Sådan fortæller du, hvis der vil opstå en reaktion

Nogle reaktioner er, hvad kemikere kalder termodynamisk spontan, hvilket betyder at de opstår uden at skulle sætte arbejde ind for at få dem til at ske. Du kan afgøre, om en reaktion er spontan ved at beregne standard Gibbs fri reaktionsenergi, forskellen i Gibbs fri energi mellem rene produkter og rene reaktanter i deres standardtilstande. (Husk, at Gibbs fri energi er den maksimale mængde af ikke-ekspansionsarbejde, du kan komme ud af et system.) Hvis reaktionsfri energi er negativ, er reaktionen termodynamisk spontan som skrevet. Hvis reaktionens frie energi er positiv, er reaktionen ikke spontan.

Skriv en ligning, der repræsenterer den reaktion, du vil studere. Hvis du ikke kan huske, hvordan du skriver reaktionsligninger, skal du klikke på det første link under afsnittet Ressourcer for at få en hurtig gennemgang. Eksempel: Antag at du vil vide, om reaktionen mellem methan og oxygen er termodynamisk spontan. Reaktionen ville være som følger:

CH4 + 022 ----> CO2 + 2 H2O

Klik på linket NIST Chemical WebBook under afsnittet Resources i slutningen af ​​denne artikel. Vinduet, der vises, har et søgefelt, hvor du kan skrive navnet på en sammensætning eller stof (fx vand, metan, diamant osv.) Og finde mere information om det.

Slå op i standard entalpi af dannelse, ΔfH °, af hver art i reaktionen (både produkter og reaktanter). Tilsæt ΔfH ° af hvert enkelt produkt sammen for at opnå total ΔfH ° for produkter, og tilsæt derefter ΔfH ° af hver enkelt reaktant sammen for at få ΔfH ° af reaktanter. Eksempel: Reaktionen du skrev indeholder metan, vand, ilt og CO2. Den ΔfH ° af et element som ilt i sin mest stabile form er altid sat til 0, så du kan ignorere ilt for nu. Hvis du ser op ΔfH ° for alle de tre andre arter, finder du dog følgende:

ΔfH ° methan = -74,5 kilojoules per mol ΔfH ° CO2 = -393,5 kJ /mol ΔfH ° vand = - 285,8 kJ /mol (bemærk at dette er for flydende vand)

Summen af ​​ΔfH ° for produkterne er -393,51 + 2 x -285,8 = -965,11. Bemærk at du multiplicerede ΔfH ° af vand med 2, fordi der er en 2 foran vandet i din kemiske reaktionsligning.

Summen af ​​ΔfH ° for reaktanterne er kun -74,5 siden oxygen er 0 .

Træk den samlede ΔfH ° af reaktanter fra produktets ΔfH ° samlede mængde. Dette er din standard entalpy af reaktion.

Eksempel: -965.11 - -74.5 = -890. kJ /mol.

Hent standard molar entropi, eller S °, for hver af arterne i din reaktion. På samme måde som med standardformationen entalpier, tilføjes entropierne af produkterne for at få total produkt entropi og tilføj entropierne af reaktanterne for at få total reaktant entropi.

Eksempel: S ° for vand = 69,95 J /mol KS ° for metan = 186,25 J /mol KS ° for ilt = 205,15 J /mol KS ° for kuldioxid = 213,79 J /mol K

Bemærk at du skal tælle ilt denne gang. Tilføj nu dem: S ° for reaktanter = 186,25 + 2 x 205,15 = 596,55 J /mol KS ° for produkter = 2 x 69,95 + 213,79 = 353,69 J /mol K

Bemærk at du skal multiplicere S ° for både ilt og vand med 2, når alt tilføjes, da hver har nummer 2 foran den i reaktionsligningen.

Træk S ° reaktanter fra S ° produkter.

Eksempel: 353,69 - 596,55 = -242,86 J /mol K

Bemærk, at netto S ° for reaktion er negativ her. Dette skyldes dels, at vi antager, at et af produkterne vil være flydende vand.

Multiplicer reaktionshastigheden S ° fra det sidste trin ved 298,15 K (stuetemperatur) og divider med 1000. Du deler med 1000 fordi reaktionshastigheden er i J /mol K, medens reaktionens reaktionstal er i kJ /mol.

Eksempel: Reaktionens reaktion er -242,86. Multiplicere dette ved 298,15, derefter dividere med 1000 udbytter -72,41 kJ /mol.

Træk trin 7 resultat fra trin 4 resultat, standard entalpy af reaktion. Din resulterende figur vil være standard Gibbs fri reaktionsenergi. Hvis det er negativt, er reaktionen termodynamisk spontan som skrevet ved den temperatur, du brugte. Hvis det er positivt, er reaktionen ikke termodynamisk spontan ved den temperatur, du brugte.

Eksempel: -890 kJ /mol - -72,41 kJ /mol = -817,6 kJ /mol, hvorved man ved, at forbrændingen af metan er en termodynamisk spontan proces.