14. ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

Σχετικά έγγραφα
ΜΑΓΔΑΛΗΝΗ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

Ανάλυση Τροφίμων. Ενότητα 4: Θερμοχημεία Χημική Ενέργεια Τ.Ε.Ι. ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ. Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ακαδημαϊκό Έτος

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 6 η : Θερμοχημεία Χημική ενέργεια. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική: Εξετάζει σχέσεις θερμότητας, μηχανικού έργου και ιδιοτήτων των διαφόρων θερμοδυναμικών

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική: Εξετάζει σχέσεις θερμότητας,

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ. Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο. 11 Μαΐου 2006

ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ. Είδη ενέργειας ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΟΡΙΣΜΟΙ

Ο δεύτερος νόμος Παραδείγματα αυθόρμητων φαινομένων: Παραδείγματα μη αυθόρμητων φαινομένων: συγκεκριμένο χαρακτηριστικό

Παππάς Χρήστος. Επίκουρος καθηγητής

ΘΕΡΜΙΔΟΜΕΤΡΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ. Μονάδες - Τάξεις μεγέθους

2ο Σύνολο Ασκήσεων. Λύσεις 6C + 7H 2 C 6 H H διαφορά στο θερμικό περιεχόμενο των προϊόντων και των αντιδρώντων καλείται

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Ι

Υδατική Χηµεία-Κεφάλαιο 3 1

* Επειδή μόνο η μεταφορά θερμότητας έχει νόημα, είτε συμβολίζεται με dq, είτε με Q, είναι το ίδιο.

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 8: Θερμοχωρητικότητα Χημικό δυναμικό και ισορροπία. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ Δημήτρης Παπαδόπουλος, χημικός Βύρωνας, 2015

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 10: Ισορροπίες φάσεων. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Θερμόχήμεία Κεφάλαιό 2 ό

Φυσικοί μετασχηματισμοί καθαρών ουσιών

Φυσικοχημεία για Βιολόγους. Εργ. Φυσικοχημείας. Τηλ

2 ΟΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ

21/5/2008. Θερµοχηµεία

Εντροπία Ελεύθερη Ενέργεια

Enrico Fermi, Thermodynamics, 1937

ΘΕΜΑΤΑ ΤΕΛΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ (Α. Χημική Θερμοδυναμική) 1 η Άσκηση 1000 mol ιδανικού αερίου με cv J mol -1 K -1 και c

Γεωχημεία. Ενότητα 1: Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης. Χριστίνα Στουραϊτη Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

2.1 Μεταβολή ενέργειας κατά τις χημικές μεταβολές Ενδόθερμες - εξώθερμες αντιδράσεις Θερμότητα αντίδρασης - ενθαλπία

ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ (Α.

Ιωάννης Πούλιος, Καθηγητής Εργ. Φυσικοχημείας Α.Π.Θ. Τηλ

ΑΝΩΤΕΡΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ

12 η Διάλεξη Θερμοδυναμική

2.2 Θερμιδόμετρι α- Νό μόι Θερμόχήμει ας

CaO(s) + CO 2 (g) CaCO 3 (g)

ΕΝΤΡΟΠΙΑ ΚΑΙ ΤΟ 2ο ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΑΞΙΩΜΑ

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

O δεύτερος νόµος της θερµοδυναµικής

2. ΧΗΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Χημείας. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΧΗΜΕΙΑ ΓΙΑ ΒΙΟΛΟΓΟΥΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥΣ ΧΗΜ 021 Χειμερινό Εξάμηνο 2008

ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ ΣΙΔΗΡΟΥ Ι Μεταλλουργία Σιδήρου Χυτοσιδήρου Θεωρία και Τεχνολογία Τμήμα Μηχανικών Μεταλλείων - Μεταλλουργών

Θερμοδυναμική. - Νόμοι -Εφαρμογές. Χριστίνα Στουραϊτη

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 11 η : Χημική ισορροπία. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

Τμήμα Χημείας Μάθημα: Φυσικοχημεία Ι Εξέταση: Περίοδος Ιουνίου (21/6/2017)

ΕΝΤΡΟΠΙΑ ΚΑΙ ΤΟ 2ο ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΑΞΙΩΜΑ

εύτερος Θερμοδυναμικός Νόμος Εντροπία ιαθέσιμη ενέργεια Εξέργεια

Φυσική ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ. Ενότητα 4: Θερμοδυναμική και Κινητική της Δομής. Γρηγόρης Ν. Χαϊδεμενόπουλος Πολυτεχνική Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2014 ÊÏÑÕÖÁÉÏ ÅÕÏÓÌÏÓ

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 4: Πρώτος Θερμοδυναμικός Νόμος. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΕΡΓΑΣΙΑ 4-ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ

P n. Να υπολογισθεί η μεταβολή στην γραμμομοριακή εντροπία ατμού νερού, που θερμαίνεται από τους 160 o στους 170 o C υπό σταθερό όγκο.

ΘΕΜΑ 1ο Στις ερωτήσεις , να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό της ερώτησης και δίπλα το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Γεωχημεία. Ενότητα 1: Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης. Χριστίνα Στουραϊτη Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

ΕΝΤΡΟΠΙΑ ΚΑΙ ΤΟ 2ο ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΑΞΙΩΜΑ

3 ος ΘΕΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ- ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΔΥΝΑΜΙΚΑ ΘΕΩΡΙΑ

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. κινητική + + δυναμική

Φυσικοχημεία για Βιολόγους. Εργ. Φυσικοχημείας. Τηλ

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 6: Εντροπία. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Αντιστρεπτές και μη μεταβολές

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. κινητική + + δυναμική

ΕΝΤΡΟΠΙΑ-2ος ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ-ΚΥΚΛΟΣ CARNOT

ΘΕΡΜΙΚΕΣ & ΨΥΚΤΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΘΕΩΡΙΑ

ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ. ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ (Μεταβατικές) ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΕΡΓΟ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ

ιαγώνισµα : ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ.Β ΛΥΚΕΙΟΥ

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Β ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΑΒΒΑΤΟ 24 ΜΑΪΟΥ 2003 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΘΕΜΑΤΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΥΠΟΨΗΦΙΩΝ ΑΣΕΠ

ΕΝΤΡΟΠΙΑ ΚΑΙ ΤΟ 2ο ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΑΞΙΩΜΑ

Ο πρώτος νόμος. Είδη συστημάτων. Ανταλλαγή ύλης και ενέργειας με το περιβάλλον

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΦΑΣΕΩΝ ΑΠΟ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ

ΛΥΣΕΙΣ ΘΕΜΑΤΩΝ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ (Α. Χημική Θερμοδυναμική) H 298

Να επιλέξετε την σωστή απάντηση σε κάθε μία από τις παρακάτω ερωτήσεις: α) την πίεση β) την θερμοκρασία

ΧΗΜΕΙΑ Α ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. Θερμοχημεία, είναι ο κλάδος της χημείας που μελετά τις μεταβολές ενέργειας που συνοδεύουν τις χημικές αντιδράσεις.

Ο πρώτος νόμος της Θερμοδυναμικής. Θεόδωρος Λαζαρίδης Σημειώσεις για τις παραδόσεις του μαθήματος Φυσικοχημεία Ι

M V n. nm V. M v. M v T P P S V P = = + = σταθερή σε παραγώγιση, τον ορισµό του συντελεστή διαστολής α = 1, κυκλική εναλλαγή 3

Σταθερά χημικής ισορροπίας K c

ΥΔΡΟΧΗΜΕΙΑ. Ενότητα 4: Θερμοδυναμικά δεδομένα. Ζαγγανά Ελένη Σχολή: Θετικών Επιστημών Τμήμα : Γεωλογίας

Η πυκνότητα του νερού σε θερμοκρασία 4 C και ατμοσφαιρική πίεση (1 atm) είναι ίση με 1g/mL.

5. Εξώθερμο φαινόμενο είναι: α. ο βρασμός. β. η τήξη. γ. η εξάτμιση. δ. η εξουδετέρωση.

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 31 ΜΑΪΟΥ 2000 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ: ΧΗΜΕΙΑ

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΦΥΕ22 (ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ) 2 ο Μέρος: ΑΣΚΗΣΕΙΣ (75 %) Διάρκεια: 3 ώρες και 45 λεπτά ( ) Α. Χημική Θερμοδυναμική

Παράγοντες που επηρεάζουν τη θέση της χημικής ισορροπίας. Αρχή Le Chatelier.

Ποσοτική και Ποιoτική Ανάλυση

ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ. Το τρίχωμα της τίγρης εμφανίζει ποικιλία χρωμάτων επειδή οι αντιδράσεις που γίνονται στα κύτταρα δεν καταλήγουν σε χημική ισορροπία.

Υπολογιστικές Μέθοδοι Ανάλυσης και Σχεδιασμού

ΧΗΜΕΙΑ Β ΤΑΞΗΣ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ 2003

Θερμοδυναμική. - Νόμοι -Εφαρμογές. Χριστίνα Στουραϊτη

Φυσική ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ. Ενότητα 5: Διαγράμματα φάσεων και ελεύθερη ενέργεια Gibbs. Γρηγόρης Ν. Χαϊδεμενόπουλος Πολυτεχνική Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

Οργάνωση και Αλληλεπιδράσεις σε Μοριακό Επίπεδο

Γιατί αναδιπλώνονται οι πρωτεΐνες;

Α Θερμοδυναμικός Νόμος

ΧΗΜΕΙΑ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ 2004 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Λύση: α) Χρησιµοποιούµε την εξίσωση Clausius Clapeyron για να υπολογίσουµε το σηµείο ζέσεως του αζώτου υπό πίεση 2 atm. 1 P1

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑ Μ.Ε ΠΡΟΟΔΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ ΗΜ/ΝΙΑ: ΔΙΑΡΚΕΙΑ: 3 ώρες

2 ος ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ - ΕNTΡΟΠΙΑ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 11: Μεταπτώσεις πρώτης και δεύτερης τάξης. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Διατύπωση μαθηματικών εκφράσεων για τη περιγραφή του εγγενούς ρυθμού των χημικών αντιδράσεων.

1o ΘΕΜΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΧΗΜΕΙΑ B ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ. 2.1 Εισαγωγή

Το νερό σαν διαλύτης βιομορίων

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΤΕΧΝΙΚΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΚΑΙ ΒΙΟΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

Transcript:

14. ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής-ενθαλπία Εντροπία και ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής Πρότυπες εντροπίες και ο τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής Ελεύθερη ενέργεια και αυθόρμητες αντιδράσεις Ερμηνεία της ελεύθερης ενέργειας Σχέση της ΔG ο με τη σταθερά ισορροπίας Μεταβολή ελεύθερης ενέργειας με τη θερμοκρασία

ΙΣΤΟΡΙΚΑ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ: μελέτη της σχέσης μεταξύ θερμότητας και άλλων μορφών ενέργειας που εμπλέκονται σε μια χημική ή φυσική διεργασία. (Περιγράφεται επί τη βάσει τριών νόμων). ΧΗΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ: εφαρμογή των τριών αρχών (νόμων) της Θερμοδυναμικής σε χημικά συστήματα (χωρίς ανάγκη γνώσης της δομής των ουσιών πρόβλεψη κατεύθυνσης και μέγιστης απόδοσης χημ. αντίδρασης) CARNOT (1824): Απόδοση θερμικών μηχανών (εισαγωγή του όρου Αντιστρεπτή Μεταβολή) CLAPEYRON (1834): Διαμόρφωση ιδεών CARNOT με χρήση διαφορικού λογισμού HELMHOLTZ, MAYER, JOULE: Αποσαφήνιση, γενίκευση έννοιας ενέργειας - Διατύπωση πρώτου νόμου Θερμοδυναμικής CLAUSIOUS: Αναμόρφωση της έννοιας της Εντροπίας S. Carnt (1796-1832) Γάλλος μηχανικός

Πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής - Ενθαλπία Για τη μαθηματική διατύπωση του Πρώτου Νόμου της Θερμοδυναμικής πρέπει να ορισθεί ακριβώς η Εσωτερική Ενέργεια Συστήματος: Εσωτερική ενέργεια συστήματος (U): άθροισμα κινητικής και δυναμικής ενέργειας των σωματιδίων που απαρτίζουν το σύστημα (σταθερή) Η εσωτερική ενέργεια, U, είναι μια καταστατική συνάρτηση: Δεν μπορεί να υπολογισθεί η πραγματική τιμή της U αλλά μόνο η μεταβολή: ΔU = U f - U i Καταστατική συνάρτηση: ιδιότητα συστήματος εξαρτώμενη μόνο από την παρούσα κατάσταση αυτού (καθοριζόμενη από θερμοκρασία και πίεση) και ανεξάρτητη από κάθε προηγούμενο ιστορικό του συστήματος. Οι μεταβολές μετρώνται προσδιορίζοντας ανταλλαγές ενέργειας μεταξύ συστήματος-περιβάλλοντος: ΔU = q + w

O πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής: η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας ενός συστήματος, ΔU, ισούται με q + w Στις συνηθισμένες χημικές αντιδράσεις το έργο εμφανίζεται σαν συνέπεια μεταβολής πιέσεως όγκου: w = PΔV Οπότε: ΔU = q p PΔV Zn(s) + 2H 3 O + (aq) Zn 2+ (aq) + 2H 2 O( ) + H 2 (g) A. Έναρξη αντίδρασης. Έμβολο και βάρος προκαλούν p=1atm B. T παραγόμενο H 2 (g) αυξάνει τον όγκο του συστήματος, οπότε παράγεται έργο πάνω στο έμβολο και το βάρος που ανυψώνονται

Eνθαλπία και μεταβολή ενθαλπίας Σε χημική αντίδραση υπό σταθερή πίεση (συνήθως ατμοσφαιρική) σαν ενθαλπία ορίζεται η θερμοδυναμική συνάρτηση: H = U + PV (καταστατική συνάρτηση) Για μια χημική αντίδραση, αν είναι γνωστές οι ενθαλπίες των ουσιών, υπολογίζεται η μεταβολή ενθαλπίας αυτής: ΔΗ = Η f Η i Οπότε: ΔΗ = ΔU + PΔV ή ΔΗ = (q p PΔV) + PΔV = q p Στην πράξη μετρώνται ορισμένες θερμότητες αντίδρασης και χρησιμοποιούνται για υπολογισμό ενθαλπιών σχηματισμού, ΔΗ f (σε kj/ml), (τιμή ΔΗ της αντίδρασης, όπου 1ml ουσίας σχηματίζεται από τα στοιχεία της σε πρότυπη κατάσταση). Συμβατικά ΔΗ f στοιχείου =0 Η ΔΗ ο (σε 1atm, 25 C, διαλύματα 1 Μ) για μια αντίδραση είναι: ο Δ H n H f(προϊόντα) m H f(αντιδρώντα)

ΑΥΘΟΡΜΗΤΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΚΑΙ ΕΝΤΡΟΠΙΑ Γιατί χημική αντίδραση οδεύει «αυθόρμητα» προς ορισμένη κατεύθυνση; Αυθόρμητη διεργασία: φυσική ή χημική μεταβολή που λαμβάνει χώρα «από μόνη της» Εντροπία (S): Θερμοδυναμική ποσότητα που αποτελεί μέτρο της αταξίας σε ένα σύστημα (ισχύει: ΔS = S f S i ) (καταστατική συνάρτηση) Π.χ. αύξηση εντροπίας νερού κατά την τήξη: Η 2 Ο(s) Η 2 Ο( ) ΔS = q αντ / Τ Ορίζεται: Που ισχύει για μια αντιστρεπτή πορεία όπου q = q αντ O δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής: Η ολική εντροπία ενός συστήματος και του περιβάλλοντός του πάντοτε αυξάνεται για μια αυθόρμητη διαδικασία ΔS ολ = ΔS συμπ = ΔS συστ + ΔS περ > 0 ΔS = 22 J/k Πορεία της οποίας την κατεύθυνση αντιστρέφουμε προκαλώντας απειροελάχιστη μεταβολή στο περιβάλλον.

ΔS ολ = ΔS συμπ = ΔS συστ + ΔS περ > 0 Δηλαδή ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής διατυπώνεται: Όλες οι αυθόρμητες ή φυσικές μεταβολές οδηγούν σε αύξηση της εντροπίας του σύμπαντος Rudlf Clausius: Η ενέργεια του σύμπαντος είναι σταθερή, όμως η εντροπία του σύμπαντος τείνει προς ένα μέγιστο Rudlf Clausius: Γερμανός φυσικός και μαθηματικός (1822-1888) Αν μια μεταβολή οδηγεί σε ΔS ολ θετικό τότε είναι αυθόρμητη. Αν μια μεταβολή οδηγεί σε ΔS ολ αρνητικό είναι μη αυθόρμητη

ΠΡΟΤΥΠΕΣ ΕΝΤΡΟΠΙΕΣ ΚΑΙ Ο ΤΡΙΤΟΣ ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ Ο πειραμ. προσδιορισμός της εντροπίας ουσίας γίνεται με εύρεση της θερμοχωρητικότητας της σε διάφορες θερμοκρασίες Πρότυπη εντροπία μεθυλοχλωριδίου, CH 3 Cl, σε διάφορες θερμοκρασίες (κατά προσέγγιση). Παρατηρείται απότομη αύξηση της εντροπίας σε κάθε μετατροπή φάσης.

O τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής ορίζει: Ουσία που είναι τέλεια κρυσταλλική σε θερμοκρασία 0 Κ έχει εντροπία ίση με μηδέν Πρότυπη ή απόλυτη εντροπία, S [σε J/(ml.K)], ουσίας ή ιόντος: τιμή της εντροπίας για την πρότυπη κατάσταση του χημικού είδους Η απόλυτη εντροπία ενός στοιχείου δεν ισούται με μηδέν και η απόλυτη εντροπία μιας ενώσεως δεν ισοδυναμεί με τη μεταβολή της εντροπίας όταν η ένωση σχηματίζεται από τα συστατικά της στοιχεία! Η ΔS (σε 1atm, 25 C, διαλύματα 1 Μ) για μια αντίδραση είναι: S ns ( ϊό ) ns ( ώ )

ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ GIBBS Αν ΔΗ μεταβολή ενθαλπίας αντίδρασης υπό σταθερή πίεση και θερμοκρασία τότε αποδεικνύεται: ΔS περ = ΔΗ/Τ Επειδή ΔS ολ = ΔS συστ + ΔS περ είναι: ΔS ολ = ΔS ΔΗ/Τ ή ΤΔS ολ = ΤΔS ΔΗ ή ΤΔS ολ = ΔΗ ΤΔS J. Willard Gibbs Αμερικανός θεωρητικός φυσικός (1839-1903) Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs, G, ορίζεται από την εξίσωση: G = Η ΤS (καταστατική συνάρτηση) Για αντίδραση σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση μεταβάλλονται η ενθαλπία και η εντροπία, οπότε: ΔG = ΔΗ ΤΔS ή ΔG = ΤΔS ολ

Πρότυπη ελεύθερη ενέργεια σχηματισμού, ΔG ο f (σε kj/ml), μιας ουσίας: τιμή του ΔG της αντίδρασης, όπου 1 ml ουσίας σχηματίζεται από τα στοιχεία της στις πρότυπες καταστάσεις τους Άρα: Πρότυπη ενέργεια σχηματισμού στοιχείων=0 Η ΔG (σε 1atm, 25 C, διαλύματα 1 Μ) για μια αντίδραση είναι: G n G f ( ϊό ) n G ( ώ ) Τελικό κριτήριο για αυθόρμητες αντιδράσεις Αν ΔG ο έχει μεγάλη αρνητική τιμή (πιο αρνητική από -10 kj) η αντίδραση είναι αυθόρμητη όπως είναι γραμμένη Aν ΔG ο έχει μεγάλη θετική τιμή (μεγαλύτερη από 10 kj) η αντίδραση δεν είναι αυθόρμητη όπως είναι γραμμένη Aν ΔG ο έχει μικρή αρνητική ή θετική τιμή (μικρότερη από 10 kj) η αντίδραση δίνει μίγμα ισορροπίας f

Ερμηνεία της ελεύθερης ενέργειας Αποδεικνύεται ότι καθώς μια αυθόρμητη αντίδραση πραγματοποιείται, η μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας της είναι η μέγιστη ενέργεια που διατίθεται (ή είναι ελεύθερη) για την παραγωγή ωφέλιμου έργου: w max = ΔG Μεταβολή ελεύθερης ενέργειας στη διάρκεια μιας αυθόρμητης αντίδρασης (καύση βενζίνης) Μεταβολή ελεύθερης ενέργειας στη διάρκεια μιας μη αυθόρμητης αντίδρασης

Σύζευξη αντιδράσεων σε ένα βιολογικό κύτταρο: Στα μιτοχόνδρια ενέργεια λαμβάνεται από την τροφή (γλυκόζη) και συντίθεται ΑΤP. Στα ριβοσώματα γίνεται σύνθεση πρωτεϊνών από αμινοξέα (μη αυθόρμητη αντίδραση) χρησιμοποιώντας ενέργεια από την (αυθόρμητη) ένζυμο αντίδραση: ΑΤP + H 2 O ADP + PO 3-4, ΔG = 31kJ

ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΣΤΑΘΕΡΕΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ Θερμοδυναμική σταθερά ισορροπίας: η Κ, όπου όλες οι C αερίων εκφράζονται σε μερικές πιέσεις (atm) και όλες οι C διαλυμάτων σε mlarity. Οπότε: Σε αντιδράσεις διαλυμένων σε υγρό ουσιών Κ Κ c Σε αντιδράσεις που εμπεριέχουν μόνο αέρια Κ Κ p Ισχύει: ΔG = ΔG + RT lnq, όπου: Q = θερμοδυναμική έκφραση του πηλίκου αντίδρασης Στη θέση ισορροπίας ΔG = 0 και Q = K οπότε: ΔG = RT lnκ ή ΔG = 2,303RT lοgκ

Άσκηση 18.10 Υπολογισμός της Κ από τη μεταβολή της πρότυπης ελεύθερης ενέργειας (μοριακή εξίσωση) Να βρείτε τη σταθερά ισορροπίας Κ p στους 25 C για την αντίδραση CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) Πρώτα υπολογίζεται η ΔG χρησιμοποιώντας τιμές ΔG f από τον σχετικό πίνακα: CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) Αντικαθιστώντας στον τύπο: ΔG f : -1128,8-603,5-394,4 (kj/ml) G n G [(-603,5) + (-394,4) (-1128,8)] kj = 130,9 kj f ( ϊό ) n G ( ώ ) f Από την εξίσωση: ΔG = 2,303RT lοgκ και επειδή Κ = Κ p lgk K p p ΔG 2,303RT 1,14 10 23 130,9 kj ( 2,303)(0,0 08314 kj/k)(298 K) 1,1 10 23 22,941

Άσκηση (α) Για καθεμία από τις παρακάτω αντιδράσεις να γραφεί η έκφραση της θερμοδυναμικής σταθεράς ισορροπίας: (i) 2Ag + (aq) + Zn(s) Zn 2+ (aq) + Ag(s) (ii) CS 2 (g) + 4H 2 (g) CH 4 (g) + 2H 2 S(g) (iii) CaCO 3 (s) + 2H + (aq) Ca 2+ (aq) + H 2 O( ) + CO 2 (g) (β) Nα υπολογίσετε την σταθερά Κ p της αντίδρασης (ii) από τη μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας στους 25 ο C:

Μεταβολή ελεύθερης ενέργειας με τη θερμοκρασία Η ΔG εξαρτάται σημαντικά από τη θερμοκρασία! Πώς υπολογίζεται η ΔG και η Κ σε θερμοκρασία άλλη από 25 C; Βάσει της υπόθεσης ότι ΔΗ ο και ΔS είναι πρακτικά σταθερές με τη θερμοκρασία, αντικαθίστανται οι τιμές τους από πίνακες στην εξίσωση: ΔG Τ ο = ΔΗ ο ΤΔS ο Διαφορετικές θερμοκρασιακές συμπεριφορές της ΔG ο δίνουν οι 4 συνολικά πιθανές επιλογές προσήμων των ΔΗ ο και ΔS στην εξίσωση ΔG ο = ΔΗ ο ΤΔS ο όπως δείχνει ο πίνακας