Niektóre reakcje chemicy nazywają termodynamicznie spontanicznymi, co oznacza, że zachodzą bez konieczności wkładania pracy w ich wywołanie. Możesz określić, czy reakcja jest spontaniczna, obliczając standard Energia swobodna Gibbsa reakcji, różnica w energii swobodnej Gibbsa między czystymi produktami a czystymi substratami w ich stanach standardowych. (Pamiętaj, że energia swobodna Gibbsa to maksymalna ilość pracy bez rozprężania, jaką można uzyskać z układ.) Jeżeli energia swobodna reakcji jest ujemna, reakcja jest termodynamicznie spontaniczna, ponieważ pisemny. Jeżeli energia swobodna reakcji jest dodatnia, reakcja nie jest spontaniczna.
Napisz równanie przedstawiające reakcję, którą chcesz zbadać. Jeśli nie pamiętasz, jak pisać równania reakcji, kliknij pierwszy link w sekcji Zasoby, aby uzyskać szybki przegląd. Przykład: załóżmy, że chcesz wiedzieć, czy reakcja między metanem a tlenem jest termodynamicznie spontaniczna. Reakcja byłaby następująca:
Kliknij łącze NIST Chemical WebBook w sekcji Zasoby na końcu tego artykułu. W oknie, które się pojawi, znajduje się pole wyszukiwania, w którym można wpisać nazwę związku lub substancji (np. woda, metan, diament itp.) i znaleźć więcej informacji na jego temat.
Sprawdź standardową entalpię tworzenia, ΔfH°, każdego składnika reakcji (zarówno produktów, jak i reagentów). Dodać ΔfH° każdego pojedynczego produktu razem, aby uzyskać całkowitą fH° dla produktów, a następnie dodać ΔfH° każdego pojedynczego reagenta razem, aby uzyskać getfH° reagentów. Przykład: Napisana przez Ciebie reakcja zawiera metan, wodę, tlen i CO2. ΔfH° pierwiastka, takiego jak tlen, w jego najbardziej stabilnej postaci, jest zawsze ustawione na 0, więc możesz na razie zignorować tlen. Jeśli jednak wyszukasz ΔfH° dla wszystkich pozostałych trzech gatunków, znajdziesz następujące informacje:
Suma ΔfH° dla produktów wynosi -393,51 + 2 x -285,8 = -965,11. Zauważ, że pomnożyłeś ΔfH° wody przez 2, ponieważ w twoim równaniu reakcji chemicznej przed wodą jest 2.
Pobierz standardową entropię molową (S°) dla każdego gatunku w twojej reakcji. Podobnie jak w przypadku standardowej entalpii tworzenia, zsumuj entropie produktów, aby uzyskać całkowitą entropię produktu i zsumuj entropie reagentów, aby uzyskać całkowitą entropię reagentów.
Zauważ, że musisz pomnożyć S° zarówno dla tlenu, jak i wody przez 2 podczas dodawania wszystkiego, ponieważ każdy ma przed sobą liczbę 2 w równaniu reakcji.
Pomnóż S° reakcji z ostatniego etapu przez 298,15 K (temperatura pokojowa) i podziel przez 1000. Dzielisz przez 1000, ponieważ S° reakcji jest w J/mol K, podczas gdy standardowa entalpia reakcji jest w kJ/mol.
Przykład: S° reakcji wynosi -242,86. Mnożąc to przez 298,15, a następnie dzieląc przez 1000 otrzymujemy -72,41 kJ/mol.
Odejmij wynik kroku 7 od wyniku kroku 4, czyli standardową entalpię reakcji. Otrzymana przez Ciebie liczba będzie standardową energią swobodną reakcji Gibbsa. Jeśli jest ujemny, reakcja jest termodynamicznie spontaniczna, jak napisano w temperaturze, której użyłeś. Jeśli jest dodatni, reakcja nie jest termodynamicznie spontaniczna w zastosowanej temperaturze.
Przykład: -890 kJ/mol - -72,41 kJ/mol = -817,6 kJ/mol, dzięki czemu wiadomo, że spalanie metanu jest termodynamicznie spontanicznym procesem.
Bibliografia
- „Zasady chemiczne: poszukiwanie wglądu”; Peter Atkins i in.; 2008
- „Chemia organiczna, struktura i funkcja”; Peter Vollhardt i in.; 2011
o autorze
Mieszkający w San Diego John Brennan od 2006 roku pisze o nauce i środowisku. Jego artykuły ukazywały się w „Plenty”, „San Diego Reader”, „Santa Barbara Independent” i „East Bay”. Co miesiąc.” Brennan uzyskała tytuł licencjata biologii na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego.
Kredyty fotograficzne
Photos.com/Photos.com/Getty Images