Деякі реакції хіміки називають термодинамічно спонтанними, а це означає, що вони відбуваються, не докладаючи зусиль для їх здійснення. Ви можете визначити, чи є реакція спонтанною, розрахувавши стандарт Безкоштовна енергія Гіббса реакції, різниця у вільній енергії Гіббса між чистими продуктами та чистими реагентами в їх стандартних станах. (Пам'ятайте, що вільна енергія Гіббса - це максимальна кількість нерозширювальних робіт, яку ви можете отримати за рахунок система.) Якщо вільна енергія реакції від’ємна, реакція є термодинамічно спонтанною, як письмовий. Якщо вільна енергія реакції позитивна, реакція не є спонтанною.
Випишіть рівняння, що представляє реакцію, яку ви хочете вивчити. Якщо ви не пам’ятаєте, як писати рівняння реакцій, натисніть на перше посилання в розділі Ресурси для швидкого огляду. Приклад: припустимо, ви хочете знати, чи реакція між метаном та киснем є термодинамічно спонтанною. Реакція буде такою:
Клацніть на посилання NIST Chemical WebBook у розділі Ресурси в кінці цієї статті. У вікні, що з’явиться, є поле пошуку, де ви можете ввести назву сполуки чи речовини (наприклад, вода, метан, алмаз тощо) та знайти більше інформації про це.
Знайдіть стандартну ентальпію утворення, ΔfH °, кожного виду в реакції (як продуктів, так і реагентів). Додайте ΔfH ° кожного окремого продукту разом, щоб отримати загальний ΔfH ° для продуктів, а потім додайте ΔfH ° кожного окремого реагенту разом, щоб отримати ΔfH ° реагентів. Приклад: Реакція, яку ви написали, включає метан, воду, кисень і CO2. ΔfH ° такого елемента, як кисень, у найстабільнішій формі завжди встановлюється на 0, тому кисень поки що можна ігнорувати. Однак, якщо ви подивитесь на ΔfH ° для всіх інших трьох видів, ви виявите наступне:
Сума ΔfH ° для виробів становить -393,51 + 2 х -285,8 = -965,11. Зверніть увагу, що ви помножили ΔfH ° води на 2, оскільки у вашому рівнянні хімічної реакції перед водою є 2.
Отримайте стандартну молярну ентропію, або S °, для кожного з видів у вашій реакції. Подібно до стандартної ентальпії формування, складіть ентропії продуктів, щоб отримати загальну ентропію продукту, і складіть ентропії реагентів, щоб отримати загальну ентропію реагенту.
Зверніть увагу, що вам потрібно помножити S ° як для кисню, так і для води на 2, підсумовуючи все, оскільки перед кожним у рівнянні реакції є число 2.
Помножте S ° реакції з останнього кроку на 298,15 K (кімнатна температура) і поділіть на 1000. Ви ділите на 1000, оскільки S ° реакції знаходиться в Дж / моль K, тоді як стандартна ентальпія реакції знаходиться в кДж / моль.
Приклад: S ° реакції становить -242,86. Помноживши це на 298,15, потім поділивши на 1000, виходить -72,41 кДж / моль.
Відніміть результат кроку 7 від результату кроку 4, стандартної ентальпії реакції. Отримана цифра буде стандартною енергією вільної реакції Гіббса. Якщо вона негативна, реакція є термодинамічно спонтанною, як написано при температурі, яку ви використовували. Якщо вона позитивна, реакція не є термодинамічно спонтанною при тій температурі, яку ви використовували.
Приклад: -890 кДж / моль - -72,41 кДж / моль = -817,6 кДж / моль, за яким ви знаєте, що горіння метану є термодинамічно спонтанним процесом.
Список літератури
- «Хімічні принципи: пошуки проникливості»; Пітер Аткінс та ін.; 2008
- "Органічна хімія, будова та функції"; Пітер Фоллхардт та ін.; 2011
Про автора
Джон Бреннан, який базується в Сан-Дієго, пише про науку та навколишнє середовище з 2006 року. Його статті з'явилися в "Багато", "Сан-Дієго", "Санта-Барбара Індепендент" та "Іст-Бей" Щомісяця ". Бреннан має ступінь бакалавра біології з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго.
Фото кредити
Photos.com/Photos.com/Getty Images