Entalpia, entropia ja Gibbsin energia Flashcards
entalpiamuutos
delta H
vastaa reaktiossa reaktiosysteemin ja ympäristön välillä syntyneen lämpöenergian määrää vakiopaineessa = reaktiolämpö
eksotermisella -
endotermisellä +
entalpiamuutos lasketaan muodostumisentalpioiden avulla (sum H reaktiotuotteet - sum H lähtöaineet)
käänteisreaktion entalpiamuutos on alkuperäisen reaktion entalpiamuutoksen vastaluku
eksotermisen reaktion (energiaa vapauttavan) entalpiamuutos
negatiivinen
-tilanne jossa lähtöaineiden entalpia on suurempi kuin reaktiotuotteiden entalpia
deltaH = H reak.tuot - H läht.ain
endotermisen (energiaa sitovan) reaktion entalpiamuutos
positiivinen
muodostumisentalpia
delta H°f
ilmoittaa entalpiamuutoksen reaktiolle, jossa muodostuu yksi mooli ainetta perustilassa olevista alkuaineistaan
(taulukkoarvoja)
entalpia (H)
=lämpösisältö = kuvaa reaktion aikana siirtyneen lämplöenergian määrää vakiopaineessa [J]
endoterminen reaktio
energiaa sitova; olemassa olevat lähtöaineiden kemialliset sidokset puretaan ja tämä sidosten katkaiseminen vaatii energiaa
eksoterminen reaktio
energiaa vapauttava; kun lähtöaineiden sidokset on katkennu (tarvitsee eli sitoo energiaa) ja reaktiotuotteet voivat muodostua, uusien sidosten muodostuminen vapauttaa energiaa (matalempi energia kun sidosmuodossa)
mihin tilanteisiin on määritelty, että alkuaineen muodostumisentalpia on nollla?
kun alkuaine esiintyy pysyvimmässä olomuodossaan perustilan olosuhteissa
-esim. hiilen pysyvin muoto on grafiitti, jonka muodostumisentalpiaksi on määritelty 0 kJ/mol
miten entalpiamuutos voidaan laskea? mitä pitää tietää sitä varten?
reaktion kuluessa reaktiosysteemin ja ympäristön välillä siirtyneen lämpöenergian määrä eli lämpömäärä Q eli
Q=cm delta T
-> sitten jos tunnetaan reagoivan aineen ainemäärä n, voidaan laskea siirtyneen lämpöenergian määrä
Q = n* deltaH
huom! n on sellaisen aineen ainemäärä, jonka kerroin reaktioyhtälössä on 1, eli muokkaa reaktio siihen malliin (voi siis sisältää murtolukuja)
onko reaktio ekso vai endoterminen, jos liuottaa mittapullossa ammoniumkloridia veteen ja mittapullon liuos jäätyy? eli lämpötila reaktioastiassa laskee
endoterminen: reaktiosysteemi sitoo energiaa liuoksesta, mikä johtaa liuoksen lämpötilan laskuun
onko palaminen (lämmön vapautuminen ympäristöön) endo vai eksoterminen?
eksoterminen: energiaa (lmäpöä) vapautuu ympäristöön
onko reaktio ekso vai endoterminen, jos laimentaa suolahappoa vedellä ja mittapullon liuos lämpenee? eli lämpötila reaktioastiassa nousee
eksoterminen: reaktiosysteemistä vapautuu lämpöä mittapullon liuokseen, jolloin mittapullon lämpötila kasvaa
sidosten katkeaminen: endo vai eksoterminen?
ENDOTERMINEN!!!!!
koska lämpöä on sidottava systeemiin, jotta on energiaa (lämpöä) katkaista sidokset
eksoterminen reaktio: onko lähtöaineiden sidokset sidosenergialtaan suurempia vai pienempiä kuin reaktiotuotteiden sidokset?
eksotermisessä reaktiossa vapautuu energiaa; energiamuutos aiheutuu katkenneista ja muodostuneista sidoksista: katkeamisesessa kuluu energiaa, muodostamisessa vapautuu -> joten jos reaktiossa vapautuu energiaa, täytyy reaktiossa kulua vähemmän energiaa lähtöaineiden sidosten katkeamiseen kuin reaktiotuotteiden sidosten muodostuessa vapautuu -> joten lähtöaineiden sidokset ovat sidosenergialtaan pienempiä kuin reaktiotuotteet
sidosenergia
= energiamäärä, joka tarvitaan katkaisemaan yksi mooli sidosta KAASUfaasissa olevassa aineessa (eli voi käyttää VAIN jos lähtöaineet ja reaktiotuotteet kaasufaasissa)
- sidosenergiat ovat positiivisia
- sidoksen muodostuminen vapauttaa energiaa saman verran kuin sen katkaiseminen vaatii (negatiivinen merkki)
- taulukoidus sidosenergiat ovat keskiarvoja eri molekyylien saman sidoksen sidosenergioista
esim. yksinkertaisen C-C sidoksen sidosenergia on 348 kJ/mol
entalpianmuutoksen laskeminen sidosenergioiden avulla
delta H = lähtöaineiden sidosten katkaisuun tarvittava energia + tuotteiden sidosten muodostumisessa vapautuva energia [kJ]
Hessin laki
reaktion entalpiamuutos on sama riippumatta siitä, mitä reittiä pitkin lähtöaineista on päästy reaktiotuotteisiin
eli koska lähtöaineista voidaan muodostaa reaktiotuotteita useamman kuin yhden reaktioreitin kautta, entalpiamuutos on silti sama ihan sama mitä reittiä pitkin päädytään reaktiotuotteisiin
mihin Hessin laista on hyötyä?
voidaan selvittää reaktion tuntematon entalpiamuutos vaihtoehtoisen reaktioreitin avulla, mikäli vaihtoehtoisen reitin reaktioentalpioiden entalpiamuutokset tunnetaan
entropia
fysikaalinen suure, jolla kuvataan systeemin epäjärjestyksen määrää
-kaikki systeemit pyrkivät spontaanisti kohti suurempaa epäjärjestystä eli entropian maksimointia
gibbsin energia
=gibbsin energia kertoo vakiolämpötilassa ja -paineessa tapahtuvan reaktion spontaaniuudesta:
deltaG = deltaH - T*deltaS
jos negatiivinen, reaktio on spontaani; negatiivinen tarkoittaa sitä, että systeemin energia pienenee reaktion aikana
se yhdistää systeemin entalpian ja entropianmuutoksen vakiolämpötilassa; kuvaa suurinta mahdollista mekaanisen työn määrää, jonka termodynaaminen prosessi voi tehdä paineen ja lämpötilan ollessa vakioita; toisin sanoen, gibbsin energia kuvaa siis reaktion tapahduttua jäljelle jäävää “ylimääräistä” energiaa, joka voidaan muuttaa työksi (vapaaenergia)
entropian muutos
delta S = S(reaktiotuotteet) - S(lähtöaineet)
-positiivinen jos entropia kasvaa ja negatiivinen, jos entropia pienenee
miksi entropia kasvaa?
todennäköisyyksistä tulee
-järjestyneitä tiloja on käytännössä vain yksi, mutta mahdollisia epäjärjestäytyneitä tiloja on äärettömän monta -> eli on todennäköisintä että systeemi kulkee aina kohti epäjärjestyneempää tilaa
kasvaako vai pieneneekö entropia?
N2(g) + 2 H2(g) 2 NH3 (g)
pienenee, koska tuotteiden puolella kaasumoolien määrä vähenee
kasvaako vai pieneekö entropia, kun solussa aminohapoista syntetisoidaan proteiineja?
entropia pienenee, kun aine päätyy järjestyneempään tilaan
