Focus 2: First Law of Thermodynamics

Question 1

Wat is energie?

Answer 1

De capaciteit om arbeid verrichten.

Question 2

Wat is arbeid?

Answer 2

Manier om energie over te brengen in de vorm van beweging.

Question 3

Wat is een systeem?

Answer 3

Het deel van de omgeving waarin we geïnteresseerd zijn.

Question 4

Wat is de omgeving

Answer 4

Waar de observaties van het systeem worden gemaakt, alles behalve het systeem.

Question 5

Wat is het universum

Answer 5

Systeem en omgeving samen.

Question 6

Wat is een open systeem?

Answer 6

Een systeem dat zowel energie als massa/materie kan uitwisselen met zijn omgeving.

Question 7

Wat is een gesloten systeem?

Answer 7

Een systeem dat energie kan uitwisselen met de omgeving maar geen materie/massa

Question 8

Wat is een geisoleerd systeem?

Answer 8

Een systeem dat niks kan uitwisselen met de omgeving.

Question 9

Wat is volumearbeid?

Answer 9

arbeid die wordt geleverd om het volume van de container the verhogen:
dw = -P_ex * dV
Als het volume groter wordt is de arbeid negatief want er was arbeid nodig om het volume te vergroten.

Question 10

Wanneer levert een systeem maximum expansie-arbeid?

Answer 10

Wanneer de externe druk gelijk is aan de druk in het systeem. Het is dan in mechanisch evenwicht met zijn omgeving

Question 11

Wanneer maximum arbeid geleverd wordt, wat kan men dan zeggen over de verandering?

Answer 11

Dat deze reversibel is.

Question 12

Wat is warmte?

Answer 12

Vorm van energieoverdracht die gebruikmaakt van willekeurige beweging van atomen of moleculen. aangeduidt met q

Question 13

Hoe noemt men een proces dat geen warmteuitwisseling heeft/kan hebben?

Answer 13

Adiabatisch (q = 0)

Question 14

Wat is een exotherm proces?

Answer 14

Een proces waarbij energie vrijkomt in de vorm van warmte.

Question 15

Wat is een endotherm proces?

Answer 15

Een proces waarbij energie wordt opgenomen in de vorm van warmte.

Question 16

Geef een voorbeeld van een endotherme en van een exotherme reactie.

Answer 16

Endo: smelten van ijs; exo: verbrandingsreactie

Question 17

Wat is de warmtecapaciteit? Welke soorten zijn er allemaal?

Answer 17

De hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van (een hoeveelheid) een stof te doen stijgen met 1 eenheid. Men heeft ook de specifieke C die de warmte nodig om 1g (of 1kg) van de stof te doen stijgen met 1 temperatuurseenheid. Alsook de molaire warmtecapaciteit analoog met de andere, maar dan 1 mol stof. Verder is er voor constante druk en voor constant volume nog een aparte warmtecapaciteit

Question 18

Wat is de relatie tussen de molaire warmtecapaciteit bij constante druk en die bij constante temperatuur?

Answer 18

C_p,m - C_v,m = R (gasconstante)

Question 19

Wat kunnen we zeggen over q en w bij isotherme expansie?

Answer 19

aangezien deltaU = w + q, en bij isotherme expansie DeltaU = 0 dus
q = -w
Als we warmte toevoegen moet deze energie volledig omgezet worden in arbeid omdat anders de temperatuur niet constant blijft.

Question 20

Wat is de interne energie?

Answer 20

Het equivalent van de volumearbeid en de warmte (dus de som ervan).

Question 21

Wat is een toestandsfunctie?

Answer 21

Iets wat enkel afhangt van de begin en eindtoestand, dus niet de afgelegde weg.

Question 22

Wat zegt de eerste wet van de thermodynamica?

Answer 22

behoud van energie; de interne energie in een geïsoleerd systeem is constant.

Question 23

Hoe werkt een bomcalorimeter?

Answer 23

Het volume van een bomcalorimeter blijft constant dus zal geen expansiearbeid aanwezig zijn. Dan is DeltaU gelijk aan q_v (van constant volume) en kunnen we zeggen dat C_v = q_v / DeltaT = … = (delU/delT)_v

Question 24

Wat is enthalpie?

Answer 24

Voor een open systeem gaat er nog steeds energie naar expansie/compressie. Dit komt doordat zelfs in een open system er nog wel atmosferische druk is. Een oplossing hiervoor is de invoer van het begrip enthalpie. Het enthalpieverschil geeft de totale hoeveelheid warmte aan, rekening houdende met de volumeverandering.

Question 25

Wat kunnen we zeggen over de enthalpie bij een isobaar proces waar geen expansiearbeid geleverd wordt?

Answer 25

DeltaH = q

Question 26

Voor welke DeltaH spreken we van een endotherm proces en voor welke DeltaH spreken we van een exotherm proces?

Answer 26

Wanneer DeltaH > 0 spreken we van een endotherm proces.

Wanneer DeltaH < 0 spreken we van een exotherm proces.

Question 27

Wanneer de druk constant is en er geen volumearbeid geleverd wordt, wat kunnen we dan zeggen over de warmtecapaciteit?

Answer 27

C_p = ( delH / delT )_p

Question 28

Waarom spreekt men van fasen en niet van toestanden bij faseveranderingen?

Answer 28

Omdat een materiaal verschillende vormen van een toestand kan bezitten, zo is er bijvoorbeeld alfa-Fe en beta-Fe en nog andere vormen van Fe (zie material technology). Een fasetransitie kan dus van 1 vaste naar een andere vaste fase zijn. Maar het kan natuurlijk ook van een bepaalde toestand naar een andere zijn : gas -> vloeibaar.

Question 29

Hoe is de relatie met de enthalpieverandering gepaard gaande met fusie (smelten), verdampen en sublimeren?

Answer 29

Delta_fus H + Delta_vap H = Delta_subl H

Question 30

Wat is ionisatieenthalpie?

Answer 30

Enthalpie gepaard gaande met de afgifte van een elektron. En stof kan meerdere ionisatieenthalpieen hebben als het meerdere elektronen kan afgeven, de eerste ionisatieenthalpie zal altijd het kleinst zijn.

Question 31

Is de enthalpie een toestandsfunctie? En geef een voorbeeld dat dit bevestigt.

Answer 31

Ja, als we bijvoorbeeld van solid magnesium vertrekken en we willen tot Mg2+ gaan (dus 2 elektronen onttrokken) dan geeft dit dezelfde enthalpie als dat we dit in stappen zouden doen (fusie -> verdamping -> 1ste ionisatie -> 2de ionisatie

Question 32

Wat is bindingsenthalpie

Answer 32

Enthalpie gepaard gaande met het breken van een binding.

Question 33

Wat is verbrandingsenthalpie?

Answer 33

Enthalpie gepaard gaande met het verbranden. Dit wordt berekend door de gemiddelde bindingsenthalpieen of men kan dit experimenteel bepalen in een bomcalorimeter.

Question 34

Wat zegt de wet van Hess?

Answer 34

De standaardenthalpie van een reactie is de som van de standaardenthalpieen van de reacties waarin we de algemene reacties kunnen opdelen.
DeltaH° = SOM_producten(vDeltaH°) + SOM_reagentia(vDeltaH°)

Question 35

Waarom gebruiken we de wet van Kirchoff in de chemie (zie formularium)?

Answer 35

De reactieenthalpieen zijn niet voor alle temperaturen gegeven (Dit moet eigenlijk wel want het is temperatuursafhankelijk). Kirchoff helpt ons om toch de enthalpie van een bepaalde temperatuur te berekenen terwijl we er geen standaardwaarde van hebben voor die temperatuur.

Question 36

Hoe werkte een Linde-koelcyclus?

Answer 36

Een compressor comprimeert een koelstof -> deze gaat dan door een condensor waar het zijn warmte aan de omgeving afgeeft. De vloeistof gaat dan door een expansieventiel wat de druk en temperatuur sterk naar beneden haalt en dus vloeistof-gasmengsel creëert dit gaat dan door een verdamper, waar het dus warmte uit de omgeving opneemt en zo de omgeving koelt.