Dit is een samenvatting van het vak Algemene en Anorganische Chemie: Reactiviteit en Analyse (IA). Dit vak werd gegeven door Prof. Van Deun en heb ik gevolgd in het jaar 2022.
Hoofdstuk 15: Chemische thermodynamica
= studie vd energieveranderingen bij chemische processen (waarom-vragen)
15.1 Terminologie
Universum: alles wat bestaat
Systeem: macroscopisch deel vh universum waarop aandacht gevestigd is
Omgeving: universum zonder het systeem
mogelijkheden tot
uitwisseling met de
omgeving
Thermische toestand ve systeem wordt bepaald door:
− Chemische identiteit en fysische toestand vd componenten
− Hoeveelheid van elke component
− Temperatuur T en druk P
Toestandsfuncties: beschrijven de toestand ve systeem, onafhankelijk van verleden/ toekomst vh
systeem
Intenstieve functie: onafhankelijk vd hoeveelheid fase (P, T, E)
Extensieve functie: afhankelijk vd hoeveelheid fase (U, H, S, V)
Toestandsvgl: relatie tss toestandsfuncties
Proces: verandering vd toestand ve systeem, altijd effect op de toestand
Weg: manier waarop een systeem van begin nr einde gaat (adiabatisch, isotherm, isobaar, isochoor,
reversibel/ irreversibel)
Thermische toestand T: warm of koud (2 systemen zijn in thermisch evenwicht als hun thermische
toestand dezelfde is)
15.2 Inwendige energie U
= som van alle vormen van energie binnen ih systeem (U = U kin + Upot)
Upot:
− bepaald door onderlinge positie vd samenstellende deeltjes in elkaars krachtveld
− waarneembaar bij verandering in positie
− verlaagt bij vorming ve cov binding, komt vrij als bindingsenergie
Ukin:
− bepaald door beweging vd deeltjes (translatie, vibratie en rotatie)
− Maxwell-Boltzmannverdeling: temp stijgt, curve (klokvormig) breder en platter
− Temperatuur: maat vr de gemid Ukin vh systeem (= thermische energie)
− Nulpuntsenergie U0: resterende energie ve systeem bij T = 0K (=> U = U 0 + Utherm)
Uomg = Uomg, therm + Uomg, mech
☹ absolute waarden van U niet te berekenen, enkel veranderingen van A nr B (onafhankelijk vd
gevolgde weg, want toestandsfuncties) => ∆U = UB – UA
15.3 Eerste hoofdwet vd thermodynamica
Wet van behoud van energie:
− De totale energie vh universum is cte
− Bij elk proces is de energieverandering ih systeem gelijk ae omgekeerde energieverandering
id omgeving (Uuniv = U + Uomg = cte of ∆U = -Uomg)
− Inwendige energie kan wijzigen door energie te verliezen (∆U < 0) ad omgeving of op te
nemen (∆U > 0) => energietransfer (behalve bij geïsoleerd systeem)
− Exotherm (∆U < 0) en endotherm (∆U > 0) proces
− ∆U = q + w (warmte uitgewisseld door temperatuurverschillen, arbeid: alle andere vormen
van energietransfer, verplaatsing oiv een kracht)
q < 0: warmtetransfer van systeem naar omgeving
q > 0: warmtetransfer van omgeving naar systeem q en w: geen toestandsfuncties
w < 0: systeem oefent arbeid uit op omgeving => afhankelijk vd gevolgde weg
w > 0: omgeving oefent arbeid uit op systeem
w: druk-volume-arbeid (= PV-arbeid, nodig om druk ih systeem cte te houden) en restarbeid (=
nuttige arbeid, bij chemische processen vaak nuttig aan te wenden id omgeving)
w = wPV + wnuttig
∆U = q – Pomg∆V + wnuttig = q - ∆ngasRT + wnuttig
!! chemisch proces: Pomg∆V ≠ 0 als het # mol gas ih systeem verandert terwijl P omg en T cte blijven !!
15.4 Reversibele en irreversibele processen
15.4.1 Reversibel, irreversibel
Reversibel: bij elke stap in het proces is het systeem +- in evenwicht met de omgeving, onmiddellijk
in omgekeerd zin verlopen => snelheid ≈ 0 (maar 1 manier, altijd op smelt-, damp- of condensatielijn)
>< irreversibel: infinitesimale verandering ve onafhankelijke variabele parameter kan het
proces niet omkeren, natuurlijke processen (oneindig ≠ manieren)
>< reversibel id kinetiek: als er vr beide richtingen vd reactie een uitvoerbaar ‘mechanisme’
bestaat
15.4.2 Maximale arbeid
= als het proces reversibel verloopt bij eenzelfde proces
W = -∆(PomgV)
!! bij een irreversibel proces is de geleverde arbeid kleiner dan nodig!!!
15.5 Enthalpie
H = U + P.V (P = cte)
, qp = ∆H (P = cte en wnuttig = 0)
Zelfde toestand:
∆H
− Molaire warmtecapaciteit vd stof bij cte P: c p =
n.∆T
∆U
− Molaire warmtecapaciteit vd stof bij cte V: cv =
n.∆T
− Vaste stoffen en vloeistof: ∆V steeds klein => cp = cv
− Ideale gassen: cp = cv + R
− Waarden vr cp en cv nemen toe met toenemende grootte vd molecule en complexiteit in
samenstelling => mogelijkheid stijgt om toegevoegde warmte op te vangen door sterkere
vibratie en rotatie
Verandering in fysische toestand:
− Vr elke omzetting bij cte P: qp = ∆H (∆verdH bij verdamping, ∆smeltH bij smelten)
15.6 Thermodynamische standaardtoestand
Standaardomstandigheden:
− P = 1 bar (= 105 Pa = 0,987 atm)
− T = 298.15K (= 20°C)
− n = 1 mol
− c = 1 mol/l
− toestand: meest stabiele vorm bij 1 bar en geg temp
− superscript 0: ‘per mol keer’
− bv. ∆H0450: alle standaardvw’en voldaan, behalve T = 450K
15.7 Spontane processen en de entropie
Spontaan proces:
− gaat vanzelf door ie welbepaalde richting zonder noodzakelijke invloed vanuit de omgeving
− kan nuttige arbeid leveren
− irreversibel, om te spontaan proces om te keren is er arbeid nodig van buiten het systeem
(om systeem meer geordend te maken)
− snel of traag, exotherm of endotherm
− overgaan nr een minder geordende toestand, dus meer wanorde
Orde & wanorde:
− # equivalente schikkingen die mogelijk zijn vr de componenten ve systeem zonder de totale
energie vh systeem te wijzigen
− Elke macroschikking kan op ≠ microschikkingen gerealiseerd worden
− Meest wsl macroschikking = grootse aantal microschikkingen (W=6)
Entropie S:
− Toestandsfunctie, onafhankelijk vd gevolgde weg en alleen bepaald door begin en einde
− ∆S = SB – SA en ∆S = qrev/T (enkel bij reversibel proces)
− S = kBlnW (kB: Boltzmann-cte, W: # microschikkingen vr geg macroschikking)
15.8 De tweede hoofdwet vd thermodynamica
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller mariedewillemacker. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $7.52. You're not tied to anything after your purchase.
