Termokjemi - Termodynamikk
Nedlasting av program for Termokjemi - Termodynamikk (norsk versjon)
Introduksjon
Når stoffer reagerer med hverandre er alltid energi involvert.
Kunnskap om de energiforandringene som oppstår i kjemiske prosesser,
hjelper oss til å forstå de mekanismer som er involvert.
Termodynamikkens første lov : Energi kan hverken skapes
eller ødelegges.
Termodynamiske Størrelser
Termokjemi er studiet av energiforvaltningen i kjemiske prosesser.
De tre termodynamiske størrelsene som omtales her er: entalpi,
H, entropi, S, og Gibbs fri energi,
G.
Entalpi
Dannelsesentalpien er den energiforanding som er involvert når
stoffer slår seg sammen og danner et eller flere nye stoffer.
CH4 + 2O2 --> CO2 + 2H2O
, 
H = -890.2 kJ/mol
4Fe(s) + 3O2(g) --> 2Fe2O3(s)
, H = -1647 kJ/mol
N2O4(g) --> 2NO2(g)
, H = 57.24 kJ/mol
Dannelsesentalpien kan enten være positiv eller negativ.
En positiv dannelsesentalpi indikerer at energi må tilføres for at
reaksjonen skal kunne fortsette. Når dannelsesentalpien er negativ
betyr dette at reaksjonen gir fra seg energi.
Dannelsesentalpien forteller oss noe om den entalpiendring
som inntreffer via reaksjonsveien mellom utgangsstoffene og
produktet(ene).
Hess's lov: Reaksjonsentalpien er summen av de
stegene (delreaksjonene) som reaksjonsentalpiene kan deles opp i.
Entropi
Entropien, S, i et system er målet på systemets uorden.
Termodynamikkens andre lov: Entropien i universet
øker ved alle naturlige forandringer.
Oksidajon av jern (25oC).:
4Fe(s) + 3O2(g) --> 2Fe2O3(s)
S =
2(87.37J/(K mol)) - 4(27.29J/(K mol)) - 3(205.2J/(K mol)) =
-550.12J/(K mol)
(H = -1647kJ/mol)
Den negative entalpien i denne reaksjonen (eksoterm reaksjon)
foråraker at
S(omgivelser) blir
positiv:
S(omgivelser) =
-H/T
S(omgivelser) =
-(-1647 kJ/mol)/(298.15 K) = +5524 J/(K mol)
Økningen i entropi skyldes at reaksjonen avgir energi
til omgivelsene.
I motsetning til oksidasjon av jern er
N2O4(g) --> 2NO2(g)
en endoterm reaksjon.
(H = +57.2 kJ/mol):
S =
2(240.1J/(K mol)) - 304.38J/(K mol) = 175.82J/(K mol)
S(omgivelser) =
-(57.24 kJ/mol)/(298.15 K) = -192 J/(K mol)
Alle endoterme reaksjoner minsker entropien i omgivelsene.
Summen av de totale entropiforandringene
S(total) =
-H/T +
S(omgivelser)
er et mål på den totale energiforandringen i universet.
For hver 4 mol Fe konvertert til 2 mol Fe2O3
økes entropien i universet:
S(total) = +5524J/(K mol)
+ (-550.12J/(K mol)) = +4973.88 J/(K mol)
Den høye positive verdien viser at reaksjonen er spontan, en sterk
termodynamisk indikasjon på hvorfor stål korroderer.
Dissosiasjonen av N2O4 indikerer forandringen
i entropi:
S(total) = -192J/(K mol)
+ (175.82J/(K mol)) = -16.18 J/(K mol)
Konklusjonen - fordi dette er er en liten negativ verdi, er
at reaksjonen ikke vil gå fullt ut (ufullstendig reaksjon).
Gibbs Fri Energi.
I en reversibel kjemisk reaksjon vil forskjellen mellom
H og
TS
representere avgitt eller opptatt energimengde.
Dette uttrykkes ved:
-TS(total) =
H -
TS
Den nye størrelsen -TS(total)
blir nå gitt et nytt symbol og navn. Den blir kalt
Gibbs reaksjonsfunksjon eller
Gibbs fri energi
(G). The last equation
therefore becomes:
G =
H -
TS
Denne energien representerer den drivende kraften i reaksjonen.
En negativ G betyr at
reakjonen vil være spontan;
En positiv G betyr at
reaksjonen vil være spontan i motsatt retning;
En G - verdi lik null,
viser en eksisterede likevekt.
Størrelsen av G er et mål
på om reaksjonen går fullt ut (fullstendig reaksjon).
Kjennskap til størrelsen på
G verdien
gjør oss i stand til å si noe om reaksjonens retning. For eksempel
kan vi forutsi at reaksjonen:
Cl2 (g) + 2I-(aq) --> 2Cl-(aq) + I2(g)
G = -38 kcal
vil være spontan fordi
G er negativ. Hadde
G hvert positiv, ville
den spontane raksjonen ha hvert den omvendte av den skrevne reaksjonen.
Termokjemi - Funksjon og Virkemåte
Termokjemi har en funksjonalitet som i stor grad samsvarer med
funksjonaliteten til balansering .
Forskjellen mellom balansering og termokjemi ligger i at kjemikaliene som
inngår i de teromkjemiske ligningene, forutsettes inneholde
en spesifikasjon av hvilke form/fasetilstand kjemikaliet befinner
seg på.
CHEMIX benytter i alt 4 slike spesifikasjoner:
1) (g) , f.eks. H2(g)
2) (s) , f.eks. AgNO3(s)
3) (aq) , f.eks. Ag+(aq)
4) (l) , f.eks. H2SO4(l)
De termokjemiske beregningene gir hurtigt svar på om reaksjoner er endoterme
eller eksoterme avhengig av den beregnede Delta H.
I alt 4 termokjemiske egenskaper kan leses av ved en beregning.
Manglende termodata eller forbindelser angis med et spørsmålstegn.
En slik mangel på datainformasjon kan ordnes ved å supplere det
allerede eksisterende biblioteket i dialogboksen
Termokjemiske data med nye data.
Tilbake til innhold - Software for Chemistry