![Page 1: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/1.jpg)
ThermodynamicsThermodynamics letslets usus predictpredictwhetherwhether a a processprocess will will occuroccur butbutgivesgives no no informationinformation aboutabout thetheamountamount ofof time time requiredrequired for for thetheprocessprocess..
Kiedy przebiegają reakcje?Kiedy przebiegają reakcje?
![Page 2: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/2.jpg)
TermodynamikaTermodynamika
ener
gia
postęp reakcji
substraty
produkty
dziedzina termodynamikistan końcowy i początkowy
dziedzina kinetykiścieżka reakcji
Czy? Dlaczego?Czy? Dlaczego?
Jak?Jak?
![Page 3: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/3.jpg)
Procesy samorzutneProcesy samorzutne
![Page 4: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/4.jpg)
Procesy samorzutneProcesy samorzutne
![Page 5: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/5.jpg)
CHCH4(g)4(g) + 2O+ 2O2(g)2(g) →→
substratysubstraty
egzotermicznaegzotermiczna COCO2(g) 2(g) + 2H+ 2H22OO(g)(g)++890 890 kJkJproduktyprodukty
kł d k j
∆Ep
Energia potencjalna elektronów w
w
iązaniach
Co stało się z energią wydzieloną przez układ?Co stało się z energią wydzieloną przez układ?Jaką formę przybrała energia?Jaką formę przybrała energia?Jaki jest kierunek jej przepływu?Jaki jest kierunek jej przepływu?
Prawo zachowania energiiPrawo zachowania energii
![Page 6: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/6.jpg)
Procesy samorzutneProcesy samorzutne
?
Film2_NH3+HCl.MOVFilm2_NH3+HCl.MOV
? ??
![Page 7: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/7.jpg)
EntropiaEntropia
rozważmy• Na ile sposobów można ułożyć cztery
cząsteczki w dwóch naczyniach?• Jakie jest prawdopodobieństwo, że w
naczyniu I znajdzie się określona liczna cząsteczek?
• Ile stanów mikro odpowiada jednemu stanowi makro?
3 stany makroI II
prawdopodobieństwoprawdopodobieństwoJak mierzyć nieuporządkowanie?Jak mierzyć nieuporządkowanie?
![Page 8: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/8.jpg)
EntropiaEntropiaEntropia
A DB C
A DB C
A DB C
ADB
C
AD
BC
ADB
C
A DB C
AD B
C
AD
BC
ADB
C
ADB C
AD B
C
stany mikrostany makro
Jak mierzyć nieuporządkowanie?Jak mierzyć nieuporządkowanie?
![Page 9: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/9.jpg)
EntropiaEntropiaEntropia
Prawdopodobieństwo znalezienia wszystkich cząsteczek w I naczyniu
1
2
4
10
n
PrawdopodobieństwoZnalezienia cz. W lewym zbiorniku
Liczba cząsteczek
21
161
21
21
21
21
21 4
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=⋅⋅⋅
41
21
21
21 2
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=⋅
10241
21 10
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
n
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
21
Wniosek:Wniosek:
proces nie jest samorzutnyproces nie jest samorzutny
?? ???
Jak mierzyć nieuporządkowanie?Jak mierzyć nieuporządkowanie?
![Page 10: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/10.jpg)
EntropiaEntropia
miara nieuporządkowania
1. Jak mierzyć nieuporządkowanie?2. Który stan jest najbardziej prawdopodobny?
Po co nowa funkcja?Po co nowa funkcja?
?? ??
![Page 11: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/11.jpg)
III zasada termodynamikiIII zasada termodynamiki
entropia kryształu doskonałego w 0 K wynosi 0
S = kS = k··lnWlnW
k – stała Boltzmanna
W – prawdopodobieństwo termodynamiczne
Jak obliczyć entropię?Jak obliczyć entropię?
![Page 12: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/12.jpg)
EntropiaEntropiaEntropia
rozważmy liczbę stopni swobody translacji
ciało stałe
ciecz
Ss<Sl<<Sg
Jak mierzyć nieuporządkowanie?Jak mierzyć nieuporządkowanie?
Wniosek:Wniosek:
![Page 13: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/13.jpg)
II zasada termodynamikiII zasada termodynamiki
Jeżeli proces jest samorzutny to całkowita entropia Stot musi rosnąć
∆Stot > 0
Co to jest układ + otoczenie?Co to jest układ + otoczenie?Jaką formę końcową przybiera energia?Jaką formę końcową przybiera energia?
![Page 14: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/14.jpg)
∆Stot > O
II zasada termodynamikiII zasada termodynamiki
entropia całkowita = entropia układu + entropia otoczenia
Stot = Su + Sot
∆Stot = ∆Su + ∆Sot >0
![Page 15: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/15.jpg)
II zasada termodynamikiII zasada termodynamiki
H2O(c) → H2O(g)
2525ooCC 100100ooCC
1 mol1 mol 1 mol1 mol
1 mol 1 mol →→ 18 g 18 g →→ 18 cm18 cm33 1 mol 1 mol →→ 18 g 18 g →→ V=?V=?
3
2
031.003059.0
101300
37331.81
m
mN
NmPaJ
Pa
KKmol
Jmol
pnRTV
==≈=
=⋅
⋅⋅
==
UkładUkładVV11<V<V22 l. współrzędnych cząsteczek większal. współrzędnych cząsteczek większa∆∆SSuu>O>O
OtoczenieOtoczenieoddaje ciepoddaje ciepłło Qo Qenergia kinetyczna czenergia kinetyczna cząąsteczek malejesteczek maleje∆∆SSotot<O<O
11 22
Przykład 1Przykład 1
![Page 16: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/16.jpg)
II zasada termodynamikiII zasada termodynamiki
układukład
∆H<0 QQ
∆Sot>0
układukład
∆H>0 QQ
∆Sot<0
otoczenieotoczenieotoczenieotoczenie
TQSH ot =∆⇒<∆ 0
TQSH ot −=∆⇒>∆ 0
THSot
∆−=∆
![Page 17: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/17.jpg)
II zasada termodynamikiII zasada termodynamiki
dla T=const i p=const
∆G = ∆H - T∆S < 0
G = H - TS
Jak wyrazić II zasadę z punktu widzenia układu?
Jak przewidywać samorzutność reakcji?
nowa funkcja energii nowa funkcja energii –– entalpia swobodnaentalpia swobodna
![Page 18: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/18.jpg)
∆Stot > O samorzutność
∆Stot = ∆Sot + ∆Su >0
II zasada termodynamikiII zasada termodynamiki
Proces samorzutny gdy Proces samorzutny gdy ∆∆G<0G<0∆G = ∆H - T∆S < 0
Jak wyrazić II zasadę z punktu widzenia układu?
Jak przewidywać samorzutność reakcji?
![Page 19: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/19.jpg)
II zasada termodynamikiII zasada termodynamiki
ReacjaReacja samorzutna gdy samorzutna gdy ∆∆G<0G<0
Jak wyrazić II zasadę z punktu widzenia układu?
Jak przewidywać samorzutność reakcji?
![Page 20: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/20.jpg)
Wartości ∆H i ∆S (układu) a samorzutność
Wartości ∆H i ∆S (układu) a samorzutność
∆G = ∆H - T∆S
samorzutny
nie samorzutny
![Page 21: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/21.jpg)
Wartości ∆H i ∆S a samorzutnośćWartości ∆H i ∆S a samorzutność
∆H ∆S Reakcja
− + samorzutna dla wszystkich T
+ + samorzutna w wysokich T
− − samorzutna w niskich T
+ − nigdy nie samorzutna
![Page 22: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/22.jpg)
Entalpia swobodna reakcjiEntalpia swobodna reakcji
∆G° = Σnp∆Gf°(produkty) - Σnr ∆Gf°(substraty)
standard free energy change that occurs if reactants in their standard stateare converted to products in their standard state.
Jak liczyć entalpię swobodną reakcji?Jak liczyć entalpię swobodną reakcji?
w warunkach standardowychw warunkach standardowych
![Page 23: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/23.jpg)
Entalpia swobodna reakcjiEntalpia swobodna reakcji
∆G = ∆G° + RT ln(Q)
Q = równoważnik reakcji
aA + bB → cC + dD
ba
dc
BADCQ
00
00
][][][][=
Jak liczyć entalpię swobodną reakcji?Jak liczyć entalpię swobodną reakcji?
![Page 24: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/24.jpg)
CHCH4(g)4(g) + 2O+ 2O2(g)2(g) →→
substratysubstraty
egzotermicznaegzotermiczna COCO2(g) 2(g) + 2H+ 2H22OO(g)(g)++890 890 kJkJproduktyprodukty
kł d k j
∆Ep
Energia potencjalna elektronów w
w
iązaniachEntalpia swobodna reakcjiEntalpia swobodna reakcji
Przykład 2Przykład 2
∆G° = ∆G°(CO2) + 2∆G°(H2O) – [∆G°(CH4) + 2 ∆G°(O2)]-394.359 + 2(-228.572) - [-50.720 + 2(0)]
= -800.783 kJ
W stanie standardowym?W stanie standardowym?
W innych stanach?W innych stanach?
![Page 25: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/25.jpg)
Procesy odwracalne i nieodwracalneProcesy odwracalne i nieodwracalneOdwracalny: kierunek można odwrócić poprzez nieskończenie małą zmianę wartości jednej lub więcej zmiennych stanu termodynamicznego. Procesy odwracalne zachodzą bez żadnej produkcji entropii, tzn. suma entropii układu i otoczenia jest stała
• jeżeli weźmiemy gaz w cylindrze, zauważymy, że kwazistatyczne rozprężanie tego gazu związane jest z wykonaniem pracy i oddaniem ciepła. Jeśli jesteśmy w stanie przywrócić warunki początkowe przez dodanie dokładnie tej samej ilości ciepła, oraz wykonanie tej samej pracy, to gaz w cylindrze możemy sprężyć do warunków początkowych. Można więc powiedzieć, że proces kwasistatyczny jest procesem odwracalnym.• proces odwracalny jest to taki proces, po zajściu którego można przywrócić warunki początkowe tylko przez narzucenie warunku ograniczającego usuniętego na początku procesu.
Procesy zachodzące w przyrodzie są nieodwracalne –(praca pożytkowana jest na ciepło)
![Page 26: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/26.jpg)
Entalpia swobodna – sens fizyczny
Entalpia swobodna – sens fizyczny
A
B
A
B
(a) (b)
C
a) ∆∆GG°° <0, proces zmierza w określonym kierunku
b) Stan równowagi osiągnięty gdy ∆∆GG°° =0
![Page 27: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/27.jpg)
Entalpia swobodna w stanie równowagi
Entalpia swobodna w stanie równowagi
wówczas
K = stała równowagi
A
B
A
B
(a) (b)
C
a) ∆∆GG°° <0, proces zmierza w określonym kierunku
b) Stan równowagi osiągnięty gdy ∆∆GG°° =0
∆∆GG = = 00
∆∆GG°° + + RTRT ln(ln(QQ)=O)=O
∆∆GG°°= = -- RTRT ln(Kln(K))
![Page 28: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/28.jpg)
SamorzutnośćSamorzutność
rozważmy przemianę
H2O(s) → H2O(c)
Kiedy przemian zachodzi samorzutnie?Kiedy ustala się równowaga?
∆S>0 – bo woda ma strukturę mniej uporządkowaną niż lód∆H>0 – bo stopienie lodu wymaga dostarczenia energii
Przykład 3Przykład 3
![Page 29: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/29.jpg)
H2O(s) → H2O(c)
-2.2·1026.25·10322.16.03·1032831006.03·10322.16.03·1032730
+2.2·1025.81·10322.16.03·103263-10
∆Go = ∆Ho - T∆So
(J/mol)T ∆So
(J/mol)∆So
(J/K·mol)∆Ho
(J/mol)T
(K)T
(oC)
O samorzutnoO samorzutnośści decyduje temperatura.ci decyduje temperatura.Do rDo róównowagi dochodzi w wnowagi dochodzi w śściciśśle okrele okreśślonej temperaturzelonej temperaturze∆∆G = G = 0 to 0 to TTtopntopn = = ∆∆H/H/∆∆SStemperaturze topnieniatemperaturze topnienia
Przykład 3Przykład 3
SamorzutnośćSamorzutność∆G = ∆H - T∆S
![Page 30: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/30.jpg)
Jeżeli mamy dane wartości standardowej entalpii swobodnej przemian w temperaturze 25oC (p=1 atm):
C(s)diament + O2(g) → CO2(g) ∆Go = -397 kJ/mol
C(s)grafit + O2(g) → CO2(g) ∆Go = -394 kJ/mol
To oblicz wartość standardowej entalpii swobodnej dla przemiany:
C(s)diament → C(s)
grafit
Przykład 4Przykład 4
SamorzutnośćSamorzutność
![Page 31: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/31.jpg)
Przykład 4Przykład 4
CC(s)(s)diamentdiament + O+ O2(g)2(g) →→ COCO2(g)2(g) ∆∆GGoo = = --397 397 kJkJ/mol/mol
COCO2(g) 2(g) →→ C(s)grafitC(s)grafit + O2(g)+ O2(g) ∆∆GGoo = 394 = 394 kJkJ/mol /x(/mol /x(--1)1)
CC(s)(s)diamentdiament →→ CC(s)(s)
grafitgrafit ∆∆GGoo = = --397 + 394= 397 + 394= --3 3 kJkJ/mol /mol W podanych warunkach diament powinien samorzutnie zamieniaW podanych warunkach diament powinien samorzutnie zamieniaćć sisięę w w grafit. Jednakgrafit. Jednakżże ze wzgle ze wzglęędu na madu na małąłą szybkoszybkośćść reakcji przemiany tej nie reakcji przemiany tej nie obserwujemy. Diament nie jest trwaobserwujemy. Diament nie jest trwałły termodynamicznie, jednak jest y termodynamicznie, jednak jest stabilny kinetycznie.stabilny kinetycznie.
SamorzutnośćSamorzutność
![Page 32: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/32.jpg)
Enthalpy Change, ∆H, and ∆E
Entalpia spalnia n-pentanu, n-C5H12, wynosi: ∆H = -3523 kJ/mol. Oblicz ∆U dla reakcji spalania.
( ) ( ) ( ) ( )C H + 8 O 5 CO + 6 H O5 12 2 g 2 g 2l l→
Przykład 5Przykład 5
![Page 33: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/33.jpg)
Enthalpy Change, ∆H, and ∆E
( ) ( ) ( ) ( )
( )
( )
C H + 8 O 5 CO + 6 H O
T 25 C = 298 Kw = - P V = - n RT n = (5 - 8) mol = - 3 mol
w = -(-3) 8.314 Jmol K
K J = 7.433 kJ
5 12 2 g
mol gas
2 g 2
mol gas
o
l l8 5
298 7433
1 2444 3444 1 2444 3444→
=
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
=
∆ ∆ ∆
![Page 34: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/34.jpg)
Enthalpy Change, ∆H, and ∆E
kJkJkJUVpHU
wqU
3516)433.7(3523 −=−−−=∆∆−∆=∆
+=∆
![Page 35: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/35.jpg)
Entropy, S
• Example 6: Calculate ∆So298 for the reaction
below.
• Changes in S are usually quitesmall compared to ∆E & ∆H.
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
( )[ ]K
kJK
J
KJ
0NO
0NO
0ON
0298
g2g2g
0.1724-or 4.172210.43 - 240.0 7.219
S 3SSS
NO ONNO 3
gg2g2
−=+=
−+=∆
← +→
![Page 36: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/36.jpg)
The TemperatureDependence of Spontaneity
• Example 7: Use thermodynamic data to estimate thenormal boiling point of water.
( ) ( )H O H O
equilibrium at BP G = 0G = H - T S or H = T S
T = HS
2 2 gl ↔
∴ ∆∆ ∆ ∆ ∆ ∆
∆∆
![Page 37: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/37.jpg)
The TemperatureDependence of Spontaneity
[ ]
assum e H @ BP H
H H H
H
H kJ@ 25 C
298o
oH Oo
H Oo
o JK
o o
2 (g) 2 ( )
∆ ∆
∆ ∆ ∆
∆
∆
≈
= −
= − − −
= +
l
241 8 285 8
44 0
. ( . )
.
[ ]
assume S@ BP S
S S S
S
S or - 0.1188
298o
oH Oo
H Oo
o JK
o JK
kJK
2 (g) 2 ( )
∆ ∆
∆
∆
∆
≈
= −
= −
=
l
188 7 69 91
118 8
. .
.
![Page 38: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/38.jpg)
The TemperatureDependence of Spontaneity
T = HS
HS
.0 kJ0.1188
K
370 K- 273 K = 97 C
o
o kJK
o
∆∆
∆∆
≈ = =44 370
![Page 39: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/39.jpg)
Procesy odwracalne i nie odwracalne
Procesy odwracalne i nie odwracalne
Reversible: The universe is exactly the same as itwas before the cyclic process.Irreversible: The universe is different after thecyclic process.All real processes are irreversible -- (some work ischanged to heat).
![Page 40: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/40.jpg)
Wartości ∆S układu i otoczenia a samorzutność
Wartości Wartości ∆∆S układu i otoczenia a S układu i otoczenia a samorzutnośćsamorzutność
Zmiany entropii
Proces samorzutny?
+ + tak− − − nie
+ − ? tak, gdy wartość. ∆Sukljest większa niż ∆Sot
− + ?
∆Sukl ∆Sot ∆Stot
+
tak, gdy wartość∆Sotjest większa niż ∆Sukl
Zmiany entropii
Proces samorzutny?
+ + tak− − − nie
+ − ? tak, gdy wartość. ∆Sukljest większa niż ∆Sot
− + ?
∆Sukl ∆Sot ∆Stot
+
Zmiany entropii
Proces samorzutny?
+ + tak− − − nie
+ − ? tak, gdy wartość. ∆Sukljest większa niż ∆Sot
− + ?
∆Sukl ∆Sot ∆Stot
+
tak, gdy wartość∆Sotjest większa niż ∆Sukl
![Page 41: Kiedy przebiegają reakcje? - Wydział Chemii UJlojewska/Wyklady/wyklady/7.pdf · Termodynamika energia postęp reakcji substraty produkty dziedzina termodynamiki stan końcowy i](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021811/5c98838409d3f21c3a8be35f/html5/thumbnails/41.jpg)
I i II zasada termodynamikiI i II zasada termodynamikiI i II zasada termodynamiki
• I zasada • Zachowania energii
• Energia wewnętrzna• U = const, ∆U = 0
• Jaki jest efekt energetyczny procesu?
• H = U + pV definicja• ∆H = Q i p=const
• II zasada • Wzrostu entropii,
nieuporządkowania• Entropia• ∆Stot > 0
• Kiedy zachodzą procesy?
• ∆S = Qodw/T definicja