du kan skrive inn navnet på en forbindelse eller et stoff (f.eks. Vann, metan, diamant osv.) Og finne mer informasjon om det.
Slå opp standard entalpi av dannelse, ΔfH °, for hver art i reaksjonen (både produkter og reaktanter). Legg ΔfH ° til hvert enkelt produkt sammen for å få total ΔfH ° for produkter, og legg deretter ΔfH ° til hver enkelt reaktant sammen for å få ΔfH ° av reaktanter. Eksempel: Reaksjonen du skrev inkluderer metan, vann, oksygen og CO2. ΔfH ° til et element som oksygen i sin mest stabile form er alltid satt til 0, slik at du kan ignorere oksygen for nå. Hvis du ser opp ΔfH ° for alle de tre andre artene, vil du imidlertid finne følgende:
Summen av ΔfH ° for produktene er -393,51 + 2 x -285,8 = -965,11. Legg merke til at du multipliserte ΔfH ° av vann med 2, fordi det er en 2 foran vannet i den kjemiske reaksjonsligningen.
Hent standard molar entropi, eller S °, for hver av artene i din reaksjon. Akkurat som med standard entalpi av formasjon, legg opp produktens entropier for å få total produktentropi og legg opp entropiene til reaktantene for å få total reaktant entropi.
Legg merke til at du må multiplisere S ° for både oksygen og vann med 2 når du legger alt sammen, siden hver har tallet 2 foran seg i reaksjonsligningen.
Multipliser reaksjons-S ° fra siste trinn med 298,15 K (romtemperatur) og del med 1000. Du deler med 1000 fordi S ° av reaksjonen er i J / mol K, mens standard entalpi av reaksjonen er i kJ / mol.
Eksempel: Reaksjonens S ° er -242,86. Multipliser dette med 298,15, og del deretter med 1000 gir -72,41 kJ / mol.
Trekk trinn 7-resultatet fra trinn 4-resultatet, standard entalpi av reaksjonen. Din resulterende figur vil være standard Gibbs frie reaksjonsenergi. Hvis den er negativ, er reaksjonen termodynamisk spontan som skrevet ved temperaturen du brukte. Hvis det er positivt, er reaksjonen ikke termodynamisk spontan ved temperaturen du brukte.
Eksempel: -890 kJ / mol - -72,41 kJ / mol = -817,6 kJ / mol, som du vet at forbrenningen av metan er en termodynamisk spontan prosess.
Referanser
- "Kjemiske prinsipper: Jakten på innsikt"; Peter Atkins, et al.; 2008
- "Organisk kjemi, struktur og funksjon"; Peter Vollhardt, et al.; 2011
om forfatteren
John Brennan har base i San Diego og har skrevet om vitenskap og miljø siden 2006. Artiklene hans har dukket opp i "Plenty", "San Diego Reader", "Santa Barbara Independent" og "East Bay Månedlig. "Brennan har en Bachelor of Science i biologi fra University of California, San Diego.
Fotokreditter
Photos.com/Photos.com/Getty Images