อณหพลศาสตรอณหพลศาสตร

ThermodynamicsThermodynamicsสาขาเคมสาขาเคม

คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตรคณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร

มหาวทยาลยเกษตรศาสตรมหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสนวทยาเขตกาแพงแสน

updated Apr 18, 2007

2

เนอหาเนอหา

1.1. งานงาน ความรอนความรอน พลงงานภายในพลงงานภายใน

2.2. กฎขอทหนงกฎขอทหนง

3.3. เอนเอนทาลทาลปป สมการสมการเทอรเทอรโมเคมโมเคม

4.4. ความจความรอนความจความรอน

5.5. เอนโทรปเอนโทรป

6.6. กฎขอทสองกฎขอทสอง

7.7. กฎขอทสามกฎขอทสาม

8.8. พลงงานอสระของพลงงานอสระของกบสกบส

3

เทอมทสาคญเทอมทสาคญ

ระบบระบบ และและ สงแวดลอมสงแวดลอม

ฟงกชนสภาวะฟงกชนสภาวะ

ฟงกชนวถฟงกชนวถ

สมดลสมดล

ระบบผนกลบไดระบบผนกลบได

เอนเอนทาลทาลปป

เอนโทรปเอนโทรป

เอนเอนทาลทาลปมาตรฐานปมาตรฐาน

เอนเอนทาลทาลปของการกอเกดปของการกอเกด

กระบวนการทเกดขนเองไดกระบวนการทเกดขนเองได

4

อณหพลศาสตรอณหพลศาสตร ( (Thermodynamics)Thermodynamics)

การเปลยนแปลงพลงงานการเปลยนแปลงพลงงานของระบบและสงแวดลอมในของระบบและสงแวดลอมใน

รปของความรอนและงานรปของความรอนและงาน และบอกทศทางการและบอกทศทางการ

เกดปฏกรยาเคมภายใตสภาวะหนงเกดปฏกรยาเคมภายใตสภาวะหนง

5

ระบบระบบ ( (system)system) สงทเราสนใจศกษาสงทเราสนใจศกษา

สงแวดลอมสงแวดลอม ( (environment)environment) สวนอนๆทมผลตอสวนทเราสนใจสวนอนๆทมผลตอสวนทเราสนใจ

จกรวาลจกรวาล ( (universe)universe) ระบบและสงแวดลอมระบบและสงแวดลอม

ระบบแบบตางๆระบบแบบตางๆระบบเปดระบบเปด ( (Open system)Open system)

ระบบปดระบบปด ( (Closed system)Closed system)

ระบบโดดเดยวระบบโดดเดยว ( (Isolated system)Isolated system)

ระบบมฉนวนความรอนระบบมฉนวนความรอน ( (adiabatic system)adiabatic system)

ระบบและสงแวดลอมระบบและสงแวดลอม

Open Open Closed Closed IsolatedIsolated

6

การจาแนกชนดของระบบการจาแนกชนดของระบบ

ระบบ isolatedบอมบแคลอรมเตอร*+ บอมบแคลอรมเตอร *

ระบบ adiabaticแคลอรมเตอร*+ แคลอรมเตอร *

ระบบปดภาชนะปดNa2CO3 , CH3COOH

ระบบเปดบกเกอรNa2CO3 , CH3COOHBaking Soda +

Vinegar

ระบบปดภาชนะปดนา, ไอนา

ระบบเปดบกเกอรนา, ไอนานา → ไอนา

ระบบปด(ไมสนใจการระเหย)บกเกอรนา, นาแขงนาแขง→นา

ชนดของระบบขอบเขตระบบประกอบดวยระบบ

7

การอธบายระบบการอธบายระบบ

สภาวะของระบบสภาวะของระบบ ( (State of a system) State of a system) คอสมบตมหพภาคคอสมบตมหพภาค

(macroscopic property) (macroscopic property) ของระบบของระบบใชใชอธบายลกษณะของระบบอธบายลกษณะของระบบ เชนเชน

ความดนความดน อณหภมอณหภม ฯลฯฯลฯ

การระบสภาวะของระบบตองใชการระบสภาวะของระบบตองใช ชดของฟงกชนสภาวะชดของฟงกชนสภาวะ

ถาสมบตตวหนงตวใดเปลยนแปลงถาสมบตตวหนงตวใดเปลยนแปลง แสดงวามการเปลยนแปลงสภาวะของระบบแสดงวามการเปลยนแปลงสภาวะของระบบ

สภาวะสมดลสภาวะสมดล ( (Equilibrium) Equilibrium) สภาวะทสมบตมหภาคของระบบมคาคงทสภาวะทสมบตมหภาคของระบบมคาคงท

ทกสวนประกอบของระบบและไมเปลยนแปลงขนกบเวลาทกสวนประกอบของระบบและไมเปลยนแปลงขนกบเวลา

สมดลสถตยสมดลสถตย ( (Static equilibrium) Static equilibrium)

สมดลพลวตรสมดลพลวตร ( (Dynamic equilibrium)Dynamic equilibrium)

8

ฟงกชนสภาวะฟงกชนสภาวะ

ฟงกชนฟงกชนสภาวะสภาวะ ( (State function) : State function) : ปรมาณตางปรมาณตาง ๆๆ ทอธบายสภาวะของทอธบายสภาวะของ

ระบบระบบ เชนเชน ความดนความดน ปรมาตรปรมาตร อณหภมอณหภม จานวนสถานะจานวนสถานะ

ลกษณะเฉพาะของลกษณะเฉพาะของฟงกชนฟงกชนสภาวะสภาวะ คอคอ

การเปลยนแปลงของการเปลยนแปลงของฟงกชนฟงกชนสภาวะขนกบสภาวะขนกบ สภาวะเรมตนสภาวะเรมตน และและสภาวะสภาวะ

สดทายสดทายเทานนเทานน

หากระบบหากระบบมมการเปลยนแปลงการเปลยนแปลงและและยอนกลบมาสสภาวะเดมยอนกลบมาสสภาวะเดม การเปลยนแปลงการเปลยนแปลง

ของของฟงกชนฟงกชนสภาวะสภาวะ มคาเปนศนยมคาเปนศนย

ฟงกชนสภาวะตางๆของระบบไมเปนอสระตอกนโดยสนเชงฟงกชนสภาวะตางๆของระบบไมเปนอสระตอกนโดยสนเชง เชนเชน

แกสอดมคตแกสอดมคต มฟงกชนสภาวะคอมฟงกชนสภาวะคอ P V T P V T และและ n n ซงสมพนธกนตามกฎของแกสซงสมพนธกนตามกฎของแกส

9

ฟงกชนสภาวะฟงกชนสภาวะ และและ ฟงกชนวถฟงกชนวถ

ฟงกชนสภาวะฟงกชนสภาวะ สมบตทขนกบสภาวะของระบบขณะใดขณะหนงเทานนสมบตทขนกบสภาวะของระบบขณะใดขณะหนงเทานน

ฟงกชนฟงกชนวถวถ ปรมาณทเกยวของกบการเปลยนแปลงของระบบปรมาณทเกยวของกบการเปลยนแปลงของระบบ มคาขนกบมคาขนกบ

สภาวะเรมตนสภาวะเรมตน สภาวะสดทายสภาวะสดทาย และเสนทางทใชและเสนทางทใช

ความสงเปนฟงกชนสภาวะความสงเปนฟงกชนสภาวะ hhAA, , hhBB, , hhCC

การเปลยนแปลงฟงกชนสภาวะไมใชการเปลยนแปลงฟงกชนสภาวะไมใช

ฟงกชนสภาวะฟงกชนสภาวะ

ΔΔhhABAB = = hhBB-- hhAA ΔΔhhBABA = = hhAA-- hhBB

ระยะทางเปนฟงกชนวถระยะทางเปนฟงกชนวถ AA → →B B

SSaa ≠ ≠ SSbbState A

State B

State CPath a

Path bΔΔhhABAB

+−ΔΔhhBABA

10

กระบวนการผนกลบไดกระบวนการผนกลบได คอการเปลยนแปลงของระบบทสามารถคอการเปลยนแปลงของระบบทสามารถ

ยอนกลบไดเมอมการเปลยนแปลงเงอนไขเพยงเลกนอยยอนกลบไดเมอมการเปลยนแปลงเงอนไขเพยงเลกนอย

ระบบเสมอนวาอยในสมดลยอยระบบเสมอนวาอยในสมดลยอย ๆๆ ตลอดเวลาตลอดเวลา

เกดไดเมอการเปลยนแปลงเกดขนชามากเกดไดเมอการเปลยนแปลงเกดขนชามาก ๆๆ

กระบวนการผนกลบไดกระบวนการผนกลบได ( (Reversible Process)Reversible Process)

การเปลยนแปลง

สวนใหญเปนแบบ

ผนกลบไมได

11

อณหพลอณหพลศาสตรเกยวของกบหลกสาคญศาสตรเกยวของกบหลกสาคญ 22 ขอขอ คอคอ

1.1. พลงงานไมสญหายไปและเกดขนเองไมไดพลงงานไมสญหายไปและเกดขนเองไมได แตเปลยนรปไดแตเปลยนรปได

2.2. ระบบพยายามเขาสสภาวะสมดลเสมอระบบพยายามเขาสสภาวะสมดลเสมอ

BA C

BA

กระบวนการทมโอกาสเปนไปไดคอกระบวนการทเปนไปตามกฎ

อนรกษพลงงาน

กระบวนการทจะเกดขนไดจรงคอกระบวนการทนาระบบเขาสสมดล

12

กฎขอทหนงของอณหพลศาสตรกฎขอทหนงของอณหพลศาสตร

(Conservation of Energy)(Conservation of Energy)

““ กระบวนการใดกระบวนการใด ๆๆ พลงงานอาจเปลยนรปพลงงานอาจเปลยนรป ไดได แตจะไมสญหายไปแตจะไมสญหายไปหรอเกดขนใหมหรอเกดขนใหม””

ΔΔU = q + wU = q + w

U U คอพลงงานภายในคอพลงงานภายใน

ΔΔUU คอการเปลยนแปลงพลงงานภายในคอการเปลยนแปลงพลงงานภายใน q q คอคอ ความรอนความรอน

w w คอคอ งานงาน

13

พลงงานพลงงาน งานงาน ความรอนความรอน

พลงงานพลงงาน คอความสามารถในการทางานคอความสามารถในการทางาน ( (work) work) หรอถายเทความหรอถายเทความ

รอนรอน ( (heat)heat)

Heat Work

14

พลงงานภายในพลงงานภายใน ( (Internal energy; U Internal energy; U หรอหรอ E E))

พลงงานภายในพลงงานภายใน(U) (U) คอพลงงานของระบบคอพลงงานของระบบ เปนฟงกชนสภาวะเปนฟงกชนสภาวะพลงงานจลนจากการเคลอนทพลงงานจลนจากการเคลอนท การหมนการหมน การสนของโมเลกลการสนของโมเลกล

พลงงานจลนจากการเคลอนทของพลงงานจลนจากการเคลอนทของ e e, p, n, p, n

พลงงานศกยจากแรงกระทาระหวางโมเลกลพลงงานศกยจากแรงกระทาระหวางโมเลกล

พลงงานศกยจากแรงกระทาระหวางอนภาคพลงงานศกยจากแรงกระทาระหวางอนภาค

Etc.Etc.

เราไมสามารถคานวณหาเราไมสามารถคานวณหา U U ของระบบไดแตของระบบไดแต ΔΔU U ระหวางสองระหวางสอง

สภาวะสามารถหาไดสภาวะสามารถหาได

ΔΔU = U = UUff -- UUii

ไมใช State function State function

15

งานคอการถายเทพลงงานในรปทกอใหเกดการเคลอนทของวตถงานคอการถายเทพลงงานในรปทกอใหเกดการเคลอนทของวตถ

ทางอณหพลศาสตรทางอณหพลศาสตร :: สนใจเฉพาะงานทเกดจากการเปลยนแปลงสนใจเฉพาะงานทเกดจากการเปลยนแปลงปรมาตรของระบบเนองจากความดนภายนอกปรมาตรของระบบเนองจากความดนภายนอก

งานเนองจากการขยายตวของระบบงานเนองจากการขยายตวของระบบ ( (Expansion work)Expansion work)

ffextext คอแรงภายนอกคอแรงภายนอก

PPextext คอความดนภายนอกคอความดนภายนอก

ΔΔV V คอปรมาตรของระบบทเปลยนแปลงไปคอปรมาตรของระบบทเปลยนแปลงไป

งานงาน ( (work; w)work; w)

VP

dVP

AdxAF

dxFw

ext

ext

ext

extsys

Δ−=

−=

−=

−=

∫∫

∫

ถาความดนภายนอกคงท

x

AFext

ระบบ

16

1.1. สงแวดลอมทางานใหระบบสงแวดลอมทางานใหระบบ((งานอดตวงานอดตว;; ΔΔV<0V<0)) ทาใหระบบมปรมาตรทาใหระบบมปรมาตรลดลงลดลง งานจะมคาเปนงานจะมคาเปน บวกบวก

2.2. ระบบทางานใหสงแวดลอมระบบทางานใหสงแวดลอม ((งานขยายตวงานขยายตว;; ΔΔV>0V>0))ทาใหระบบมทาใหระบบม

ปรมาตรเพมขนปรมาตรเพมขน งานจะมคาเปนงานจะมคาเปน ลบลบ

งานจากการเปลยนแปลงปรมาตรของระบบเนองจากความดนภายนอกงานจากการเปลยนแปลงปรมาตรของระบบเนองจากความดนภายนอก

Pi < Pext

P = Pi Pext

Pf = Pext (สมดล)

P = Pf PextV ↓ P ↑

V ↑ P ↓

Pi < Pext

P = Pi Pext

Pf = Pext (สมดล)

P = Pi Pext

17

งานเนองจากกระบวนการทตางกนงานเนองจากกระบวนการทตางกน

พจารณางานเนองจากการเปลยนแปลงปรมาตรของกระบอกสบทพจารณางานเนองจากการเปลยนแปลงปรมาตรของกระบอกสบท

เงอนไขตางๆเงอนไขตางๆ

ขยายตวขยายตว ( (PPextext < < PPsyssys) )

ขยายตวเรวๆขยายตวเรวๆ ( (PPextext << << PPsyssys) )

หดตวหดตว ( (PPextext > > PPsyssys) )

หดตวเรวๆหดตวเรวๆ ( (PPextext >> >> PPsyssys) )

w ไมเปน state function เพราะงานขนกบความดนภายนอก (Pext

ไมใชสมบตของระบบ)!

↑ Pext (หดตว)

Psys Pext

↓ Pext (ขยายตว)

18

การคานวณหางานการคานวณหางาน

ถาความดนภายนอกคงทถาความดนภายนอกคงท

ถาความดนภายนอกเปนศนยถาความดนภายนอกเปนศนย ( (Free Expansion)Free Expansion)

((ขยายตวในสญญากาศขยายตวในสญญากาศ))

ถาความดนภายนอกมขนาดใกลเคยงกบความดนภายในถาความดนภายนอกมขนาดใกลเคยงกบความดนภายใน ( (PPextext ≈≈ P) P)

ระบบจะหดหรอขยายตวอยางชาๆระบบจะหดหรอขยายตวอยางชาๆ

VP

dVPw

ext

extsys

Δ−=

−= ∫

0

0

=

−= ∫ dVwsys

i

fV

V

extsys

VV

nRTVnRT

VdVnRTdV

VnRT

PdVdVPw

f

ilnln −=−=

−=−=

−≈−=

∫∫

∫ ∫สมมตวาเปน Ideal gas

19

การขยายตวแบบผนกลบไดการขยายตวแบบผนกลบได

งานเนองจากการขยายตวแบบผนกลบไดจะมคามากทสดงานเนองจากการขยายตวแบบผนกลบไดจะมคามากทสด

ความดนภายนอกใกลเคยงกบความดนภายในความดนภายนอกใกลเคยงกบความดนภายใน

((แตนอยกวาแตนอยกวา จงเกดการขยายตวไดจงเกดการขยายตวได)) ตลอดตลอด

กระบวนการขยายตวกระบวนการขยายตว

มการขยายตวอยางชามากๆมการขยายตวอยางชามากๆ

VnRTPP

PP

dVPw

dVPw

sysext

sys

ext

=≈

≈

−=

−=

∫∫

maxexp,

maxexp,maxexp,

Pext จะตองมคา

ใกลเคยงกบ

Psys ตลอด

กระบวนการ

20

การพสจนวางานไมเปนฟงกชนสภาวะการพสจนวางานไมเปนฟงกชนสภาวะ

( )VP

PdVVVP

wwwV

V

BxxAx

Δ−=

−−−=

+=

∫→→

1

1212

2

( )VP

VVPPdV

wwwV

V

ByyAy

Δ−=

−−−=

+=

∫→→

2

22 1 1

1

wx ≠ wy

volume

pressure

V1 V2

P1

P2

A

B

x

A → x → B

volume

pressure

V1 V2

P1

P2

A

By

A → y → B

21

ตวอยางตวอยาง จงคานวณหางานเมอนาแขงจงคานวณหางานเมอนาแขง 100 100 g g ละลายหมดทอณหภมละลายหมดทอณหภม 0 0 °°C C และและความดนความดน 1 1 atmatm ความหนาแนนของนาแขงความหนาแนนของนาแขง และนาทและนาท 0 0 °°C C เทากบเทากบ 0 0.91 .91 และและ 1 1.0 .0 g/cmg/cm33 ตามลาดบตามลาดบ

w = w = -- PPextext ΔΔVV

นาแขงนาแขง 100 100 g g →→ นานา 100 100 g g ΔΔVV = V= Vwaterwater -- VViceice

VViceice == 100 g / 0.91 g/cm100 g / 0.91 g/cm3 3 = 109.9 cm= 109.9 cm3 3

VVwaterwater == 100 g / 1.00 g/cm100 g / 1.00 g/cm3 3 = 100 cm= 100 cm3 3

w w = = --1 atm ( 100.0 cm1 atm ( 100.0 cm33 --109.9 cm109.9 cm33))

= 0.0099 L= 0.0099 L⋅⋅atmatm

1 L1 L⋅⋅atm = 101.3 Jatm = 101.3 J

w w = (0.0099 L= (0.0099 L⋅⋅atm) (101.3 J/Latm) (101.3 J/L⋅⋅atm) atm)

= 0.100 J= 0.100 J

22

ความรอนความรอน ( (Heat; q)Heat; q)

ความรอน คอ พลงงานทถายเทระหวางระบบกบสงแวดลอม

เนองจากมอณหภมตางกน สมดลทางความรอนจะเกดเมอทงระบบและสงแวดลอมมอณหภม

เทากน (สมดลพลวตร)

q ไมเปนฟงกชนสภาวะ

เครองหมายของความรอนระบบดดความรอนจะม q เปนบวก (รบพลงงาน)

คายความรอน q เปนลบ (คายพลงงาน)

23

การหาคาการเปลยนแปลงพลงงานภายในการหาคาการเปลยนแปลงพลงงานภายใน ( (ΔΔU)U)

การคานวณหาคาการเปลยนแปลงพลงภายในไมสามารถหาโดยตรงการคานวณหาคาการเปลยนแปลงพลงภายในไมสามารถหาโดยตรง

จากคาจากคา U U ไดได แตหาไดจากกฎขอทแตหาไดจากกฎขอท 1 1 และเงอนไขอนและเงอนไขอน ๆๆ

กฎขอทกฎขอท 1 1

เงอนไขอนเงอนไขอน ๆๆ

ปรมาตรคงทปรมาตรคงท

ความดนคงทความดนคงท

อณหภมคงทอณหภมคงท

ไมมการถายเทความรอนไมมการถายเทความรอน

24

ประเภทของกระบวนการประเภทของกระบวนการ

กระบวนการ Isochoric (V (V คงทคงท) ) เชนเชน บอมบคาลอรมเตอรบอมบคาลอรมเตอร

ΔΔV = 0 V = 0 →→ w=0 w=0 →→ ΔΔU = U = qqvv

กระบวนการ adiabatic (q = 0) (q = 0) เชนเชน ภาชนะทมฉนวนหมภาชนะทมฉนวนหม

q = 0 q = 0 →→ ΔΔU = wU = w →→ ΔΔU =PU =PΔΔVV

กระบวนการ Isothermal (T (T คงทคงท) ) เชนเชน ในอางควบคมอณหภมในอางควบคมอณหภม

สาหรบแกสสาหรบแกส ΔΔU = 0U = 0 →→ q = q = --w w →→ q =Pq =PΔΔVV

water

Rxn

Tw Tsys = Tw

Tw จะคงท (เปลยนแปลงนอยมาก)

25

ตวอยาง นานา 1 1 โมลโมล 100 100 °°C C กลายเปนไอนาทอณหภมเดยวกนกลายเปนไอนาทอณหภมเดยวกนทท 1 1 atmatm

ความรอนททาใหนาความรอนททาใหนา 1 1 mol mol เปนไอทเปนไอท 100 100 °°C C เทากบเทากบ 40 40.7 kJ .7 kJ จงหาจงหา

ΔΔU U ((พจารณาวาพจารณาวาไอนาเปนแกสสมบรณแบบไอนาเปนแกสสมบรณแบบ))

ΔΔU = q + w = q U = q + w = q -- PPΔΔVVVVนานา == 0.018 L0.018 L VVไอนาไอนา == nRT/pnRT/p = 30.6 L= 30.6 L ((กฏของแกสกฏของแกส))

W = W = --PPΔΔV = V = --1 1 atmatm ×× (30.6 L (30.6 L -- 0.018 L)0.018 L)

= = --30.6 30.6 LL⋅⋅atmatm = = --30.6 30.6 ×× 101.3 101.3 ×× 1010--33 kJkJ

= = --3.1 kJ3.1 kJ

ΔΔUU = q = q -- PPΔΔVV

= 40.7kJ +(= 40.7kJ +(--3.1 3.1 kJ)kJ)

= 37.6 kJ= 37.6 kJ

26

แบบฝกหดแบบฝกหด1. 1. แกสอดมคตชนดหนงแกสอดมคตชนดหนง 1 1 mol mol ขยายตวจากปรมาตรขยายตวจากปรมาตร 0 0.01 m.01 m33 เปนเปน 0 0.10 .10

mm33 ทท 25 25 °°C C จงหาปรมาณงานทเกดขนจงหาปรมาณงานทเกดขน เมอเมอความดนภายนอกคงทความดนภายนอกคงท P P = 0.1 = 0.1 atmatm

ปรมาตรจากปรมาตรจาก 0 0.01 m.01 m33 เปนเปน 0 0.05 m.05 m33 ทท P P = 0.05 = 0.05 atmatm แลวขยายตวตอเปนแลวขยายตวตอเปน 0 0.1 m.1 m3 3 ทท

ความดนความดน 0 0.01 .01 atmatm

2. 2. ระบบมปรมาตรระบบมปรมาตร10.0 L 10.0 L ดดความรอนดดความรอน 1000 1000 J J จงคานวณจงคานวณ ΔΔU U เมอเมอปรมาตรคงทปรมาตรคงท

ถาปรมาตรเพมขนเปนถาปรมาตรเพมขนเปน 15 15.0 L P = 1 .0 L P = 1 atmatm

3. 3. แกสแกสชนดหนงชนดหนง 11 โมลโมลมมปรมาตรปรมาตร 1 1 L L บรรจในกระบอกสบทมฉนวนหมถาบรรจในกระบอกสบทมฉนวนหมถา

แกสขยายตวเปนแกสขยายตวเปน 5 5 L L จงหาจงหา w w, q, , q, ΔΔUUsyssys และและ ΔΔUUsurrsurr เมอเมอใหความดนภายนอกคงทเทากบใหความดนภายนอกคงทเทากบ 1 1 atmatm

ใหแกสขยายตวชามากๆใหแกสขยายตวชามากๆ

27

เอนทาลปเอนทาลป ( (Enthalpy; H)Enthalpy; H)

เอนทาลปเอนทาลป คอผลรวมของพลงงานภายในและผลคณของความดนคอผลรวมของพลงงานภายในและผลคณของความดนกบปรมาตรและเปนกบปรมาตรและเปน state function state function

H = U + PVH = U + PV

การเปลยนแปลงเอนทาลปการเปลยนแปลงเอนทาลป คอปรมาณความรอนทระบบคอปรมาณความรอนทระบบดดกลนหรอคายดดกลนหรอคายภายใตความดนคงทภายใตความดนคงท

ΔΔH = H = ΔΔU + U + ΔΔ(PV)(PV)

ΔΔH = [q H = [q -- PPΔΔV] + [VV] + [VΔΔP + PP + PΔΔV]V]

= q + V= q + VΔΔPP

ΔΔH = H = qqpp ((เมอความดนคงทเมอความดนคงท))+ ดดความรอน

– คายความรอน

28

สาหรบระบบทมสาหรบระบบทม gas gas อาจพจารณาวาปรมาตรของระบบทเปลยนแปลงไปขนกบปรมาตรของแกสเทานน และสามารถใชกฎของแกสอดมคตในการประมาณได

จากสมการจากสมการ ΔΔH = H = ΔΔU + U + ΔΔPVPV

PV = PV = nRTnRT

ΔΔ(PV) = (PV) = ΔΔ((nRTnRT ))

ΔΔ(PV) = ((PV) = (ΔΔn) RT n) RT เมอเมอ T T คงทคงท

ΔΔHH = = ΔΔU + (U + (ΔΔn) RTn) RT

เมอเมอ ΔΔn = n = ΣΣnngg(P(P) ) -- ΣΣnngg(R(R))

จานวนโมลของแกสในสารตงตน

จานวนโมลของแกสในผลตภณฑ

29

สาหรบระบบทประกอบดวยของแขงหรอของเหลวในบางกรณเราสาหรบระบบทประกอบดวยของแขงหรอของเหลวในบางกรณเรา

อาจใชการประมาณอาจใชการประมาณ

ΔΔ(PV)(PV) ≅≅ 0 0 ΔΔH H ≅≅ ΔΔUU

การเปลยนสถานะการเปลยนสถานะ เชนเชน การหลอมเหลวการหลอมเหลว การกลายเปนไอการกลายเปนไอ จะเกดทจะเกดท

ความดนคงทดงนนความดนคงทดงนน ΔΔH = H = qqpp

ΔΔHHfusfus (fusion (fusion หลอมเหลวหลอมเหลว))

ΔΔHHvapvap (vaporization (vaporization กลายเปนไอกลายเปนไอ))

30

ตวอยาง เผาเผา C C22HH55OH OH ในบอมบคาลอรมเตอรในบอมบคาลอรมเตอรใหใหพลงงานพลงงาน 1364 1364.34 kJ .34 kJ ทท 298 K 298 K จงหาคาจงหาคา ΔΔH H ของปฏกรยาของปฏกรยา

CC22HH55OH (l) + 3OOH (l) + 3O22(g) (g) →→ 2CO2CO22(g) + 3H(g) + 3H22O (l)O (l)

ΔΔU = U = qqvv = 1364.34 kJ = 1364.34 kJ

ΔΔH = H = ΔΔU + U + ΔΔ(PV)(PV)

พจารณาวาเปนแกสอดมคตพจารณาวาเปนแกสอดมคต PV PV==nRTnRT →→ ΔΔ(PV) = ((PV) = (ΔΔn) RTn) RT

ΔΔ(PV) (PV) = ( 2= ( 2-- 3 mol) (8.314 J.K3 mol) (8.314 J.K--11) (298 K)) (298 K)

= 2477.57 J= 2477.57 J = = --2.48 kJ2.48 kJ

ΔΔHH = 1364.34 kJ = 1364.34 kJ –– 2.48 kJ2.48 kJ

= 1361.86 kJ= 1361.86 kJ

31

ตวอยาง ปฏกรยาปฏกรยา H H22(g) + (g) + ½½ OO22(g) (g) →→ HH22O(l) O(l) คายความรอนคายความรอน 285 285 kJ kJ

ทท 25 25 °°C 1 C 1 atmatm จงหาจงหา ΔΔUU

ΔΔH = H = ΔΔU + U + ΔΔ(PV)(PV)

คดเปนแกสสมบรณแบบคดเปนแกสสมบรณแบบ ΔΔ(PV) = ( (PV) = ( ΔΔn)n) RTRT

ΔΔn n = = nnproductproduct -- nnreactantreactant ((พจารณาเฉพาะแกสพจารณาเฉพาะแกส))

ΔΔn n = 0 = 0 ––(1+1/2) = (1+1/2) = --3/23/2

ΔΔ(PV) (PV) = (= (--3/2mol)(8.314 J.K3/2mol)(8.314 J.K--11) (298 K)) (298 K)

= = -- 3716.4 J = 3716.4 J = -- 3.72 kJ3.72 kJ

ΔΔH H = = ΔΔU + ( U + ( ΔΔn)n) RTRT

ΔΔU U = = ΔΔH H -- ( ( ΔΔn)n) RTRT

ΔΔU U = = --285 kJ 285 kJ –– ((-- 3.72 kJ)3.72 kJ)

= 281.28 kJ= 281.28 kJ

32

ความรอนและอณหภมความรอนและอณหภม

การถายเทความรอนเกยวของกบอณหภมทเปลยนแปลงไปการถายเทความรอนเกยวของกบอณหภมทเปลยนแปลงไปความจความรอนความจความรอน ( (Heat capacity; C) : Heat capacity; C) : ปรมาณความรอนทตองใชในปรมาณความรอนทตองใชใน

การทาใหสารปรมาณหนงมอณหภมสงขนการทาใหสารปรมาณหนงมอณหภมสงขน 1 1 ººC C ((มหนวยมหนวย J J/ / ººCC))

ความรอนจาเพาะความรอนจาเพาะ ( (Specific heat; s) Specific heat; s) หรอหรอ ความรอนจาเพาะโมลารความรอนจาเพาะโมลาร

(Molar Heat Capacity; C(Molar Heat Capacity; Cmm)) : : ปรมาณความรอนทตองใชในการทาใหปรมาณความรอนทตองใชในการทาให

สารสาร 1 1 กรมกรม หรอหรอ 1 1 โมลโมล มอณหภมสงขนมอณหภมสงขน 1 1 ººC C ((มหนวยมหนวย J J/g. /g. ººC C หรอหรอ

J/mol. J/mol. ººCC))

Tq

dTDqC

Δ≈=

33

Water Capacity & Water TransferWater Capacity & Water Transfer

equilibriumΔh

hA

hB

ปรมาณนา ≡ ความรอน

ความสงของระดบนา ≡ อณหภม

ความกวางของถง ≡ ความจความรอน

• การถายเทนาจะเกดเมอนามระดบตางกน

• การถายเทความรอนจะเกดขนเมออณหภมตางกน

34

ความจความรอนความจความรอน

เมอความดนคงทเมอความดนคงท** เมอปรมาตรคงทเมอปรมาตรคงท

TCqHdTCdH

dTdH

dTDqC

PP

P

Pp

Δ==Δ=

==

TCqUdTCdU

dTdU

dTDqC

VV

V

VV

Δ==Δ=

==

ถา ΔT เปนบวก พลงงานภายใน (เมอ V คงท) หรอเอนทาลป (เมอ P คงท) จะเพมขน เปนกระบวนการดดความรอน

Tq

dTDqC

Δ≈=

35

การแปลงคาความจความรอนการแปลงคาความจความรอน

พจารณาหนวยของความจความรอนพจารณาหนวยของความจความรอนความจความรอน (C) = JJ⋅⋅ ººCC--11

ความจความรอนโมลาร (Cm) = JJ⋅⋅molmol--11⋅⋅ ººCC--11

ความรอนจาเพาะ (S) = JJ⋅⋅gg--11⋅⋅ ººCC--11

นาหนกโมเลกล (MW) = gg⋅⋅molmol--11

gCJ 1−⋅

→=o

SmC

gCJ

molgCmolJ 1

1

11 −

−

−− ⋅=

⋅⋅⋅

→=oo

SMWCm

1111

molCJmolggCJ −−−

−

⋅=⋅×⋅

→×= oo

MWSCm

36

CalorimeterCalorimeter

แคลอแคลอรมเตอรรมเตอร คออปกรณทใชเพอวดคออปกรณทใชเพอวด

ปรมาณความรอนทมการถายเทระหวางปรมาณความรอนทมการถายเทระหวาง

สสารหรอปฏกรยากบสงแวดลอมสสารหรอปฏกรยากบสงแวดลอม

calorimeter

(P คงท)bomb calorimeter

(V คงท)

37

ตวอยางตวอยาง จงคานวณหาความรอนทคายออกมาเมอทาใหแทงเหลกจงคานวณหาความรอนทคายออกมาเมอทาใหแทงเหลก 869 869 กรมเยนลงจากกรมเยนลงจาก 94 94 °°C C ลดลงเหลออณหภมลดลงเหลออณหภม 5 5 °°C C

ความจความรอนของเหลกความจความรอนของเหลก 0 0.444 J/g .444 J/g °°C C

ΔΔH = H = qqpp = C= Cpp ΔΔT T

CCp p ของเหลกของเหลก == 869 g 869 g ×× 0.444 J/g 0.444 J/g ººC C

= 385.8 J/= 385.8 J/ººC C

qqpp = C= Cpp ΔΔT T

= ( 385.8 J/= ( 385.8 J/ººC) C) ×× (5 (5 ººC C -- 94 94 ººC)C)

= = -- 34339 J34339 J

= = -- 34.3 kJ34.3 kJ

38

แบบฝกหดแบบฝกหด จงคานวณหาความรอนทตองใชเพอใหโลหะอลมเนยมจงคานวณหาความรอนทตองใชเพอใหโลหะอลมเนยม

40 g 40 g มอณหภมเพมขนจากมอณหภมเพมขนจาก 20 20.0 .0 °°C C เปนเปน 30 30.0 .0 °°C C เมอเมอความความ

ดนคงทดนคงท ความจความรอนโมลารความจความรอนโมลาร == 24 J24 J⋅⋅molmol--11⋅⋅ °°CC--11 (Al = 27 ) (Al = 27 )

ความจความรอนความจความรอน ( (CCpp) = ) = จานวนโมลจานวนโมล ×× ความจความรอนโมลารความจความรอนโมลาร

39

แบบฝกหดแบบฝกหด ผสมผสม HClHCl 0.2 M 50 ml 0.2 M 50 ml และและ NaOHNaOH 0.2 M 50 ml 0.2 M 50 ml ททอณหภมอณหภม 30 30 °°C C เขาดวยกนในแคลอรมเตอรเขาดวยกนในแคลอรมเตอร พบวาอณหภมของพบวาอณหภมของสารละลายเปลยนแปลงเปนสารละลายเปลยนแปลงเปน 42 42 °°C C จงคานวณความรอนของจงคานวณความรอนของปฏกรยาเมอกาหนดใหปฏกรยาเมอกาหนดให s sสารละลายสารละลาย == 1.00 J1.00 J⋅⋅gg--11⋅⋅ °°CC--11 และและ d d สารละลายสารละลาย == 1.00 g 1.00 g ⋅⋅mlml--11 และและ CCcalcal = 5 J= 5 J⋅⋅ °°CC--11

( )( )TCTsm

qqH

qqHq

calsolnsoln

calsolnrxn

calsolnrxnsys

Δ⋅+Δ⋅⋅−=+−=Δ

++Δ=

40

เทอรโมเคมเทอรโมเคม ( (ThermochemistryThermochemistry) )

เทอรโมเคมเทอรโมเคม คอคอ การศกษาการเปลยนแปลงพลงงานในการศกษาการเปลยนแปลงพลงงานใน

ปฏกรยาเคมในรปของความรอนปฏกรยาเคมในรปของความรอน

ΔΔH H ของปฏกรยาเคมของปฏกรยาเคม:: ปรมาณความรอนทถกดดหรอคายปรมาณความรอนทถกดดหรอคาย

ออกมาเมอเกดการเปลยนแปลงทางเคมออกมาเมอเกดการเปลยนแปลงทางเคม

ΔΔHH°° 298298 = = ΔΔHH°° = = qqpp

สภาวะมาตรฐานสภาวะมาตรฐาน ((°°,, Standard State) Standard State) ความดนความดน 1 1 bar bar อณหภมอณหภม

ทกาหนดทกาหนด ((โดยทวไปโดยทวไป 25 25 °°CC))

← เกดขนทสภาวะมาตรฐาน

41

กระบวนการคายความรอนจะเกดไดดขนถาลดความรอนกระบวนการคายความรอนจะเกดไดดขนถาลดความรอน

กระบวนการดดความรอนจะเกดไดดขนถาใหความรอนกระบวนการดดความรอนจะเกดไดดขนถาใหความรอน

42

สมการสมการเทอรเทอรโมเคมโมเคม

C(sC(s) + O) + O22(g) (g) →→ COCO22(g) (g) ΔΔHH°°298298 = = --393 kJ393 kJΔΔH H เปนเปน ++ ปฏกรยาดดความรอนปฏกรยาดดความรอน

ΔΔH H เปนเปน -- ปฏกรยาคายความรอนปฏกรยาคายความรอน

ΔΔH H เปนเปน State function State function

ΔΔH = H = HHproductsproducts -- HHreactantsreactants

C 1 C 1 โมลโมล และและ O O22 11โมลโมล ทาปฏกรยาเกดเปนทาปฏกรยาเกดเปน CO CO22 1 1 โมลโมล คายคาย

ความรอนความรอน 393 393 kJ kJ ทท 1 1 atmatm 298.15 K298.15 K

43

กฎของเฮสสกฎของเฮสส ( (Hess' Law)Hess' Law)

““การเปลยนแปลงเอนทาลปของปฏกรยารวมการเปลยนแปลงเอนทาลปของปฏกรยารวม เทากบผลรวมของเทากบผลรวมของ

การเปลยนแปลงเอนทาลปการเปลยนแปลงเอนทาลป ในปฏกรยายอยแตละขนตอนในปฏกรยายอยแตละขนตอน””

H2O (l)

H2O (s)

H2O (g)

kJH 883 −=Δ

kJH 8901 −=Δ

kJH 8022 −=Δ

CH4(g) + 2O2(g)

CO2(g) + 2H2O(g)

CO2(g) + 2H2O(l)

kJH 441 +=Δ

kJH 62 +=Δ

kJH 502 +=Δ

Physical changePhysical change Chemical changeChemical change

?

?

44

การใชกฎของเฮสสหาคาการใชกฎของเฮสสหาคา ΔΔH H

1. 1. สมการเคมของทกปฏกรยาตองดลสมการเคมของทกปฏกรยาตองดล

2. 2. ตองบอกสถานะทางกายภาพของสารทกชนดตวทมอยในตองบอกสถานะทางกายภาพของสารทกชนดตวทมอยในปฏกรยาปฏกรยา

3. 3. การเปลยนทศทางของปฏกรยาการเปลยนทศทางของปฏกรยา เครองหมายของเครองหมายของ ΔΔH H จะตองจะตองเปลยนเปนเครองหมายตรงขามเปลยนเปนเครองหมายตรงขาม

4. 4. ถาคณสมการของปฏกรยาดวยจานวนใดถาคณสมการของปฏกรยาดวยจานวนใด ตองคณคาตองคณคา ΔΔH H ดวยดวยจานวนนนจานวนนน

45

ขนตอนการหาคาขนตอนการหาคา ΔΔH H โดยใชกฎของเฮสสโดยใชกฎของเฮสสอยางงายอยางงาย**

พจารณาปฏกรยาเคมทสนใจพจารณาปฏกรยาเคมทสนใจ

1.1. ตรวจดวาสารทกตวในปฏกรยาเคมทสนใจจะตองปรากฎอยางนอยหนตรวจดวาสารทกตวในปฏกรยาเคมทสนใจจะตองปรากฎอยางนอยหนงครงงครงในชดปฏกรยาเคมทใหมาในชดปฏกรยาเคมทใหมา

2.2. พจารณาสารแตละตวของปฏกรยาเคมทสนใจพจารณาสารแตละตวของปฏกรยาเคมทสนใจ ((สารตงตนสารตงตน หรอหรอ สารสารผลตภณฑผลตภณฑ และจานวนโมลทตองการและจานวนโมลทตองการ))

•• เลอกสมการเคมทมสารทสนใจเลอกสมการเคมทมสารทสนใจ จากชดสมการทใหมาจากชดสมการทใหมา

•• ปรบจานวนโมลใหเทากบทตองการโดยคณปรบจานวนโมลใหเทากบทตองการโดยคณ สปสสปส..

•• ยายขางสมการเพอใหสารทสนใจอยขางเดยวกนกบในปฏกรยาทยายขางสมการเพอใหสารทสนใจอยขางเดยวกนกบในปฏกรยาทสนใจสนใจ

•• คณคาคณคา ΔΔHH ดวยดวย สปสสปส.. และคณและคณ --1 1 ถามการยายขางสมการถามการยายขางสมการ

3.3. รวมสมการเคมทไดจากขอรวมสมการเคมทไดจากขอ 2 2. . เขาดวยกนเขาดวยกน ((ดลสมการดวยดลสมการดวย))และรวมและรวม ΔΔHH

4.4. สมการสทธทไดจากขอสมการสทธทไดจากขอ 3 3. . จะตองเหมอนกบปฏกรยาเคมทเราสนใจจะตองเหมอนกบปฏกรยาเคมทเราสนใจ

**ในหลายๆในหลายๆ กรณทมความซบซอนจะตองอาศยการสงเกตในการแกปญหากรณทมความซบซอนจะตองอาศยการสงเกตในการแกปญหา

46

ตวอยางตวอยาง จงหาจงหา ΔΔ H H ของปฏกรยาของปฏกรยา

C(sC(s) + ) + ½½ OO22(g) (g) →→ CO(gCO(g))

จากปฏกรยายอยดงตอไปนจากปฏกรยายอยดงตอไปน

1. 1. C(sC(s) + O) + O22(g)(g) →→ COCO22(g) (g) ΔΔHH°°11 = = --393 kJ393 kJ

2. 2. CO(gCO(g) + ) + ½½ OO22(g) (g) →→ COCO22(g) (g) ΔΔHH°°22 = = --283 kJ283 kJ

C(sC(s) + O) + O22(g) (g) →→ COCO22(g)(g) ΔΔHH°°11 = = --393 kJ393 kJ

−− COCO22(g) (g) →→ CO(gCO(g) + ) + ½½ OO22(g)(g) ΔΔHH°°33 = 283 kJ= 283 kJ

++ C(sC(s) + ) + ½½ OO22(g) (g) →→ CO(gCO(g) )

ΔΔHH°° = = ΔΔHH°°11 −− ΔΔHH°°22 = = ΔΔHH°°11 + + ΔΔHH°°33

= = −−393 + 283 kJ393 + 283 kJ

47

แบบฝกหดแบบฝกหด

1.1. จากปฏกรยายอยตอไปนจากปฏกรยายอยตอไปน

HH22(g) + O(g) + O22(g)(g) →→ HH22O(l) O(l) ΔΔHH11 = = --285.8 kJ285.8 kJ

HH22(g) + O(g) + O22(g)(g) →→ HH22O(g) O(g) ΔΔHH22 = = --241.8 kJ241.8 kJ

จงหาจงหา ΔΔH H °° ของของ HH22O(g) O(g) →→ HH22O(l)O(l)

-+ ΔΔH =H = ΔΔHH11 –– ΔΔHH22

HH22(g) + O(g) + O22(g) (g) →→ HH22O(l) O(l) ΔΔH H 11 = = ––285.8 kJ285.8 kJ

−− HH22O(g) O(g) →→ HH22(g) + O(g) + O22(g) (g) −−ΔΔH H 22 = +241.8 kJ= +241.8 kJ

HH22(g) + O(g) + O22(g)+ H(g)+ H22O(g) O(g) →→ HH22O(l) + HO(l) + H22(g) + O(g) + O22(g) (g)

ΔΔH = H = ––285.8 +241.8 kJ285.8 +241.8 kJ

48

2. 2. จงหาจงหา ΔΔH H ของการเกดแกสมเทนของการเกดแกสมเทน

C(sC(s) + 2H) + 2H22(g) (g) →→ CHCH44(g)(g)

กาหนดกาหนด

C(sC(s) + O) + O22(g) (g) →→ COCO22(g) (g) ΔΔHH11 = = --393 kJ393 kJ

HH22(g) + O(g) + O22(g) (g) →→ HH22O(l) O(l) ΔΔHH22 = = --285 kJ285 kJ

CHCH44(g) + 2O(g) + 2O22(g) (g) →→ COCO22(g) + 2H(g) + 2H22O(l) O(l) ΔΔHH33 = = --890 kJ890 kJ

+ (2x )+ -

ΔΔH =H = ΔΔHH11 + 2+ 2ΔΔHH22 –– ΔΔHH33

49

แบบฝกหดแบบฝกหด

จงหาคาการเปลยนแปลงเอนจงหาคาการเปลยนแปลงเอนทาลทาลปโดยใชขอมลทใหมาปโดยใชขอมลทใหมา

C2H6(g) → C2H4(g) + H2(g) ΔH =?

2C2H6(g) + 7O2(g) → 4CO2(g) + 6H2O(l) ΔH = -3119.71 kJ

C2H4(g) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 2H2O(l) ΔH = -1411.15 kJ

2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) ΔH = -571.68 kJ

50

แบบฝกหดแบบฝกหด

จงหาคาการเปลยนแปลงเอนจงหาคาการเปลยนแปลงเอนทาลทาลปโดยใชขอมลทใหมาปโดยใชขอมลทใหมา

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) ΔH =?

Ca(s) + C(graphite) + 3/2 O2(g) → CaCO3(s) ΔH = 1206.9 kJ

Ca(s) + ½ O2(g) → CaO(s) ΔH = -635.1 kJ

C(graphite) + O2(g) → CO2(g) ΔH = -393.5 kJ

51

เอนทาลปของการเกดเอนทาลปของการเกด ( (Heat of Formation; Heat of Formation; ΔΔHH°°ff))

เอนทาลปของการเกดเอนทาลปของการเกด:: การเปลยนแปลงเอนทาลปในปฏกรยาการเปลยนแปลงเอนทาลปในปฏกรยา

การเกดการเกด สารนนสารนน 1 1 molmol จากธาตองคประกอบในจากธาตองคประกอบใน สภาวะอางองสภาวะอางอง

((สถานะทพบไดงายทสดทสถานะทพบไดงายทสดท 1 1 bar 298.15 Kbar 298.15 K))

HH22(g) + O(g) + O22(g) + (g) + C(sC(s) ) →→ HCOOH(HCOOH(ll)) ΔΔHH°°ff = = – 379 kJ379 kJ

ΔΔHH°°ff (HCOOH, (HCOOH, ll ) = ) = – 379 kJ379 kJ

ΔΔHH°°ff ของธาตในสภาพธรรมชาตของธาตในสภาพธรรมชาต == 00

เชนเชน O O22(g), (g), C(sC(s) ) และและ Hg(lHg(l) ) มม ΔΔHH°°ff = 0 = 0

52

Enthalpy of FormationEnthalpy of Formation

33.57733.577188.825188.825--228.572228.572--241.818241.818HH22O(g)O(g)75.29175.29169.9169.91--237.129237.129--285.830285.830HH22O(l)O(l)20.83820.838158.096158.096671.257671.257716.682716.682C(g)C(g)

37.1137.11213.74213.74--394.359394.359--393.509393.509COCO22(g)(g)29.11629.116197.674197.674--137.168137.168--110.525110.525CO(g)CO(g)35.30935.309186.264186.264--50.7250.72--74.8174.81CHCH44(g)(g)

6.1156.1152.3772.3772.9002.9001.8971.897C(diamond)C(diamond)8.5278.5275.7405.7400000C(graphite)C(graphite)36.0236.02245.463245.4633.1103.11030.90730.907BrBr22(g)(g)

75.68975.689152.231152.2310000BrBr22(l)(l)

Substance0

2981

f HkJ mol−Δ 0

2981

f GkJ mol−Δ 0

,2981 1

mSJ mol K− −

0, ,298

1 1 p mC

J mol K− −

53

สมการปฏกรยาการเกดสมการปฏกรยาการเกด

CHCH44(g) (g) ΔΔH = H = --78.87 kJ/mol78.87 kJ/mol

HH22O(l) O(l) ΔΔH = H = --285.84 kJ/mol285.84 kJ/mol

CC22HH55OH(g) OH(g) ΔΔH = H = --235.1kJ/mol235.1kJ/mol

CC22HH55OH(l) OH(l) ΔΔH = H = --277.63 kJ/mol277.63 kJ/mol

HCN(gHCN(g) ) ΔΔH = H = 135 kJ/mol135 kJ/mol

C(graphite) + H2(g) → CH4(g)

C(graphite) + H2(g)+ O2(g)→ C2H5OH(g)

C(graphite) + H2(g)+ O2(g)→ C2H5OH(l)

O2(g) + H2(g) → H2O(l)

C(graphite) + H2(g)+ N2(g)→ HCN(g)

2

½

2 3 ½

2 3 ½

½ ½

54

Enthalpies of Formation & ReactionEnthalpies of Formation & Reaction

เราอาจพจารณาวาปฏกรยาเคมประกอบดวยสองขนตอนเราอาจพจารณาวาปฏกรยาเคมประกอบดวยสองขนตอน

การแยกสลายสารตงตนเปนธาตในสถานะอางองการแยกสลายสารตงตนเปนธาตในสถานะอางอง

ธาตในสถานะอางองรวมตวกนเปนผลตภณฑธาตในสถานะอางองรวมตวกนเปนผลตภณฑ

จากกฎของจากกฎของเฮสสเฮสส การเปลยนแปลงเอนการเปลยนแปลงเอนทาลทาลปของปฏกรยาอาจปของปฏกรยาอาจ

หาไดจากผลรวมของสองขนตอนดงกลาวหาไดจากผลรวมของสองขนตอนดงกลาว

∑

∑

Δ

Δ−

prodfj

reactfi

jHn

iHn

)(

)(

o

o

55

∑∑ Δ−Δ=Δreact

fiprod

fjrxn iHnjHnH )()( ooo

)(.

∑ Δprod

f jHn jo)(

.iHn

treacfi∑ Δ− o

Reference states

56

สาหรบปฏกรยาทเกดขนดงสมการ

aA + bB → cC + dD

a, b, c และ d เปนสมประสทธปรมาณสมพนธหนวยเปน mol

เอนทาลปมาตรฐานของปฏกรยา (standard enthapy of

reaction, ΔH rxn) คานวณไดจาก

[ ] [ ])()()()( BHbAHaDHdCHcH ffffrxnooooo Δ+Δ−Δ+Δ=Δ

เอนทาลปของปฏกรยาเอนทาลปของปฏกรยา ( (ΔH rxn))

ผลตภณฑ สารตงตน

57

ในกรณทวไปจะอยในรปในกรณทวไปจะอยในรป

i i คอชนดของสารตงตนคอชนดของสารตงตน

j j คอชนดของสารผลตภณฑคอชนดของสารผลตภณฑ

nnii และและ nnjj คอจานวนโมลของสารตงตนและสารผลตภณฑแตคอจานวนโมลของสารตงตนและสารผลตภณฑแต

ละชนดละชนด

∑∑ Δ−Δ=Δreact

fiprod

fjrxn iHnjHnH )()( ooo

58

ตวอยางตวอยาง จงหาจงหา ΔΔHH°° ของปฏกรยานของปฏกรยาน

NHNH33(g) + (g) + HCl(gHCl(g)) →→ NHNH44Cl(s)Cl(s)

ΔΔHH°°ff ของของ NHNH33(g) , (g) , HCl(gHCl(g) ) และและ NH NH44Cl(s) Cl(s) มคามคา --46.19, 46.19,

--92.13 92.13 และและ --315.4 kJ 315.4 kJ ตามลาดบตามลาดบ

ΔΔHHººrxnrxn = = ∑∑nnΔΔHH°°ff(prod(prod) ) -- ∑∑mmΔΔHH°°ff(react(react))

= = ΔΔHH°°ff ((NHNH44Cl,s) Cl,s) –– [[ΔΔHH°°

ff ((NHNH33,g) + ,g) + ΔΔHH°°ff((HCl,gHCl,g)])]

= = --315.4 315.4 –– [ ([ (--46.19) + (46.19) + (--92.13) ] kJ92.13) ] kJ

= = --177 kJ177 kJ

59

ตวอยางตวอยาง กาหนดกาหนด ΔΔHH°°ff ของของ CH CH44(g) , CCl(g) , CCl44(l) (l) และและ HCl(gHCl(g) = ) = --75 , 75 , --

135 , 135 , -- 92 kJ mol92 kJ mol--11 และแกสทงหมดเปนและแกสทงหมดเปน Ideal gas Ideal gas จงหาจงหา ΔΔHH°°, , ΔΔUU°° ของปฏกรยาของปฏกรยา

CHCH44 (g) + 4 Cl(g) + 4 Cl2 2 (g) (g) →→ CClCCl 4 4 (l) + 4 (l) + 4 HClHCl (g)(g)

ΔΔHHººrxnrxn == ∑∑nnΔΔHH°°ff(prod(prod) ) -- ∑∑mmΔΔHH°°ff(react(react))

== [[ ΔΔHH°°ff(CCl(CCl 44)) + + 44ΔΔHH°°

ff(HCl)](HCl)]--[[ΔΔHH°°ff(CH(CH44)+4)+4ΔΔHH°°

ff (Cl(Cl22)])]

== [[ ( ( --135) + 4 (135) + 4 (--92) ] 92) ] –– [ ([ (--75) + 4 (0) ]75) + 4 (0) ]

== --428 428 kJkJ

ΔΔH H = = ΔΔU + U + ΔΔ(PV) = (PV) = ΔΔUU°° + (+ (ΔΔn)RTn)RT

ΔΔUU°° = = ΔΔHH°° –– ((ΔΔn)RTn)RT

((ΔΔn)RTn)RT = ( = ( --1 mol) (8.314 J.mol1 mol) (8.314 J.mol--11.K.K--11)(298K)= )(298K)= -- 2.48 kJ2.48 kJ

ΔΔUU°° = (= (--428 kJ) 428 kJ) -- ((--2.48 kJ) = 2.48 kJ) = --425.5 kJ425.5 kJ

60

แบบฝกหดแบบฝกหด

1. 1. จงหาความรอนของปฏกรยาจงหาความรอนของปฏกรยา ΔΔHH°°

C(sC(s) + H) + H22O(g)O(g) →→ CO(gCO(g) + H) + H22(g)(g)

ΔΔHH°°ff ของของ CO(gCO(g) ) และและ H H22O(g) = O(g) = --110.5 , 110.5 , -- 241.8 kJ mol241.8 kJ mol--11

2. จงหาความรอนของปฏกรยา

4NH3 (g) + 5O2 (g) → 4NO (g) + 6H2O (g)ΔH°

f ของ NH3(g), NO (g), H2O(g) เทากบ -46.2, + 90.4, -2418 kJ mol-1

ตามลาดบ

61

การเปลยนแปลงทเกดขนไดเองการเปลยนแปลงทเกดขนไดเอง

(Spontaneous Change)(Spontaneous Change)

ปฏกรยาทเกดขนภายใตสภาวะทกาหนดใหปฏกรยาทเกดขนภายใตสภาวะทกาหนดให ((ความดนความดน อณหภมอณหภม ความความ

เขมขนเขมขน ฯลฯฯลฯ)) เรยกวาเรยกวา ปฏกรยาทเกดขนไดเองปฏกรยาทเกดขนไดเอง ( (spontaneous spontaneous

reaction)reaction)

กระบวนการทางกายภาพและทางเคมทเกดขนไดเองกระบวนการทางกายภาพและทางเคมทเกดขนไดเอง เชนเชน

นาตกจากทสงลงสทตานาตกจากทสงลงสทตา

ความรอนถายเทจากวตถทมอณหภมสงไปยงวตถทมอณหภมตาความรอนถายเทจากวตถทมอณหภมสงไปยงวตถทมอณหภมตา

62

Spontaneous ChangesSpontaneous Changes

การเปลยนแปลงแบบการเปลยนแปลงแบบ spontaneous spontaneous จะเกดการถายเทพลงและมวลจะเกดการถายเทพลงและมวล

สารไปสรปแบบทยงเหยงมากขนสารไปสรปแบบทยงเหยงมากขน ( (more disorder, more chaotic)more disorder, more chaotic)

h

spontaneous

มการถายเทพลงงานจากลกบอลใหกบพน

กระบวนการทมการ

ถายเทพลงงานจากลก

บอลใหพนเกดขนเองได

แตกระบวนยอนกลบ

เกดขนเองไมได (non

spontaneous)

63

เพอบอกวาปฏกรยาหรอกระบวนการใดจะเกดไดหรอไมเพอบอกวาปฏกรยาหรอกระบวนการใดจะเกดไดหรอไม จงจง

กาหนดฟงกชนใหมกาหนดฟงกชนใหม เรยกวาเรยกวา เอนโทรปเอนโทรป ( (Entropy, S) Entropy, S) เพอใชเพอใช

ทานายวาปฏกรยาตางๆทานายวาปฏกรยาตางๆ จะเกดขนเองหรอไมจะเกดขนเองหรอไม

ระบบทโมเลกลหรออนภาคมความเปนระเบยบมากระบบทโมเลกลหรออนภาคมความเปนระเบยบมาก เอนโทรปตาเอนโทรปตา

ระบบทโมเลกลหรออนภาคมความยงเหยงหรอไมเปนระเบยบระบบทโมเลกลหรออนภาคมความยงเหยงหรอไมเปนระเบยบ

เอนโทรปสงเอนโทรปสง

ในธรรมชาตระบบจะพยายามเปลยนไปในทศทางทมความไมในธรรมชาตระบบจะพยายามเปลยนไปในทศทางทมความไม

เปนระเบยบมากขนเปนระเบยบมากขน เชนเชน การระเหยของนาการระเหยของนา

64

จากการสงเกตจากการสงเกต เราพบวาการเปลยนแปลงเอนโทรปขนอยกบอณหภมเราพบวาการเปลยนแปลงเอนโทรปขนอยกบอณหภม

T T ตาตา ;; ระบบมความเปนระเบยบมากระบบมความเปนระเบยบมาก

ถาเพมอณหภมถาเพมอณหภม ΔΔS S มากขนมากขน ความไมเปนระเบยบเพมขนอยางความไมเปนระเบยบเพมขนอยาง

ชดเจนชดเจน

T T สงสง ;; ระบบมความไมเปนระเบยบมากระบบมความไมเปนระเบยบมาก

ถาเพมอณหภมถาเพมอณหภม จะสงผลใหจะสงผลให ΔΔS S เพมเพยงเลกนอยเลกนอยเพมเพยงเลกนอยเลกนอย

T1 αSΔ

65

กระบวนการทกระบวนการท ΔΔS S มคาเปนบวกมคาเปนบวก ((ระบบไมเปนระเบยบมากขนระบบไมเปนระเบยบมากขน))

1.1. โมเลกลใหญสลายใหโมเลกลเลกโมเลกลใหญสลายใหโมเลกลเลก เชนเชน NN22OO44 →→ 2NO2NO22

2.2. จานวนโมลของแกสในระบบเพมขนจานวนโมลของแกสในระบบเพมขน เชนเชน 2NH2NH33 →→ NN22 + 3H+ 3H22

3.3. การเปลยนสถานะการเปลยนสถานะ ((หลอมเหลวหลอมเหลว เปนไอเปนไอ)) เชนเชน HH22O(s) O(s) →→ HH22O(l)O(l)

กระบวนการทกระบวนการท ΔΔS S มคาเปนลบมคาเปนลบ ((ระบบเปนระเบยบมากขนระบบเปนระเบยบมากขน))1.1. โมเลกลเลกรวมเปนตวกนโมเลกลเลกรวมเปนตวกน

2.2. โพลเมอไรเซชนโพลเมอไรเซชน

3.3. การรวมตวของแกสเปนของแขงหรอของเหลวการรวมตวของแกสเปนของแขงหรอของเหลว

4.4. สารละลายตกผลกสารละลายตกผลก

66

กฎขอทสองของกฎขอทสองของเทอรเทอรโมโดนาโมโดนามกสมกส

““เอนโทรปของจกรวาลจะเพมขนในกระบวนการทเกดขนไดเอนโทรปของจกรวาลจะเพมขนในกระบวนการทเกดขนได

เองและจะไมเปลยนแปลงในกระบวนการทอยในสมดลเองและจะไมเปลยนแปลงในกระบวนการทอยในสมดล””

เมอเอนโทรปของจกรวาลเมอเอนโทรปของจกรวาล ( (ΔΔSSunivuniv หรอหรอ ΔΔSStottot))เกดจากเอนโทรปเกดจากเอนโทรป

ของระบบของระบบ ( (ΔΔSSsyssys)) และและ เอนโทรปของสงแวดลอมเอนโทรปของสงแวดลอม ( (ΔΔSSsurrsurr))

ΔΔSStottot = = ΔΔSSsyssys + + ΔΔSSsurrsurr

67

เพราะฉะนนสรปไดวาเพราะฉะนนสรปไดวา เมอเมอ

ΔΔSStottot > 0 > 0 เกดขนไดเองเกดขนไดเอง,, ผนกลบไมไดผนกลบไมได

ΔΔSStottot = 0 = 0 ผนกลบไดผนกลบได,, สมดลสมดล

ΔΔSStottot < 0 < 0 ไมเกดขนในสภาวะทกาหนดไมเกดขนในสภาวะทกาหนด

การเปลยนแปลงการเปลยนแปลง ΔΔSSsyssys หาไดดงนหาไดดงน

q q revrev = = ความรอนทถายเทระหวางระบบกบสงแวดลอมความรอนทถายเทระหวางระบบกบสงแวดลอม ในใน

กระบวนการผนกลบไดกระบวนการผนกลบได

TqS rev =Δ

68

ตวอยางตวอยาง จงคานวณหาการเปลยนแปลงเอนโทรปทงหมดจากการจงคานวณหาการเปลยนแปลงเอนโทรปทงหมดจากการถายเทความรอนถายเทความรอน 500 500 J J จากระบบหนงทจากระบบหนงท 400 400 K K ใหแกใหแกสงแวดลอมทอณหภมสงแวดลอมทอณหภม 298 298 KK

ระบบมเอนโทรปลดลงแตสงแวดลอมมเอนโทรปเพมขนระบบมเอนโทรปลดลงแตสงแวดลอมมเอนโทรปเพมขน

ΔΔSSsyssys = = ––500 500 JJ / 400/ 400 KK = = ––1.25 1.25 J. K J. K --11

ΔΔSSsurrsurr = 500 = 500 JJ / 298/ 298 KK = 1.68 J. K = 1.68 J. K --1 1

ΔΔS S tot tot = = ΔΔSSsyssys ++ ΔΔSSsurrsurr = = ––1.25 + 1.68 1.25 + 1.68 J. K J. K --11

= 0.43 = 0.43 J. K J. K --11

TqS rev =Δ

69

เอนโทรปสาหรบการเปลยนสถานะของสารเอนโทรปสาหรบการเปลยนสถานะของสาร

การหลอมเหลวการหลอมเหลว

การกลายเปนไอการกลายเปนไอ TΔH

S

TΔH

S

vapvap

fusfus

=Δ

=Δ

70

ตวอยางตวอยาง จงหาจงหา ΔΔS S เมอนาแขงเมอนาแขง 1 1 โมลโมล ละลายเปนนาทละลายเปนนาท 0 0 C C ความความ

ดนดน 1 1 atm Hatm H22O(sO(s) ) →→ HH22O(l) O(l) ΔΔH = + 6008 J molH = + 6008 J mol--11

0

16.202986008

16.202986008

K molJ

K molJ

K molJ

K molJ

=Δ+Δ=Δ

−=−

=Δ−

=Δ

=+

=Δ

=Δ

surrsystot

surr

sys

SSSTHS

THS

ระบบอยทสมดล แสดงวานาแขงจะละลายอยางชามากๆ (หรอไมละลาย

เนองจากอยทสมดลอยแลว)

71

ตวอยางตวอยาง นาแขงนาแขง(0 (0 ººC) 1 C) 1 โมลโมล จะละลายเปนนาทจะละลายเปนนาท 5 5 ººC C และความและความ

ดนดน 1 1 atmatmหรอไมหรอไม

((ใหคดวาคาใหคดวาคา ΔΔHHfusfus มคาไมเปลยนแปลงมคาไมเปลยนแปลง))

HH22O(s) O(s) →→ HH22O(l) O(l) ΔΔH = + 6008 J molH = + 6008 J mol--11

K molJ

K molJ

K molJ

K molJ

K molJ

10.1

61.212786008

71.222736008

=Δ+Δ=Δ

−=−

=Δ−

=Δ

=+

=Δ

=Δ

surrsystot

surr

sys

SSSTHS

THS

คา ΔS เปนบวกแสดงวากระบวนการนเกดขนได

72

กฎขอทสามของกฎขอทสามของเทอรเทอรโมไดนามกสโมไดนามกส

ความเปนระเบยบของระบบความเปนระเบยบของระบบ

““ทท 0 0 เคลวนเคลวน เอนโทรปของสารบรสทธทกชนดในสภาพผลกเอนโทรปของสารบรสทธทกชนดในสภาพผลก

สมบรณแบบมคาเทากบสมบรณแบบมคาเทากบ 0 0””

ผลกสมบรณแบบผลกสมบรณแบบ คอผลกทอนภาคองคประกอบเรยงตวเปนคอผลกทอนภาคองคประกอบเรยงตวเปน

ระเบยบระเบยบ ไมมตาหนและไมมการเคลอนทของอนภาคไมมตาหนและไมมการเคลอนทของอนภาค

SS00 = 0 = 0 ((เอนโทรปทอณหภมเอนโทรปทอณหภม 0 0 เคลวนเคลวน == 00))

73

SSTT = = เอนโทรปสมบรณของสารบรสทธทอณหภมอนเอนโทรปสมบรณของสารบรสทธทอณหภมอน ๆๆ

เมอกาหนดคาอางองนแลวเมอกาหนดคาอางองนแลว(T= 0 K) (T= 0 K) ทาใหสามารถหาคาทาใหสามารถหาคา

absolute entropy, Sabsolute entropy, S°° ของสารบรสทธอนทของสารบรสทธอนท T T อนอน ๆไดๆได

∫=−=

−=Δ

T revKT

TT

TdqSSS

SSS

00

12

∫=−=298

0298298 0TdqSS revo

74

เอนโทรปกบปฏกรยาเคมเอนโทรปกบปฏกรยาเคม

aAaA + + bBbB →→ cCcC + + dDdD

ΔΔSS°° = = cScS°°(C(C) + ) + dSdS°°(D(D) ) -- aSaS°°(A(A) ) -- bSbS°°(B(B))

∑∑ −=Δreact

iprod

jrxn iSnjSnS )()( ooo

ผลรวมเอนโทรป

ของสารตงตน

ผลรวมเอนโทรป

ของสารผลตภณฑ

คา S° จะตองเปนบวกเสมอ(เพราะอณหภมสงกวา 0 K)!

75

ตวอยางตวอยาง จงจงคานวณคานวณ ΔΔSSºº ของปฏกรยาของปฏกรยา

½½ NN22(g) + (g) + ½½ OO22(g) (g) →→ NO (g)NO (g)

ΔΔSS°°rxnrxn = = ∑∑SS°°(prod(prod)) -- ∑∑SS°°(react(react))

= S= S°°( ( NO,gNO,g ) ) -- [ [ ½½ SS°°((NN22,g) + ,g) + ½½ SS°°((OO22 , g ), g ) ]]

= 211 = 211 -- ½½ (192) (192) -- ½½ (205)(205)

= 12.5 J K= 12.5 J K--11

76

เอนโทรปกบทศทางของปฏกรยาเคมเอนโทรปกบทศทางของปฏกรยาเคม

ΔΔSStottot = = ΔΔSSsyssys + + ΔΔSSsurrsurr

ΔΔSStottot > 0 > 0 เกดไดเองเกดไดเอง

ใชขอมลใชขอมล S Sºº298298 มาชวยในการคานวณมาชวยในการคานวณ

ΔΔSSººrxnrxn = = ∑∑ SSºº (prod) (prod) -- ∑∑ SSºº(react(react))

ΔΔSS = = qqrevrev

TT

P P คงทคงท ;; qqrevrev = = ΔΔHHsyssys ซงหาไดจากซงหาไดจาก

77

ΔΔHHºº = = ∑∑HH°°ff (prod)(prod) -- ∑∑HH°°ff (react)(react)

ΔΔHH°°surrsurr = = --ΔΔHH°°syssys

TH

S syssurr

Δ=Δ - o

78

ตวอยางตวอยาง 6CO6CO22(g) + 6H(g) + 6H22O(l) O(l) →→ CC66HH1212OO66(s) + 6O(s) + 6O22(g)(g)

ปฏกรยานเกดขนไดเองในสภาวะมาตรฐานหรอไมปฏกรยานเกดขนไดเองในสภาวะมาตรฐานหรอไม ( (1 bar , 298.15 K)1 bar , 298.15 K)

K molJ2

2226126

102.59 molJ/K 91.69674.2136138.2056212

),(6),(6),(6),(

)reactant()product(

×−=

×−×−×+=−−+=

−=Δ ∑∑lOHSgCOSgOSsOHCS

nSnSSrxnoooo

ooo

( ) ( ) ( )molkJ3

2226126

10 2.544 kJ/mol 82.241651.3936061268

),(6),(6),(6),(

)reactant()product(

×=

−×−−×−×+−=

Δ−Δ−Δ+Δ=

Δ−Δ=Δ ∑∑lOHHgCOHgOHsOHCH

HnHnH

ffff

ffrxn

oooo

ooo

K molkJ32

K molJ3

K molkJ

3

796.810537.81059.2

10537.815.29810544.2

−=×−×−=Δ+Δ=Δ

×−=×

−=Δ

−=Δ

surrsystot

rxnsurr

SSSTHS

เกดเองไมได

79

พลงงานอสระพลงงานอสระ

การทานายทศทางของปฏกรยาเคมโดยการหาการเปลยนแปลงเอนการทานายทศทางของปฏกรยาเคมโดยการหาการเปลยนแปลงเอน

โทรปของระบบและของสงแวดลอมนนทาไดไมสะดวกนกโทรปของระบบและของสงแวดลอมนนทาไดไมสะดวกนก เพราะเพราะ

จะตองทราบทงเอนโทรปสมบรณและเอนทาลปของการเกดสารจะตองทราบทงเอนโทรปสมบรณและเอนทาลปของการเกดสาร

ทเกยวของในปฏกรยาทเกยวของในปฏกรยา

กบสกบส ( (J.W. Gibbs) J.W. Gibbs) จงกาหนดจงกาหนดฟงกชนฟงกชนใหมเรยกวาใหมเรยกวา พลงงานอสระพลงงานอสระ

กบสกบส ( (Gibbs free energy, G) Gibbs free energy, G) โดยใชนยามดงนโดยใชนยามดงน

G = H G = H –– TSTS

80

เนองจากทงเนองจากทง H H, S , S และและ T T ตางกเปนตางกเปนฟงกชนฟงกชนสภาวะสภาวะ

G G จงเปนจงเปนฟงกชนฟงกชนสภาวะดวยสภาวะดวย

ดงนนการเปลยนแปลงพลงงานอสระดงนนการเปลยนแปลงพลงงานอสระ คอคอ

ΔΔG = G = ΔΔH H –– ΔΔ(TS)(TS)

สาหรบกระบวนการทเกดขนทสาหรบกระบวนการทเกดขนทอณหภมคงทอณหภมคงท การการ

เปลยนแปลงพลงงานอสระของระบบจะคานวณไดจากเปลยนแปลงพลงงานอสระของระบบจะคานวณไดจาก

ΔΔG = G = ΔΔH H –– TTΔΔSS

81

พลงงานอสระทสภาวะมาตรฐานพลงงานอสระทสภาวะมาตรฐาน

ΔΔGG°°298298 หรอหรอ ΔΔGG

vvพลงงานอสระของการเกดพลงงานอสระของการเกด;; ΔΔGG°°ff

““การเปลยนแปลงของพลงงานอสระในปฏกรยาการเกดสารการเปลยนแปลงของพลงงานอสระในปฏกรยาการเกดสาร

บรสทธบรสทธ 1 1 โมลโมล จากธาตองคประกอบในสภาพธรรมชาตทจากธาตองคประกอบในสภาพธรรมชาตท

สภาวะมาตรฐานสภาวะมาตรฐาน””

ΔΔGG°°ff = = ΔΔHH°°ff -- TTΔΔSS°°ff

82

พลงงานอสระกบปฏกรยาเคมพลงงานอสระกบปฏกรยาเคม

aAaA + + bBbB →→ cCcC + + dDdD

ΔΔGG°° = = ccΔΔGG°°ff (C) + d(C) + dΔΔ GG°°ff (D) (D) -- aaΔΔ GG°°ff (A) (A) -- bbΔΔ GG°°ff (B)(B)

ΔΔGG°°ff ของธาตอสระในสภาพธรรมชาตของธาตอสระในสภาพธรรมชาต == 00

หรอหรอ

∑∑ Δ−Δ=Δreact

fiprod

fjrxn iGnjGnG )()( ooo

ooorxnrxnrxn STHG Δ−Δ=Δ

83

ตวอยางตวอยาง จงคานวณจงคานวณ ΔΔGG°° ของปฏกรยาของปฏกรยา

SiHSiH44(g) + 2O(g) + 2O22(g) (g) →→ SiOSiO22(s) + 2H(s) + 2H22O(g)O(g)

molkJ

molkJ

2422

4.456 )0.0(29.56)572.228(264.856

),(2),(),(2),(

)reactant()product(

−=

−−+−=

Δ−Δ−Δ+Δ=

Δ−Δ=Δ ∑∑gOGgSiHGgOHGsSiOG

GnGnG

ffff

ffrxn

oooo

ooo

84

ตวอยางตวอยาง จงคานวณจงคานวณ ΔΔGG°° ของปฏกรยาของปฏกรยา

CO(gCO(g) + H) + H22O(g) O(g) →→ COCO22(g) + H(g) + H22(g)(g)

ΔG f ของ CO2(g), CO(g), H2O(g) = -394.36, -137.17, -228.57 kJ mol-1

( )molkJ

molkJ

222

62.28 57.22817.137)0.0(36.394

),(2),(),(),(

)reactant()product(

−=

−−−+−=

Δ−Δ−Δ+Δ=

Δ−Δ=Δ ∑∑gOHGgCOGgHGgCOG

GnGnG

ffff

ffrxn

oooo

ooo

85

เครองหมายของเครองหมายของ ΔΔG G กบการบอกทศทางการเกดปฏกรยากบการบอกทศทางการเกดปฏกรยา

ΔΔG < 0 G < 0 ปฏกรยาจะเกดขนไดเองปฏกรยาจะเกดขนไดเอง

ΔΔG = 0 G = 0 ระบบอยในสมดลระบบอยในสมดล

ΔΔG > 0 G > 0 ปฏกรยาเกดขนเองไมไดปฏกรยาเกดขนเองไมได

((หรอเกดขนในทศทางยอนกลบหรอเกดขนในทศทางยอนกลบ))

86

เงอนไขตางๆของเงอนไขตางๆของ ΔΔGG

เครองหมายของเครองหมายของ ΔΔH H และและ ΔΔS S มผลตอเครองหมายของมผลตอเครองหมายของ ΔΔG G ดงนดงน

ไมเกด+–+

เกด ΔH<TΔST สง → –

ไมเกด ΔH>TΔST ตา → +++

ไมเกด ΔH<TΔST สง → +

เกด ΔH>TΔST ตา → –––

เกดขนไดเอง–+–

ลกษณะการเปลยนแปลงΔG = ΔH - TΔSΔSΔH

ΔΔG = G = ΔΔH H -- TTΔΔSS

87

ปฏกรยาปฏกรยา CaO(sCaO(s) + SO) + SO33(g) (g) CaSOCaSO44(s) (s) ทท 20 20 KK

ปฏกรยานเกดขนเองทปฏกรยานเกดขนเองท 2300 2300 K K หรอไมหรอไม ถาไมถาไม จะเกดไดดวยเงอนไขใดจะเกดไดดวยเงอนไขใด

ΔΔG > 0 G > 0 ดงนนปฏกรยานเกดขนเองไมไดทอณหภมดงนนปฏกรยานเกดขนเองไมไดทอณหภม 2300 2300 KK

( ) ( )[ ] molJ4

K molJ

molJ5

K molJ

34

molkJ

34

10562.1 6.189K 2200 10015.4

6.189 6.2567.397.106

)()()(

5.401 7.3955.6357.1432

)()()(

×=−×−×−=Δ−Δ=Δ

−=−−=

−−=Δ

−=++−=

Δ−Δ−Δ=Δ

Δ−Δ=Δ

ooo

oooo

oooo

ooo

STHG

SOSCaOSCaSOSS

SOHCaOHCaSOHHSTHG

fff

88

ปฏกรยาเกดเองไดเมอปฏกรยาเกดเองไดเมอ ΔΔG < 0G < 0

คาคา ΔΔG G ขนกบอณหภมขนกบอณหภม ((คาคา ΔΔH H และและ ΔΔS S อาจประมาณใหเปนอาจประมาณใหเปน

คาคงทไดคาคงทได)) ดงนนเราตองหาคาดงนนเราตองหาคา T T ททาใหททาให ΔΔG G นอยกวาศนยนอยกวาศนย

ทอณหภมตากวาทอณหภมตากวา 2118 2118 K K คาคา ΔΔG G จะนอยกวาศนยจะนอยกวาศนย ปฏกรยาจงเกดปฏกรยาจงเกด

เองไดเองได

( ) ( )[ ]

K 10118.2 6.189

10015.4

0 6.189 10015.40

3

K molJ

molJ5

K molJ

molJ5

×=×

<

<−×−×−=Δ

<Δ−Δ=Δ

T

TGSTHG

o

ooo

89

System

ΔΔwealth =wealth = ++ ΔΔwealth =wealth = ––

Environment

Δwealth = เงน + สงกอสราง

11stst LawLaw

90

Water Capacity & Water TransferWater Capacity & Water Transfer

equilibriumΔh

hA

hB

ปรมาณนา ≡ ความรอน

ความสงของระดบนา ≡ อณหภม

ความกวางของถง ≡ ความจความรอน

• การถายเทนาจะเกดเมอนามระดบตางกน

• การถายเทความรอนจะเกดขนเมออณหภมตางกน

91

การหาความรอนของปฏกรยาในการหาความรอนของปฏกรยาใน Calorimeter Calorimeter