ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΗ IΙ. Ενότθτα 4: Χθμικζσ αντιδράςεισ αερίων τακερά Χθμικισ Ιςορροπίασ Πρότυπθ Ελεφκερθ Ενζργεια

Transcript

1 ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΗ IΙ Ενότθτα 4: Χθμικζσ αντιδράςεισ αερίων τακερά Χθμικισ Ιςορροπίασ Πρότυπθ Ελεφκερθ Ενζργεια ογομών Μπογοςιάν Πολυτεχνικι χολι Σμιμα Χθμικών Μθχανικών

2 κοποί ενότθτασ κοπόσ τθσ ενότθτασ αυτισ είναι θ παρουςίαςθ τθσ γενικισ ςυνκικθσ τθσ χθμικισ ιςορροπίασ, ο οριςμόσ τθσ ςτακεράσ χθμικισ ιςορροπίασ, τθσ πρότυπθσ ελεφκερθσ ενζργειασ Gbbs μιασ αντίδραςθσ, κακώσ και των πρότυπων κερμοδυναμικών ςυναρτιςεων ςχθματιςμοφ των ενώςεων. 2

3 Περιεχόμενα ενότθτασ Ειςαγωγι ςτισ χθμικζσ αντιδράςεισ αερίων τοιχειομετρία Κατεφκυνςθ αντίδραςθσ Ελάχιςτο τθσ ςυνάρτθςθσ Gbbs Γενικι ςυνκικθ ιςορροπίασ τακερά Χθμικισ Ιςορροπίασ Πρότυπθ Ελεφκερθ Ενζργεια τθσ αντίδραςθσ 3

4 Ενδεικτικι βιβλιογραφία Χημική Θερμοδυναμική. Μπογοςιάν Ελλθνικό Ανοικτό Πανεπιςτιμιο, Πάτρα, 28. 4

5 4 Χθμικζσ αντιδράςεισ αερίων τακερά Χθμικισ Ιςορροπίασ Πρότυπθ Ελεφκερθ Ενζργεια

6 Ειςαγωγι ςτισ χθμικζσ αντιδράςεισ αερίων τοιχειομετρία - 1 Στοιχειομετρικόσ ςυντελεςτήσ Μια γενικι χθμικι αντίδραςθ: μπορεί να γραφεί και γενικά: Ζτςι θ ςτοιχειομετρία εκφράηεται ωσ M Μεταβολι του αρικμοφ των moles Α ςτθ διάρκεια μιασ οριςμζνθσ περιόδου a a 2A 3B 4C 4C 2A 3B M b b M Στοιχειομετρικόσ ςυντελεςτήσ: κετικόσ για «προϊόντα» αρνθτικόσ για «αντιδρόντα» na nb n... a b c c n n M Γενικι αναπαράςταςθ αντίδραςθσ Πρόοδοσ τθσ αντίδραςθσ Αρχικόσ αρικμόσ moles του 6

7 Ειςαγωγι ςτισ χθμικζσ αντιδράςεισ αερίων τοιχειομετρία - 2 Παράδειγμα 1: Για τθν αντίδραςθ 2A 3B 4C Οι ςτοιχειομετρικοί ςυντελεςτζσ είναι a 2, b 3, c 4 n n n και θ ςτοιχειομετρία εκφράηεται με τισ ςχζςεισ: a b c 7

8 Πρότυπθ Ελεφκερθ Ενζργεια τθσ αντίδραςθσ RTlnK p ανά γραμμομόριο ελεφκερθ ενζργεια του κάκε καθαροφ ςυςτατικοφ ςτθν πρότυπη πίεςθ (1 atm) Πρότυπθ ελεφκερθ ενζργεια Gbbs τθσ αντίδραςθσ ςε κερμοκραςία Τ, G T G T RTlnK p G T 8

9 Κατεφκυνςθ αντίδραςθσ Ελάχιςτο τθσ ςυνάρτθςθσ Gbbs Παράδειγμα 4: Για τθν αντίδραςθ Α + Β 2C: G T 2 c a b εάν ζχουμε μεγάλθ μετατροπι προσ προϊόντα Κ p >>1 ακόμα κι αν G T > (Κ p <1) κα ζχουμε μια μικρι μετατροπι G T < 9

10 Άλλεσ μορφζσ τθσ ςτακεράσ χθμικισ ιςορροπίασ για ιδανικά αζρια μείγματα με βάςη τισ κατ όγκο ςυγκεντρώςεισ p n RT V c RT με c να είναι θ κατ όγκο ςυγκζντρωςθ K p p Kp ( RT) c Ορίηουμε τθν Κ c με βάςθ τισ κατ όγκο ςυγκεντρώςεισ Kc c Kc Kp( RT) και εξαρτάται μόνο από τθν Τ με βάςη τα γραμμομοριακά κλάςματα y p K y p y και θ ςχζςθ μεταξφ Κ y και K p : K ( p / p) y p p = και Ky p K p εξαρτάται και από τθν p 1

11 Γενικι ςυνκικθ ιςορροπίασ - 1 Ζςτω θ χθμικι αντίδραςθ M για τθν οποία dna dnb dn... a b d Άρα, θ ςτοιχειώδθσ μεταβολι ςτθ G του ςυςτιματοσ κα είναι: dg SdT Vdp dn... dn G και υπό T, p ςτακερά: a a T,p SdT Vdp... d a a Και γενική ςυνθήκη ιςορροπίασ λαμβάνεται ελαχιςτοποιώντασ τθ G ωσ προσ ξ 11

12 Γενικι ςυνκικθ ιςορροπίασ - 2 Γενική Συνθήκη Ιςορροπίασ Εφαρμόςιμθ για ςτερεά, υγρά ι αζρια (ιδανικά ι πραγματικά) Παράδειγμα 2: Η ςυνκικθ ιςορροπίασ για τθν αντίδραςθ Α + Β 2C είναι a b 2 c Μοιάηει χαρακτθριςτικά με τθ μορφι τθσ χθμικισ αντίδραςθσ 12

13 τακερά χθμικισ ιςορροπίασ για αντιδράςεισ αερίων - 1 Θεωροφμε ότι θ εξεταηόμενθ αντίδραςθ ςυμβαίνει μζςα ςε ζνα ιδανικό μείγμα αερίων. ( T) RT ln p Σώρα, από τθ γενικι ςυνκικθ ιςορροπίασ παίρνουμε RT lnp ι RTln p Ορίηουμε τθ ςτακερά χθμικισ ιςορροπίασ: K RTlnK p p p υνάρτθςθ μόνο τθσ Τ Η Κ p εξαρτάται μόνο από τθ κερμοκραςία και είναι αδιάςτατθ p p 13

14 τακερά χθμικισ ιςορροπίασ για αντιδράςεισ αερίων - 2 Παράδειγμα 3: Για τθν αντίδραςθ Α + Β 2C: ν Α = 1, ν Β = 1, ν C =2 2 pc RTlnK p RT ln 2 c a b p p a b 14

15 Αναφορζσ Όλεσ οι εικόνεσ είναι από το βιβλίο Χθμικι Θερμοδυναμικι,. Μπογοςιάν Ελλθνικό Ανοικτό Πανεπιςτιμιο, Πάτρα, 28 15

16 Σζλοσ Ενότθτασ

17 Χρθματοδότθςθ Σο παρόν εκπαιδευτικό υλικό ζχει αναπτυχκεί ςτo πλαίςιo του εκπαιδευτικοφ ζργου του διδάςκοντα. Σο ζργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα ςτο Πανεπιςτήμιο Πατρών» ζχει χρθματοδοτιςει μόνο τθν αναδιαμόρφωςθ του εκπαιδευτικοφ υλικοφ. Σο ζργο υλοποιείται ςτο πλαίςιο του Επιχειρθςιακοφ Προγράμματοσ «Εκπαίδευςθ και Δια Βίου Μάκθςθ» και ςυγχρθματοδοτείται από τθν Ευρωπαϊκι Ζνωςθ (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Σαμείο) και από εκνικοφσ πόρουσ. 17

18 θμείωμα Ιςτορικοφ Εκδόςεων Ζργου Σο παρόν ζργο αποτελεί τθν ζκδοςθ

19 θμείωμα Αναφοράσ Copyrght Πανεπιςτιμιο Πατρών. Κακθγθτισ, ογομών Μπογοςιάν. «Θερμοδυναμικι ΙΙ». Ζκδοςθ: 1.. Πάτρα 215. Διακζςιμο από τθ δικτυακι διεφκυνςθ: 19

20 θμείωμα Αδειοδότθςθσ Σο παρόν υλικό διατίκεται με τουσ όρουσ τθσ άδειασ χριςθσ Creatve Commons Αναφορά, Μθ Εμπορικι Χριςθ Παρόμοια Διανομι 4. *1+ ι μεταγενζςτερθ, Διεκνισ Ζκδοςθ. Εξαιροφνται τα αυτοτελι ζργα τρίτων π.χ. φωτογραφίεσ, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριζχονται ςε αυτό και τα οποία αναφζρονται μαηί με τουσ όρουσ χριςθσ τουσ ςτο «θμείωμα Χριςθσ Ζργων Σρίτων». [1] Ωσ Μη Εμπορική ορίηεται θ χριςθ: που δεν περιλαμβάνει άμεςο ι ζμμεςο οικονομικό όφελοσ από τθν χριςθ του ζργου, για το διανομζα του ζργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομικι ςυναλλαγι ωσ προχπόκεςθ για τθ χριςθ ι πρόςβαςθ ςτο ζργο που δεν προςπορίηει ςτο διανομζα του ζργου και αδειοδόχο ζμμεςο οικονομικό όφελοσ (π.χ. διαφθμίςεισ) από τθν προβολι του ζργου ςε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιοφχοσ μπορεί να παρζχει ςτον αδειοδόχο ξεχωριςτι άδεια να χρθςιμοποιεί το ζργο για εμπορικι χριςθ, εφόςον αυτό του ηθτθκεί. 2