Некоторые реакции являются тем, что химики называют термодинамически спонтанными, что означает, что они происходят без каких-либо усилий, чтобы заставить их произойти. Вы можете определить, является ли реакция спонтанной, рассчитав стандартную Свободная энергия Гиббса реакции, разница в свободной энергии Гиббса между чистыми продуктами и чистыми реагентами в их стандартных состояниях. (Помните, что свободная энергия Гиббса - это максимальное количество работы без расширения, которую вы можете получить от система.) Если свободная энергия реакции отрицательна, реакция термодинамически самопроизвольна, как написано. Если свободная энергия реакции положительна, реакция не является спонтанной.
Напишите уравнение, представляющее реакцию, которую вы хотите изучить. Если вы не помните, как писать уравнения реакций, щелкните первую ссылку в разделе «Ресурсы», чтобы просмотреть их. Пример: предположим, вы хотите узнать, является ли реакция между метаном и кислородом термодинамически спонтанной. Реакция будет следующей:
Щелкните ссылку NIST Chemical WebBook в разделе "Ресурсы" в конце этой статьи. В появившемся окне есть поле поиска, где вы можете ввести название соединения или вещества (например, вода, метан, алмаз и т. Д.) И найти дополнительную информацию о нем.
Найдите стандартную энтальпию образования ΔfH ° каждого компонента в реакции (как продуктов, так и реагентов). Сложите ΔfH ° каждого отдельного продукта вместе, чтобы получить общую ΔfH ° для продуктов, затем сложите ΔfH ° каждого отдельного реагента вместе, чтобы получить ΔfH ° реагентов. Пример: написанная вами реакция включает метан, воду, кислород и CO2. ΔfH ° такого элемента, как кислород в его наиболее стабильной форме, всегда устанавливается равным 0, поэтому вы можете пока игнорировать кислород. Однако, если вы посмотрите на ΔfH ° для всех трех других видов, вы найдете следующее:
Сумма ΔfH ° для продуктов составляет -393,51 + 2 x -285,8 = -965,11. Обратите внимание, что вы умножили ΔfH ° воды на 2, потому что в вашем уравнении химической реакции перед водой стоит 2.
Получите стандартную молярную энтропию, или S °, для каждого из видов в вашей реакции. Как и в случае со стандартной энтальпией образования, сложите энтропии продуктов, чтобы получить общую энтропию продукта, и сложите энтропии реагентов, чтобы получить общую энтропию реагентов.
Обратите внимание, что при сложении S ° для кислорода и воды необходимо умножить на 2, поскольку в уравнении реакции перед каждым из них стоит цифра 2.
Умножьте S ° реакции с последнего шага на 298,15 К (комнатная температура) и разделите на 1000. Вы делите на 1000, потому что S ° реакции выражается в Дж / моль К, тогда как стандартная энтальпия реакции выражается в кДж / моль.
Пример: S ° реакции составляет -242,86. Если умножить это на 298,15 и разделить на 1000, получим -72,41 кДж / моль.
Вычтите результат этапа 7 из результата этапа 4, стандартную энтальпию реакции. Полученное значение будет стандартной свободной энергией Гиббса реакции. Если он отрицательный, реакция термодинамически самопроизвольная, как написано при температуре, которую вы использовали. Если он положительный, реакция не является термодинамически спонтанной при той температуре, которую вы использовали.
Пример: -890 кДж / моль - -72,41 кДж / моль = -817,6 кДж / моль, из чего вы знаете, что горение метана является термодинамически самопроизвольным процессом.
Рекомендации
- «Химические принципы: поиски понимания»; Питер Аткинс и др.; 2008
- «Органическая химия, структура и функции»; Питер Воллхардт и др.; 2011
об авторе
Джон Бреннан из Сан-Диего пишет о науке и окружающей среде с 2006 года. Его статьи публиковались в «Plenty», «San Diego Reader», «Santa Barbara Independent» и «East Bay». Ежемесячно ». Бреннан имеет степень бакалавра наук в области биологии Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Фото Кредиты
Photos.com/Photos.com/Getty Images