Vissa reaktioner är vad kemister kallar termodynamiskt spontan, vilket innebär att de inträffar utan att behöva lägga arbete för att få dem att hända. Du kan avgöra om en reaktion är spontan genom att beräkna standarden Gibbs fri energi av reaktion, skillnaden i Gibbs fri energi mellan rena produkter och rena reaktanter i deras standardtillstånd. (Kom ihåg att Gibbs fria energi är den maximala mängd icke-expansionsarbete du kan få ut ur en system.) Om reaktionens fria energi är negativ är reaktionen termodynamiskt spontan som skriven. Om reaktionens fria energi är positiv är reaktionen inte spontan.
Skriv ut en ekvation som representerar reaktionen du vill studera. Om du inte kommer ihåg hur man skriver reaktionsekvationer, klicka på den första länken under avsnittet Resurser för en snabb granskning. Exempel: antar att du vill veta om reaktionen mellan metan och syre är termodynamiskt spontan. Reaktionen skulle vara som följer:
Klicka på länken NIST Chemical WebBook under avsnittet Resurser i slutet av den här artikeln. Fönstret som kommer att visas har ett sökfält där du kan skriva namnet på en förening eller ett ämne (t.ex. vatten, metan, diamant etc.) och hitta mer information om det.
Leta upp standard entalpi för bildning, ΔfH °, för varje art i reaktionen (både produkter och reaktanter). Tillsätt ΔfH ° för varje enskild produkt för att få totalt ΔfH ° för produkter, lägg sedan till ΔfH ° för varje enskild reaktant för att få ΔfH ° av reaktanter. Exempel: Reaktionen du skrev inkluderar metan, vatten, syre och CO2. ΔfH ° för ett element som syre i sin mest stabila form är alltid inställt på 0, så du kan ignorera syre för tillfället. Om du letar upp ΔfH ° för alla de andra tre arterna, kommer du dock att hitta följande:
Summan av ΔfH ° för produkterna är -393,51 + 2 x -285,8 = -965,11. Lägg märke till att du multiplicerade ΔfH ° av vatten med 2, eftersom det finns en 2 framför vattnet i din kemiska reaktionsekvation.
Hämta standard molär entropi, eller S °, för varje art i din reaktion. Precis som med standard entalpi av bildning, lägg upp produktens entropier för att få total produktentropi och lägg upp entropierna för reaktanterna för att få total reaktant entropi.
Lägg märke till att du måste multiplicera S ° för både syre och vatten med 2 när du lägger till allt, eftersom var och en har siffran 2 framför sig i reaktionsekvationen.
Multiplicera S ° för reaktionen från det sista steget med 298,15 K (rumstemperatur) och dela med 1000. Du delar med 1000 eftersom reaktionens S ° är i J / mol K, medan standardentalpi för reaktionen är i kJ / mol.
Exempel: S ° för reaktionen är -242,86. Multiplicera detta med 298,15, dividera sedan med 1000 utbyten -72,41 kJ / mol.
Subtrahera steg 7-resultatet från steg 4-resultatet, standardentalpi för reaktionen. Din resulterande siffra kommer att vara standard Gibbs fria reaktionsenergi. Om det är negativt är reaktionen termodynamiskt spontan som skrivet vid den temperatur du använde. Om det är positivt är reaktionen inte termodynamiskt spontan vid den temperatur du använde.
Exempel: -890 kJ / mol - -72,41 kJ / mol = -817,6 kJ / mol, genom vilken du vet att förbränningen av metan är en termodynamiskt spontan process.
Referenser
- "Chemical Principles: The Quest for Insight"; Peter Atkins, et al.; 2008
- "Organisk kemi, struktur och funktion"; Peter Vollhardt, et al.; 2011
Om författaren
John Brennan har sin bas i San Diego och har skrivit om vetenskap och miljö sedan 2006. Hans artiklar har dykt upp i "Plenty", "San Diego Reader", "Santa Barbara Independent" och "East Bay Varje månad. "Brennan har en kandidatexamen i biologi från University of California, San Diego.
Fotokrediter
Photos.com/Photos.com/Getty Images