ปฏิกิริยาบางอย่างคือสิ่งที่นักเคมีเรียกว่า อุณหพลศาสตร์ที่เกิดขึ้นเอง ซึ่งหมายความว่าเกิดขึ้นได้โดยไม่ต้องทำงานเพื่อให้เกิดขึ้น คุณสามารถระบุได้ว่าปฏิกิริยาเกิดขึ้นเองหรือไม่โดยการคำนวณมาตรฐาน กิ๊บส์พลังงานฟรี ของปฏิกิริยา ความแตกต่างในพลังงานที่ปราศจากกิ๊บส์ระหว่างผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์และสารตั้งต้นที่บริสุทธิ์ในสถานะมาตรฐาน (จำไว้ว่าพลังงานที่ปราศจากกิ๊บส์คือปริมาณงานที่ไม่ขยายตัวสูงสุดที่คุณจะได้รับจากa ระบบ) ถ้าพลังงานอิสระของปฏิกิริยาเป็นลบ ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเองทางเทอร์โมไดนามิกเช่น เขียน ถ้าพลังงานอิสระของปฏิกิริยาเป็นบวก ปฏิกิริยาจะไม่เกิดขึ้นเอง
เขียนสมการแทนปฏิกิริยาที่คุณต้องการศึกษา หากคุณจำวิธีการเขียนสมการปฏิกิริยาไม่ได้ ให้คลิกที่ลิงก์แรกใต้ส่วนแหล่งข้อมูลเพื่อทบทวนอย่างรวดเร็ว ตัวอย่าง: สมมติว่าคุณต้องการทราบว่าปฏิกิริยาระหว่างมีเทนกับออกซิเจนเกิดขึ้นเองตามอุณหพลศาสตร์หรือไม่ ปฏิกิริยาจะเป็นดังนี้:
คลิกที่ลิงค์ NIST Chemical WebBook ใต้ส่วนทรัพยากรที่ท้ายบทความนี้ หน้าต่างที่ปรากฏขึ้นจะมีช่องค้นหาให้คุณพิมพ์ชื่อสารประกอบหรือสาร (เช่น น้ำ มีเทน เพชร ฯลฯ) และค้นหาข้อมูลเพิ่มเติม
ค้นหาเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัว นั่นคือ ΔfH° ของแต่ละสปีชีส์ในปฏิกิริยา (ทั้งผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้น) เพิ่ม ΔfH° ของแต่ละผลิตภัณฑ์เข้าด้วยกันเพื่อให้ได้ ΔfH° ทั้งหมดสำหรับผลิตภัณฑ์ จากนั้นเพิ่ม ΔfH° ของสารตั้งต้นแต่ละตัวเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้ ΔfH° ของสารตั้งต้น ตัวอย่าง: ปฏิกิริยาที่คุณเขียนประกอบด้วยมีเทน น้ำ ออกซิเจน และ CO2 ΔfH° ขององค์ประกอบ เช่น ออกซิเจนในรูปแบบที่เสถียรที่สุดจะถูกตั้งค่าไว้ที่ 0 เสมอ ดังนั้นคุณจึงไม่ต้องสนใจออกซิเจนในตอนนี้ หากคุณค้นหา ΔfH° สำหรับอีกสามสายพันธุ์ที่เหลือ คุณจะพบสิ่งต่อไปนี้:
ผลรวมของ ΔfH° สำหรับผลิตภัณฑ์คือ -393.51 + 2 x -285.8 = -965.11 สังเกตว่าคุณคูณ ΔfH° ของน้ำด้วย 2 เพราะมี 2 อยู่ข้างหน้าน้ำในสมการปฏิกิริยาเคมีของคุณ
ดึงข้อมูลเอนโทรปีของฟันกรามมาตรฐานหรือ S° สำหรับแต่ละสปีชีส์ในปฏิกิริยาของคุณ เช่นเดียวกับเอนทาลปีของการก่อตัวมาตรฐาน ให้บวกเอนโทรปีของผลิตภัณฑ์เพื่อให้ได้เอนโทรปีของผลิตภัณฑ์ทั้งหมด และเพิ่มเอนโทรปีของสารตั้งต้นเพื่อให้ได้เอนโทรปีของสารตั้งต้นทั้งหมด
สังเกตว่าคุณต้องคูณ S° สำหรับออกซิเจนและน้ำด้วย 2 เมื่อบวกทุกอย่างเข้าด้วยกัน เนื่องจากแต่ละตัวมีเลข 2 อยู่ข้างหน้าในสมการปฏิกิริยา
คูณ S° ของปฏิกิริยาจากขั้นตอนสุดท้ายด้วย 298.15 K (อุณหภูมิห้อง) และหารด้วย 1,000 คุณกำลังหารด้วย 1,000 เนื่องจาก S° ของปฏิกิริยาอยู่ใน J / mol K ในขณะที่เอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยาอยู่ใน kJ / mol
ตัวอย่าง: S° ของปฏิกิริยาคือ -242.86 คูณสิ่งนี้ด้วย 298.15 แล้วหารด้วย 1,000 ผลตอบแทน -72.41 kJ / mol
ลบผลลัพธ์ขั้นตอนที่ 7 ออกจากผลลัพธ์ขั้นตอนที่ 4 ซึ่งเป็นเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยา ตัวเลขผลลัพธ์ของคุณจะเป็นมาตรฐานพลังงานกิ๊บส์ที่ปราศจากปฏิกิริยา หากเป็นลบ ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเองตามอุณหพลศาสตร์ตามอุณหภูมิที่คุณใช้ หากเป็นค่าบวก ปฏิกิริยาจะไม่เกิดขึ้นเองตามอุณหพลศาสตร์ที่อุณหภูมิที่คุณใช้
ตัวอย่าง: -890 kJ / mol - -72.41 kJ/mol = -817.6 kJ/mol โดยที่คุณรู้ว่าการเผาไหม้ของมีเทนเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเองทางอุณหพลศาสตร์
อ้างอิง
- "หลักการทางเคมี: การแสวงหาความเข้าใจ"; ปีเตอร์ แอตกินส์ และคณะ; 2008
- "เคมีอินทรีย์ โครงสร้างและหน้าที่"; ปีเตอร์ โวลล์ฮาร์ด และคณะ; 2011
เกี่ยวกับผู้เขียน
John Brennan ตั้งอยู่ในเมืองซานดิเอโกและได้เขียนเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์และสิ่งแวดล้อมมาตั้งแต่ปี 2549 บทความของเขาปรากฏใน "Plenty" "San Diego Reader" "Santa Barbara Independent" และ "East Bay" ทุกเดือน" เบรนแนนสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีด้านวิทยาศาสตร์สาขาชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก
เครดิตภาพ
Photos.com/Photos.com/Getty Images