Εντροπία...

Καθ. Ι. ΠασπαλιάρηςΕργαστήριο Μεταλλουργίας ΕΜΠΚαθ. Ι. Πασπαλιάρης

Εργαστήριο Μεταλλουργίας ΕΜΠ

ΜάθημαΜάθημα

ΕντροπίαΕλεύθερη Ενέργεια

ΕντροπίαΕλεύθερη Ενέργεια

Εξαγωγική ΜεταλλουργίαΕξαγωγική Μεταλλουργία

Αυθόρμητες χημικές αντιδράσειςΑυθόρμητες χημικές αντιδράσεις

Η αντίδραση οξείδωσης ενός μετάλλου μπορεί να γραφτεί στηγενική της μορφή

2x M(s) + y O2(g) = 2 MxOy

Τα ερωτήματα που τίθενται είναι:

Η οξείδωση του μετάλλου M(s) είναι αυθόρμητη χημικήαντίδραση και κάτω από ποιες συνθήκες;Δηλαδή αν αφήσω το μέταλλο στο περιβάλλον αυτό θαμετατραπεί σε οξείδιο ή όχι; Αν η οξείδωση δεν γίνεται σε θερμοκρασία περιβάλλοντοςσε τι συνθήκες μπορεί να συμβεί;


Αν υποθέσουμε ότι θέλω να χρησιμοποιήσω τηναντίστροφη διαδικασία, δηλαδή να παράγω ένα μέταλλο μεθερμική διάσπαση του οξειδίου του, μπορώ να καταλάβωαν αυτό είναι εφικτό;

2 MxOy (s) = 2x M(l) + y O2(g)

Είναι η παραπάνω αντίδραση εφικτή και κάτω από ποιεςσυνθήκες;Γενικά, μπορώ να προβλέψω αν πότε κάποια χημικήαντίδραση μπορεί να συμβεί ή όχι;


Οι χημικέςαντιδράσεις πουσυμβαίνουν στηνυψικάμινο φαίνονταιστο διπλανό σχήμα.

Πώς μπορώ ναπροβλέψω σε ποιαθερμοκρασία μπορείνα συμβεί η κάθε μιαγια να είναι εφικτήη μετατροπή τωνοξειδίων πουσιδήρου σε σίδηρο;

Επομένως, είναι ιδιαίτερα σημαντικό να μπορούμε ναπροβλέψουμε αν μία χημική αντίδραση μπορεί να συμβεί ήόχι, και κάτω από ποιες συνθήκες μπορεί να συμβεί.Μια χημική αντίδραση που συμβαίνει κάτω από ορισμένεςσυνθήκες ονομάζεται αυθόρμητη χημική αντίδραση.Μια χημική αντίδραση που δεν συμβαίνει κάτω απόορισμένες συνθήκες ονομάζεται μη-αυθόρμητη χημικήαντίδραση.

Εντροπία και αυθόρμητες χημικές αντιδράσειςΕντροπία και αυθόρμητες χημικές αντιδράσεις

Εντροπία και αυθόρμητες χημικές αντιδράσειςΕντροπία και αυθόρμητες χημικές αντιδράσεις

• Μια αυθόρμητη χημική αντίδραση μετατοπίζει πάντα τααντιδρώντα στην κατεύθυνση της ισορροπίας

• Η ταχύτητα της αντίδρασης δεν εξαρτάται από το εάν είναιαυθόρμητη ή όχι.

Ελεύθερη ενέργεια G Ελεύθερη ενέργεια G

Για να μπορέσουμε να προβλέψουμε αν μια χημικήαντίδραση μπορεί να συμβεί σε κάποια

θερμοκρασία ή όχι πρέπει να υπολογίσουμε έναθερμοδυναμικό μέγεθος που ονομάζεταιελεύθερη ενέργεια ή ελεύθερη ενθαλπία.

H μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας είναισυνάρτηση της μεταβολής της ενθαλπίας και της

εντροπίας της χημικής αντίδρασης.

ΔGT = ΔHT - TΔST

Τι αντιπροσωπεύει η εντροπίαΤι αντιπροσωπεύει η εντροπία

Η εντροπία (S) είναι το μέτρο της τάξης ή τηςαταξίας ενός συστήματος.Μεγαλύτερη αταξία σημαίνει μεγαλύτερηεντροπίαΗ φύση τείνει σε καταστάσεις μεγαλύτερηςεντροπίας

Εντροπία στερεής, υγρής και αέριας φάσηςΕντροπία στερεής, υγρής και αέριας φάσης

Ssolid < Sliquid < Sgas

H πρότυπη εντροπία Sο ενός σώματος είναι ηεντροπία σε Θερμοκρασία 25 οC και πίεση 1 atm Η μεταβολή της εντροπίας είναι ΔS = S2 – S1

Εντροπία και αταξίαΕντροπία και αταξία

• H διάσπαση του μορίου Ν2Ο4 σε δύο μόρια ΝΟ2 οδηγείσε αύξηση της εντροπίας του συστήματος

• H διάλυση του μορίου ΝaCl σε νερό Η2Ο οδηγεί σε αύξησητης εντροπίας

Εντροπία και αταξίαΕντροπία και αταξία

Μεταβολή της εντροπίας με τη θερμοκρασίαΜεταβολή της εντροπίας με τη θερμοκρασία

H εντροπία μιας τέλειακρυσταλλωμένηςουσίας στους 0 Κ είναιμηδένΗ εντροπία αυξάνει μετη θερμοκρασίαΣτο σημεία τήξης καιστο σημείο βρασμούυπάρχει μια βηματικήαύξηση στην εντροπία

Πρότυπη Εντροπία χημικών ενώσεωνΠρότυπη Εντροπία χημικών ενώσεων

Γιατί η πρότυπηεντροπία των

χημικών στοιχείωνδεν είναι μηδένενώ η πρότυπηενθαλπία τουςείναι μηδέν

Πρότυπη Εντροπία χημικών ενώσεωνΠρότυπη Εντροπία χημικών ενώσεων

Γιατί η πρότυπηεντροπία διαμαντιούείναι μικρότερη από

του γραφίτη

Πρότυπη Εντροπία χημικών ενώσεων 07Πρότυπη Εντροπία χημικών ενώσεων 07

Μπορείτε να προβλέψετε τη μεταβολή (αύξηση ή μείωση) τηςεντροπίας των παρακάτω χημικών αντιδράσεων

Η πρότυπη ΔSο για μια χημική αντίδραση υπολογίζεταιαπό τη σχέση

Υπολογισμός της Πρότυπης ΕντροπίαςΧημικών ΑντιδράσεωνΥπολογισμός της Πρότυπης ΕντροπίαςΧημικών Αντιδράσεων

Πρότυπη Εντροπία χημικών αντιδράσεωνΠρότυπη Εντροπία χημικών αντιδράσεων

Με βάση τους πίνακες υπολογίστε την μεταβολή τηςπρότυπης εντροπίας των χημικών αντιδράσεων

Μεταβολή της Εντροπίας Χημικής Ένωσης σε θερμοκρασίαδιαφορετική της πρότυπηςΜεταβολή της Εντροπίας Χημικής Ένωσης σε θερμοκρασίαδιαφορετική της πρότυπης

Re

Re

1 2f

f

Tm T

T T pC m pCTm

dT dTS S c S cT TΤ

= + Δ + Δ + Δ∫ ∫

Μεταβολή εντροπίας σεπρότυπες συνθήκες

Μεταβολή εντροπίαςαπό πρότυπες

συνθήκες μέχρι σημείοτήξης

Μεταβολή εντροπίαςκατά την τήξη

Μεταβολή εντροπίαςαπό σημείο τήξης

μέχρι θερμοκρασία Τ

Μεταβολή της Εντροπίας Χημικής Αντίδρασης σεθερμοκρασία διαφορετική της πρότυπηςΜεταβολή της Εντροπίας Χημικής Αντίδρασης σεθερμοκρασία διαφορετική της πρότυπης

Re Re

Re Re Re

R

Re

R

Re

e Re

Re Re

e R

( ) ( ) ( ) (

( ) (

) ( )

( ) ( ) ( )

)

(

) (

)

)

(

f f f f f

f

f

f

f

f f

f

TT T TT T

T T T T T

T T TT T T

TT T

S

aA

S R c S C d S D a S

bB cC dD

S ό c S C d S D

S ώ a S

R S R ώ

A b S

S

B

S όπ

προι ντων

αντιδρ ν

ροι ντων αντιδρ ντων

των

⎡ ⎤ ⎡ ⎤Δ = Δ + Δ − Δ + Δ⎣ ⎦

Δ = Δ + Δ −Δ

+ = +

⎡ ⎤Δ = Δ + Δ⎣ ⎦

Δ = Δ

⎣ ⎦

Re

e

e Re

R

1 2

( ) ( )f f

f

f

Tm TTT

pC

T TT

m pCTm

dT dTS

A b S B

S c S cT TΤ

Δ = Δ +

⎡ ⎤+ Δ⎣ ⎦

Δ + Δ + Δ∫ ∫

Μεταβολή της Εντροπίας Χημικής Αντίδρασης σεθερμοκρασία διαφορετική της πρότυπηςΜεταβολή της Εντροπίας Χημικής Αντίδρασης σεθερμοκρασία διαφορετική της πρότυπης

Re Re

Re Re Re

R

Re

R

Re

e Re

Re Re

e R

( ) ( ) ( ) (

( ) (

) ( )

( ) ( ) ( )

)

(

) (

)

)

(

f f f f f

f

f

f

f

f f

f

TT T TT T

T T T T T

T T TT T T

TT T

S

aA

S R c S C d S D a S

bB cC dD

S ό c S C d S D

S ώ a S

R S R ώ

A b S

S

B

S όπ

προι ντων

αντιδρ ν

ροι ντων αντιδρ ντων

των

⎡ ⎤ ⎡ ⎤Δ = Δ + Δ − Δ + Δ⎣ ⎦

Δ = Δ + Δ −Δ

+ = +

⎡ ⎤Δ = Δ + Δ⎣ ⎦

Δ = Δ

⎣ ⎦

e Re

Re

1 2

Re

Re 1

Re

2 2

2 2Re Re

Re Re

1 1 1ln( ) ( ) (( ) ( )

( ) (

2

)

2

f f

f

f

f

f

Tm TTT

pC m pCTm

p

TmT m

T pC m f

T TT

m ff m f

mm

m

dT dTS S c S cT T

c a bT cT dT

TdT cS c a b T

A b S B

TT

HST

Τ

−

Τ

Δ = Δ + Δ +

⎡ ⎤

Δ + Δ

= + + +

Δ = Δ = + −Τ + −Τ − −

+ Δ⎣ ⎦

Τ Τ Τ

ΔΔ =

∫ ∫

∫

Υπολογισμός Μεταβολής ΕντροπίαςΥπολογισμός Μεταβολής Εντροπίας

Re 1

Re

2 2

2 2Re Re

Re Re

1 1 1ln( ) ( ) (( ) ( )2 2f

f

p

TmT m

T pC m f m ff m f

mm

m

c a bT cT dT

TdT cS c a b T TT

HST

−

Τ

= + + +

Δ = Δ = + −Τ + −Τ − −Τ Τ Τ

ΔΔ =

∫

Μεταβολή Εντροπίας Pb στους 1000 ΚΜεταβολή Εντροπίας Pb στους 1000 Κ

Re

Re

1 2f

f

Tm TTT

pC m pCTm

dT dTS S c S cT TΤ

= + Δ + Δ + Δ∫ ∫

200 400 600 800 1000

15

20

25

30Entropy of Pb

Temperature, K

Entro

py, c

al /

K m

ol25.964

14

ΔS ReftoT T( )

4.182

1 103

×273 T

mm

m

HSTΔ

Δ =

Μεταβολή Εντροπίας Pb στους 1000 ΚΜεταβολή Εντροπίας Pb στους 1000 Κ

200 400 600 800 1000

15

20

25

30Entropy of Pb

Temperature, K

Entro

py, c

al /

K m

ol

25.964

14

ΔS ReftoT T( )

4.182

1 103

×273 T

Pb LeadT Cp H SK cal/(mol*K) kcal/mol cal/(mol*K)

273 6,31 -0,159 14,929373 6,574 0,484 16,936473 6,817 1,154 18,526573 7,046 1,847 19,855673 7,265 3,721 22,933773 7,186 4,443 23,934873 7,109 5,158 24,803973 7,038 5,865 25,57

1000 7,02 6,055 25,763

Μεταβολή εντροπίαςόπως προκύπτει από

πίνακες τουπρογράμματος HSC

Ελεύθερη Ενέργεια χημικής αντίδρασηςΕλεύθερη Ενέργεια χημικής αντίδρασης

Re

Re

Re

Re

1 2

1 2

f

f

f

f

Tm TTT

pC m pCTm

Tm TTT

pC m pCTm

H H c dT H c dT

dT dTS S c S cT T

Τ

Τ

Δ = Δ + Δ + Δ + Δ

Δ = Δ + Δ + Δ + Δ

∫ ∫

∫ ∫

ΔGT = ΔHT – TΔST

Το δεύτερο θερμοδυναμικό αξίωμαΤο δεύτερο θερμοδυναμικό αξίωμα

Σε μια αυθόρμητη διεργασία η συνολική εντροπία συστήματος καιπεριβάλλοντος αυξάνει ενώ σε μια διεργασία σε ισορροπίαπαραμένει σταθερή

Για τον υπολογισμό του ΔStotal πρέπει να γνωρίζουμε το ΔSsur και τοΔSsys


Η μεταβολή της εντροπίας του περιβάλλοντος ΔSsur υπολογίζεταιαπό τη σχέση


Για να είναι μια διεργασία αυθόρμητη πρέπειΔStotal = ΔSsur + ΔSsys > 0

TΔStotal = TΔSsur + TΔSsys > 0

TΔStotal = -ΔHsys + TΔSsys > 0TΔStotal = ΔHsys - TΔSsys < 0

ΔSsur = - ΔHsys / Τ

Ελεύθερη ενέργειαΕλεύθερη ενέργεια

Eπομένως για να είναι μια διεργασία αυθόρμητη πρέπει

TΔStotal = ΔHsys - TΔSsys < 0

Το μέγεθος TΔStotal ονομάζεταιμεταβολή της

Ελεύθερης Ενέργειας και συμβολίζεται με ΔG

Ελεύθερη Ενέργεια και εξέλιξη χημικών αντιδράσεωνΕλεύθερη Ενέργεια και εξέλιξη χημικών αντιδράσεων

ΔG = ΔHsys - TΔSsys

Aν ΔG < 0 τότε η χημική αντίδραση είναι αυθόρμητηπρος τα δεξιά

Aν ΔG > 0 τότε η χημική αντίδραση είναι αυθόρμητηπρος τα αριστερά

Aν ΔG = 0 τότε η χημική αντίδραση είναι σε ισορροπία

aA + bB = cC + dD

Αντιδρώντα Προϊόντα

ΔεξιάΑριστερά


Μεταλλικός σίδηρος μπορεί να παραχθεί με την αναγωγή τουαιματίτη με υδρογόνο σύμφωνα με την αντίδραση

Είναι η αναγωγή του αιματίτη αυθόρμητη χημική αντίδρασησε κανονικές συνθήκες;

ΔG = ΔH – TΔS = 98.9 kJ – 298 K x 141.5 kJ/K = 56.73 kJ > 0

Συνεπώς η αναγωγή του αιματίτη δεν είναι αυθόρμητη σεκανονικές συνθήκες δηλαδή δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί

Σε ποια θερμοκρασία μπορεί άραγε να πραγματοποιηθεί;


Μεταλλικός σίδηρος μπορεί να παραχθεί με την αναγωγή τουαιματίτη με υδρογόνο σύμφωνα με την αντίδραση

ΔGT = ΔHT – TΔST > 0 => T > ΔHT / ΔST

Σε ποια θερμοκρασία άραγε μπορεί να πραγματοποιηθεί ηαναγωγή του αιματίτη σε μεταλλικό σίδηρο;

Συνεπώς για να απαντήσουμε πρέπει να μπορούμε ναπροσδιορίσουμε το ΔΗΤ και το ΔST


Re

Re

Re

Re

1 2

1 2

f

f

f

f

Tm TTT

pC m pCTm

Tm TTT

pC m pCTm

H H c dT H c dT

dT dTS S c S cT T

Τ

Τ

Δ = Δ + Δ + Δ + Δ

Δ = Δ + Δ + Δ + Δ

∫ ∫

∫ ∫

ΔGT = ΔHT – TΔST


T deltaH deltaS deltaGK kcal cal/K kcal

273 -13,075 -68,998 5,762473 -4,897 -42,561 15,234673 1,991 -30,748 22,684873 10,875 -19,183 27,623

1073 20,644 -9,162 30,4751273 30,568 -0,665 31,4151473 39,418 5,792 30,8861673 48,659 11,652 29,1651873 64,132 20,309 26,0932073 72,604 24,607 21,5932273 80,983 28,466 16,2792473 89,273 31,962 10,2312673 97,477 35,152 3,5152873 105,6 38,083 -3,8133000 110,718 39,826 -8,761

Fe2O3 + 3H2(g) = 2 Fe + 3H2O

ΔG < 0 Συνεπώς αυτή είναι η

θερμοκρασία έναρξης τηςαντίδρασης

Πρότυπη Ελεύθερη Ενέργεια χημικής αντίδρασηςΠρότυπη Ελεύθερη Ενέργεια χημικής αντίδρασης

Πρότυπη ελεύθερη ενέργεια μιας χημικής αντίδρασης ΔGο, είναι ηελεύθερη ενέργεια της χημικής αντίδρασης σε πρότυπες συνθήκεςκαι υπολογίζεται από την πρότυπη ελεύθερη ενέργεια τωναντιδρώντων και των προϊόντων από τη σχέση


Με βάση τα δεδομένα των πινάκων υπολογίστε τη μεταβολή τηςελεύθερης ενέργειας των παρακάτω αντιδράσεων και βρείτε αν είναιαυθόρμητες ή όχι

Ελεύθερη Ενέργεια και ισορροπία χημικής αντίδρασηςΕλεύθερη Ενέργεια και ισορροπία χημικής αντίδρασης

Η πρότυπη ελεύθερη ενέργεια ΔGo μας πληροφορεί ανμια χημική αντίδραση συμβαίνει αυθόρμητα προς ταδεξιά ή προς τα αριστερά, όταν τα αντιδρώντα και ταπροϊόντα της χημικής αντίδρασης βρίσκονται σεπρότυπες συνθήκες


Σε μη πρότυπες συνθήκες η ελεύθερη ενέργεια ΔGT τηςχημικής αντίδρασης συνδέεται με την πρότυπη ελεύθερηενέργεια ΔGo

ΔGT = ΔGo + RTlnQΌπου Q είναι ο λόγος του γινομένου των συγκεντρώσεωντων προϊόντων προς τα αντιδρώντα μιάς χημικήςαντίδρασηςΣτην ισορροπία το Q είναι ίσο με τη σταθερά ισορροπίας Κ


Eάν λοιπόν η ελεύθερη ενέργεια ΔGT μιας χημικής αντίδρασης είναι :

ΔGT = ΔGo + RTlnQ < 0 τότε η αντίδραση είναι αυθόρμητη προς τα δεξιάΔGT = ΔGo + RTlnQ > 0 τότε η αντίδραση είναι αυθόρμητη προς τααριστεράΔGT = ΔGo + RTlnQ = 0 τότε η αντίδραση είναι στην ισορροπία


Αν η πρότυπη ελεύθερη ενέργεια ΔGο μιας χημικής αντίδρασης έχειπολύ υψηλή αρνητική τιμή τότε η παράσταση RTlnQ δεν θα αποκτήσειαρκετά θετικη τιμή για να την αντισταθμίσει παρά μονο αν σχηματιστείαρκετή ποσότητα προιόντωνΟμοίωςΑν η πρότυπη ελεύθερη ενέργεια ΔGο μιας χημικής αντίδρασης έχειπολύ υψηλή θετική τιμή τότε η παράσταση RTlnQ θα αποκτήσει αρκετάαρνητική τιμή για να την αντισταθμίσει όταν σχηματιστεί μια μικρήποσότητα προιόντων

Ας θυμηθούμε τη συνάρτηση του λογαρίθμουΑς θυμηθούμε τη συνάρτηση του λογαρίθμου

ΔGT = ΔGo + RTlnQe = 2.718ln(e) = 1

Για x<1 ln(x) < 0Για x=1 ln(x) = 0Για x>1 ln(x) > 0

0 2 4 6 8 105

3

1

1

3

55

3.912−

ln x( )

100.02 x


aA bB cC dD+ = +

Στην ισορροπία υπάρχει μια σχέση που συνδέει τιςσυγκεντρώσεις των αντιδρώντων και των προϊόντων γνωστή καιως νόμος δράσης των μαζών

Το Κ ονομάζεται σταθερά ισορροπίας είναι ανεξάρτητο από τιςσυγκεντρώσεις και εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία

[ ] [ ][ ] [ ]

c d

a b

C Dk

A B=


aA bB cC dD+ = +

ΔGo lnk kΔGo< 0 lnk > 0 k > 1 Tο μίγμα ισορροπίας αποτελείται κυρίως από προιόνταΔGo > 0 lnk < 0 k < 1 Tο μίγμα ισορροπίας αποτελείται κυρίως από αντιδρώντα

ΔGo = 0 lnk = 0 k = 0Tο μίγμα ισορροπίας έχει ανάλογες ποσότητες από αντιδρώντα και προιόντα

[ ] [ ][ ] [ ]

c d

a b

C Dk

A B=


ΔGo lnk kΔGo< 0 lnk > 0 k > 1 Tο μίγμα ισορροπίας αποτελείται κυρίως από προιόνταΔGo > 0 lnk < 0 k < 1 Tο μίγμα ισορροπίας αποτελείται κυρίως από αντιδρώντα

ΔGo = 0 lnk = 0 k = 0Tο μίγμα ισορροπίας έχει ανάλογες ποσότητες από αντιδρώντα και προιόντα

T deltaH deltaS deltaG K Log(K)K kcal cal/K kcal

273 -13,075 -68,998 5,762 2,44E-05 -4,613473 -4,897 -42,561 15,234 9,13E-08 -7,04673 1,991 -30,748 22,684 4,29E-08 -7,367873 10,875 -19,183 27,623 1,21E-07 -6,916

1073 20,644 -9,162 30,475 6,20E-07 -6,2081273 30,568 -0,665 31,415 4,04E-06 -5,3941473 39,418 5,792 30,886 2,61E-05 -4,5831673 48,659 11,652 29,165 1,55E-04 -3,811873 64,132 20,309 26,093 9,02E-04 -3,0452073 72,604 24,607 21,593 5,29E-03 -2,2772273 80,983 28,466 16,279 2,72E-02 -1,5652473 89,273 31,962 10,231 1,25E-01 -0,9042673 97,477 35,152 3,515 5,16E-01 -0,2872873 105,6 38,083 -3,813 1,95E+00 0,293000 110,718 39,826 -8,761 4,35E+00 0,638

Fe2O3 + 3H2(g) = 2 Fe + 3H2O

ΔG < 0, k > 1


Στην ισορροπία η ελεύθερη ενέργεια ΔGT μιας χημικής αντίδρασης είναιμηδέν, δηλαδή:

ΔGT = ΔGo + RTlnk = 0 ΔGo = - RTlnk

lnk= - ΔGo / RTk= exp(- ΔGo / RT)

Ισορροπία χημικών αντιδράσεων 07Ισορροπία χημικών αντιδράσεων 07

Ισορροπία αμφίδρομων χημικών αντιδράσεων


Οι συγκεντρώσεις των προϊόντων και των αντιδρώντωναλλάζουν με το χρόνο μέχρι να φθάσουν στην ισορροπία


Στην ισορροπία υπάρχει μια σχέση που συνδέει τιςσυγκεντρώσεις των αντιδρώντων και των προϊόντων γνωστή καιως νόμος δράσης των μαζών

Το Κ ονομάζεται σταθερά ισορροπίας είναι ανεξάρτητο από τιςσυγκεντρώσεις και εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία


Οι ποσότητες των συστατικών στο νόμο δράσης τωνμαζών μπορεί να είναι εκφρασμένες είτε σανσυγκέντρωση είτε σαν μερική πίεση αν είναι αέρια

Ισορροπία ετερογενών χημικών αντιδράσεωνΙσορροπία ετερογενών χημικών αντιδράσεων

Όταν σε μια χημική αντίδραση συμμετέχουν στερεά ή υγρά οισυγκεντρώσεις τους δεν μεταβάλλονται και για αυτό θεωρούνταιότι είναι ίσες με την μονάδα

CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)K = pCO2

Γιατί το CaCO3(s) και το CaO(s) είναιστερεά

Ισορροπία ετερογενών χημικών αντιδράσεωνΙσορροπία ετερογενών χημικών αντιδράσεων

CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)K = pCO2

Ισορροπία αμφίδρομων χημικών αντιδράσεωνΙσορροπία αμφίδρομων χημικών αντιδράσεων

Μπορούμε να διατυπώσουμε τις ακόλουθες γενικές παρατηρήσειςσε σχέση με τη σταθερά ισορροπίας μιας χημικής αντίδρασης

Κc > 103 τότε τα προϊόντα κυριαρχούν έναντι των αντιδρώντων10-3 < Κc < 103 τότε τα προϊόντα και αντιδρώντα υπάρχουν σεαξιόλογες ποσότητεςΚc < 10-3 τότε τα αντιδρώντα κυριαρχούν έναντι των αντιδρώντων


H σταθερά Qc χημικής αντίδρασης η οποία είναι ανάλογητης σταθερά ισορροπίας αλλά υπολογίζεταιαντικαθιστώντας τις αρχικές συγκεντρώσεις αντιδρώντωνκαι προϊόντων στη σταθερά ισορροπίας μας χρησιμεύεινα προβλέψουμε την κατεύθυνση μιας αντίδρασης

Qc > Κc τότε η αντίδραση προχωρά στο σχηματισμόαντιδρώντωνQc = Κc τότε η αντίδραση είναι σε ισορροπίαQc < Κc τότε η αντίδραση προχωρά στο σχηματισμόπροϊόντων

Η αρχή του Le Chatelier 07Η αρχή του Le Chatelier 07

`Εάν μια εξωτερική μεταβολή επιβληθεί σε ένα σύστημαπου βρίσκεται σε ισορροπία τότε το σύστημα θα κινηθεί

στην κατεύθυνση που να εξισορροπήσει αυτή τηνμεταβολή

Αρχή του Le Chatelier, επίδραση συγκέντρωσηςΑρχή του Le Chatelier, επίδραση συγκέντρωσης

Μεταβολή στη συγκέντρωσηΗ αύξηση της συγκέντρωσης ενός αντιδρώντος ή προϊόντοςμε την προσθήκη του σε μια χημική αντίδραση σε ισορροπίαεξισορροπείται με την κατανάλωση τους

Η μείωση της συγκέντρωσης ενός αντιδρώντος ή προϊόντοςμε την απομάκρυνση τους από μια χημική αντίδραση σεισορροπία εξισορροπείται με την παραγωγή τους από τηχημική αντίδραση


Σύνθεση ΑμμωνίαςΗ σύνθεση της αμμωνίας γίνεται με τη χημική

αντίδραση

N2(g) + 3 H2(g) = 2 NH3(g) k = 0.291 700 K

Τι θα συμβεί αν αυξήσω την συγκέντρωση τουαζώτου;

Η αρχή του Le ChatelierΗ αρχή του Le Chatelier

N2(g) + 3 H2(g) = 2 NH3(g) k = 0.291 700 K

Σταθερά Ισορροπίας k = 0,291Αρχική Συγκεντωση, Ν2 Ν2in = 0,500Αρχική Συγκεντωση, Η2 H2in = 3,000Αρχική Συγκεντωση, ΝΗ3 NH3in = 1,980

Μεταβολή Συγκεντωσης, Ν2 Ν2Co = 1,500

Κατανάλωση, Ν2 x = 0,187 guessΚατανάλωση,H2 3 x = 0,562Κατανάλωση, NH3 2 x = 0,375

Τελική Συγκεντωση, Ν2 Ν2f = Ν2in - x = 1,313Τελική Συγκεντωση, Η2 H2f = H2in - 3x = 2,438Τελική Συγκεντωση, ΝΗ3 NH3f = NH3in - 2x = 2,355

Σταθερά Ισορροπίας k = (NH3f)2 / Ν2f H2f

3= 0,291


Αύξηση CN2 σε 1.5 Μ

Μείωση CΗ2 σε 1.3 Μ

Αύξηση CNΗ3 σε 2.3 Μ

Η αρχή του Le ChatelierΗ αρχή του Le Chatelier

Η αντίδραση αναγωγής του οξειδίου του σιδήρου στηνυψικάμινο με CO (g) περιγράφεται από την αντίδραση

Fe2O3(s) + 2 CO(g) = 2 Fe(l) + 3 CO2(g)

Τι θα συμβεί στο μίγμα ισορροπίας ανα) προσθέσω Fe2O3(s)β) Απομακρύνω CO2(g)γ) Απομακρύνω CO(g)

Η αρχή του Le Chatelier, επίδραση της πίεσηςΗ αρχή του Le Chatelier, επίδραση της πίεσης

Μεταβολή στην πίεση

Η μεταβολή της πίεσης επιδρά μόνο στις αντιδράσεις στις οποίεςσυμμετέχουν αέρια και αυτό γιατί η μεταβολή της πίεσης μεταβάλλειτον όγκο τους και συνεπώς τη συγκέντρωσή τους

Αύξηση πίεσης ===> Μείωση όγκου ===> Αύξηση συγκέντρωσης

P V = n R TC = n/V = P/RT


Τι συνέπειες έχει η μείωση του όγκου στο μισό;


Τι συνέπειες έχει η μείωση του όγκου στο μισό;

( )( )( )

3

2 2

3 3

2 22 2

2

3

2 1 2 12

2

3 3

/ 2 2

2 4 116 42 2

NH

N H

NH NH

N HN H

pk

p p

V V P P

p pQ k

p pp p

=

= ⇒ =

= = =

Η αντίδραση θα κινηθείστην κατεύθυνση

αύξησης της φαινόμενηςσταθεράς ισορροπίας,

συνεπώς θα μειωθούν τααντιδρώντα και θα

αυξηθούν τα προϊόντα


Ποια είναι η αναμενόμενη μεταβολή της αντίδρασης αν οόγκος μειωθεί στο 1/3 Ν2Ο4(g) = 2 NO2(g)

( )( )

2

2 4

2 2

2 42 4

2

2 1 2 12

2

/ 3 3

3 9 333

NO

N O

NO NO

N ON O

pk

p

V V P P

p pQ k

pp

=

= ⇒ =

= = =

Η αντίδραση θα κινηθείστην κατεύθυνση

μείωσης της φαινόμενηςσταθεράς ισορροπίας,

συνεπώς θα αυξηθούν τααντιδρώντα και θα

μειωθούν τα προϊόντα


Ποια είναι η αναμενόμενη μεταβολή των αντιδράσεων αν οόγκος του αντιδρώντος συστήματος μειωθεί στο 1/3

Η αρχή του Le Chatelier, επίδραση της θερμοκρασίαςΗ αρχή του Le Chatelier, επίδραση της θερμοκρασίας

Μεταβολή στην θερμοκρασίαΗ μεταβολή της θερμοκρασίας μπορεί να μεταβάλλει τη σταθεράισοροπίας μιας χημικής αντίδρασης

Οι ενδόθερμες αντιδράσεις ευνοούνται με την αύξηση τηςθερμοκρασίας ενώ οι εξώθερμες αντιδράσεις ευνοούνται με τηνμείωση της θερμοκρασίας


Παράδειγμα η αντίδραση

N2(g) + 3 H2(g) = 2 NH3(g) ΔH = - 92.2 kJ / mol N2

Μείωση του k μετην αύξηση τηςθερμοκρασίας

Η αντίδρασηείναι εξώθερμη

Η αντίδραση Α(g) + Β(g) = ΑΒ(g)Είναι ενδόθερμη ή εξώθερμη


Τι είναι εντροπία και πως υπολογίζεταιΤι είναι ελεύθερη ενέργεια και πως υπολογίζεταιΠοια είναι η επίδραση της μεταβολής τηςσυγκέντρωσης ενός συστατικού, της πίεσης τουσυστήματος, του όγκου και της θερμοκρασίαςστην πορεία μιας χημικής αντίδρασης

Σύνοψη του ΜαθήματοςΣύνοψη του Μαθήματος

Εντροπία...

Documents

Transcript of Εντροπία...