Termokjemi: Termodynamikkens lover. Entalpi, entropi, Gibbs fri energi, kriterier for spontanitet, beregning av likevektskonstanten, van't Hoff.

Question 1

Forklar formelen for varmekapasitet og hvordan man regner med denne?

Answer 1

C = q /∆T

Kalkulering med varmekapasitet:

Question 2

Forklar loven om konservering av energi

Answer 2

Ved interaksjoner mellom ett system og dets omgivelser, vil totalenergien holdes konstant. Energi blir verken produsert eller mistet.

Question 3

Hva er formelen for arbeid? og termodynamikkens første lov?

Answer 3

Formelen for arbeid er kraft * distanse.

Hvis arbeidet er positivt gjør omgivelsene ett arbeid på systemet. Hvis arbeidet er negativt gjør systemet ett arbeid på omgivelsene.

Indere energi, U, er summen av kinetisk og potensiell energi til ett system inkludert translasjons-kinetisk-energi av molekyler, energien lagret i kjemiske bindinger og intermolekylære krefter og energien som omhandler elektroner i atomer.

Question 4

Hva er standard dannelsesentalpien til ett
100% rent element I dens referansetilstand?

Answer 4

0

Question 5

Forklar hva spontane prosesser er og hva ikke-spontane prosesser er?

Answer 5

1. Hvis en prosess er spontan, vil den reversible prosessen være ikke-spontan.
   Eksempel:
   Rusting av en jernstang er spontan under gitte forhold, men for å lage jern av rust er ikke.
2. Både spontane og ikke-spontane prosesser er mulige, men bare spontane prosesser vil skje uten at man trenger å gjøre noe.
3. Noen spontane prosesser skjer veldig sakte, mens andre går veldig fort.
   Eksempel:
   Smelting av is i kaldt vann skjer saktere enn smelting av is i varmt vann.
4. Noen spontane prosesser er eksoterme, mens andre er endoterme.

Question 6

Termodynamikkens andre lov?

Answer 6

Alle spontane prosesser produserer en økning i universets entropi.

Question 7

Når er en prosess spontan? Mhp entropi

Answer 7

∆S(univers) > 0 => spontan
∆S(univers) < 0 => Ikkespontan
∆S(Univers) = 0 => reversibel prosess

Generelt:

Question 8

Formel for entropiendring reversibel oppvarming/nedkjøling?

Answer 8

Denne formelen kan brukes når en substans blir varmet eller nedkjølt ved konstant trykk, uten en faseforandring. Fra Ti til Tf.

Oppvarmingen ev substanser fra Ti til Tf kan fås til på en reversibel måte ved at substanser er i kontakt med en varmekilde som har temperatur infinivtesimalt større enn substanset sin temperatur selv.

Question 9

Hvordan regner man ut entropiendringen til en ideell gass der hvor volumet endrer seg under en isoterm reaksjon?

Answer 9

Denne brukes når det det ikke er forandring i temperatur, men fortsatt volumendring.

Question 10

Hvordan regner man ut entropiendringen til en ideell gass der hvor trykket endrer seg under en isoterm reaksjon?

Answer 10

Denne brukes når trykket forandres, men temperaturen holdes konstant:

Question 11

Hvilken likning får man om man setter sammen likningene for entropiendring ved konstant temperatur?

Answer 11

Question 12

Nevn alle viktige formlene for å beregne entalpi og entropi?

Answer 12

Question 13

Øker standard molar entropi med økende molekylær kompleksitet?

Answer 13

Ja

Question 14

Hva er Gibbs energi?

Answer 14

Gibbs energi, også kjent som Gibbs frie energi eller Gibbs funksjon, er en termodynamisk potensiell energi som brukes til å forutsi muligheten for en kjemisk reaksjon under konstant trykk og temperatur. Den er oppkalt etter den amerikanske fysikeren Josiah Willard Gibbs, som utviklet denne termodynamiske størrelsen.

Question 15

Hva sier Gibbs om spontanitet?

Answer 15

For en kjemisk reaksjon ved konstant trykk kan endringen i Gibbs energi (ΔG) brukes til å bestemme om reaksjonen er spontan eller ikke.

HvisΔG er negativ, er reaksjonen spontan, mens hvis ΔG er positiv, er reaksjonen ikke spontan.

Hvis den er lik null er prosessen reversibel og i likevekt.

Question 16

Hva formlene for Gibbs energi og forandringen i Gibbs energi?

Answer 16

Vi har flere formler for å finne ut hva Gibbs energi er:

G = H-TS

∆G= ∆H -T∆S

∆G^0 = -RTlnK

∆rxG = ∆rxG^0 + RTlnQ

E = -∆G/nF

∆rxG = ∆rG^0 + RTlnQ

∆rxG = RTln(Q/K)

∆G = nRTln(P/P^0) #for isoterme prosesseer

Question 17

Hva er kriteriene for spontanitet?

Answer 17

Question 18

Hvilken sammenheng har Gibbs energi med arbeid?

Answer 18

|w(non-PV)| <= -∆G

Question 19

Hva kan du si om ∆rxG er mindre, større enn eller lik 0?

Answer 19

Hvis ∆rxG < 0, da synker gibbs energi so vil si at prosessen fra produkter til reaktanser er spontan. Og den omvendte reaksjonen er ikkespontan.

Hvis ∆rxG > 0, da stiger gibbs energi. Som vil si at det er reaksjonen fra høyre mot venstre som er spontan.

Hvis ∆rxG = 0, da har systemet oppnådd den laveste mulige frie energitilstanden. Den er ved likevekt.

Question 20

Hva er aktiviteten til solids (s) og liquids(l)?

Answer 20

a=1

Question 21

Hva er aktiviteten til gasser(g) og vandige løsninger(aq)?

Answer 21

For gasser er aktiviteten lik (trykket/referansetrykket). F.eks 0.5bar/1.0bar=0.5bar

For vandige løsninger er aktiviteten lik konsentrasjonen/referansekonsentrasjonen. F.eks: [0.5M]/[1.0M] = 0.5M

Question 22

Forklar hva Q betyr?

Question 23

Hva er tilstandsfunksjoner?

Answer 23

Verdien av en tilstandsfunksjon er uavhengig av den spesifikke veien som ble fulgt for å nå den gitte tilstanden. Det betyr at hvis systemet går fra en tilstand A til en tilstand B, vil endringen i en tilstandsfunksjon være den samme, uavhengig av den faktiske prosessen som ble fulgt.

Eksempler på tilstandsfunksjoner:
- Indre energi (U). Den totale energien til et system.

• Entalpi (H). Summen av indre energi og produktet av volum og trykk. Entalpi (H) er en termodynamisk tilstandsfunksjon som representerer den totale varmen eller energien til et system ved konstant trykk.
• Entropi (S). Måler graden av uorden eller uforutsigbarhet i et system. Ved likevekt vil entropien til et isolert system være på sitt maksimum. Dette betyr at systemet har nådd en tilstand med maksimal uorden.Entropi kan også forstås som et mål på usikkerhet eller manglende kunnskap om mikrotilstandene til partiklene i et system. Jo større usikkerhet eller manglende kunnskap, desto høyere er entropien.
• Gibbs energi (G). Måler systemets frie energi, og brukes spesielt for å forutsi spontaniteten av reaksjoner ved konstant trykk og temperatur.

Question 24

Når er en prosess spontan? (mhp K og Q)

Answer 24

Hvis Q < K => Q/K < 1 og ∆rxG < 0 er prosessen fra venstre mot høyre spontan. Reaksjonen går spontant i den retningen som får Q til å stige.

Hvis Q > K => Q/K > 1 og ∆rxG > 0 er reaksjonen fra høyre til venstre spontan. Reaksjonen går spontant i den retningen som får Q til å synke.

Hvis Q = K => Q/K =1 og ∆rxG = 0 som også vil si at systemet har nådd likevekt.

Question 25

Hva pokker er “μ” !!?!

Answer 25

Gilbert N. Lewis fant en formel som gjelder for alle substanser (s,l,g og aq) og brukes for å finne det kjemiske potensialet:

a = (p/p^0)
μ = G(m)=Gibbs energi per mol

Question 26

Hva er Wan der Waahls tilstandslikning?

Answer 26

Question 27

Hva er “z” ?

Answer 27

Question 28

Hva er en reversibel prosess?

Answer 28

I en reversibel prosess er det balanse mellom kreftene, slik at den kan reverseres uten tap av energi. Prosessen går i uendelig små trinn slik at termodynamisk likevekt hele tiden er innstilt. På grunn av dette vil den ta uendelig lang tid, og fullstendig reversible prosesser derfor ikke mulig å oppnå i virkeligheten.

Med en irreversibel prosess menes en prosess som går av seg selv i én retning, altså en spontan prosess. Et system som gjennomgår en irreversibel prosess vil ofte være i stand til å gå tilbake til sin starttilstand, men dette må medføre energitap og entropiøkning for omgivelsene. Alle reelle prosesser er irreversible, men dersom systemet responderer til endringer mye raskere enn disse endringene utføres, kan avviket fra reversibilitet være neglisjerbart.

Question 29

Forklar kalorimetri !

Answer 29

Kalorimetri er måling av varme fra kjemiske reaksjon eller fysikalske endringer ved bruk av kalorimeter. Navnet kommer fra det latinske ordet calor som betyr varme.

Metoden benyttes blant annet til å bestemme størrelser som varmekapasitet, latent varme og re- aksjonsvarme.

Question 30

Hva er entropi?

Answer 30

Entropi kan forstås som en tendens i naturen til å gå mot tilstander som har høyere temodynamisk sannsynlighet for å eksistere (tilstander med større grad av uorden). Dette skjer spontant, for eksempel når en gass får et større tilgjengelig volum og ekspanderer eller når varme overføres fra et varmt legeme som berører et kaldere.

På mikronivå kan entropien uttrykkes som et mål på tilstandstettheten til en gitt tilstand, det vil si hvor mange ulike måter denne tilstanden kan eksistere på. Sammenhengen mellom entropi og antall mikrotilstander ble formulert av Boltzmann som:

S = k ln W.

Jo flere tilgjengelige mikrotilstander, jo høyere sannsynlighet for å eksistere og dermed
høyere entropi.

Question 31

Siter termodynamikkens tredje lov !

Answer 31

Termodyamikkens tredje lov sier at

Entropien i en perfekt krystall går mot null når absolutt temperaturen går mot null.

Loven skaper et referansepunkt for entropi, slik at all substans får positiv og endelig entropi.