FYSICOCHEMIE C3 (H5, H6 &
KERNCHEMIE)
Samenvatting periode 3 & 4
Yara Heselmans
2018 - 2019
, Herhaling periode 1 & 2
De inwendige energie van een systeem (DU) is het geheel van alle vormen van energie die dat
systeem of die stof bezit.
Het enthalpieverschil (DH) tussen twee toestanden bij constante druk gelijk is aan de totale
opgenomen of afgestane hoeveelheid warmte.
In de tabellen wordt de standaard enthalpie (DH0298) gegeven. Dit is de enthalpieverandering
voor reacties waarbij de reagentia naar producten worden omgezer bij een druk van 1 bar en
een temperatuur van 25°C.
Wet van Hess: de totale uitgewisselde warmte in een chemische reactie is steeds even groot,
ongeacht of de reactie in 1 of meerdere stappen plaatsgrijpt. Dit is omdat de reactie-
enthalpie een toestandsfunctie is dus niet afhangt van welk pad wordt gevolgd.
DH = Hprod. – Hreag.
Een negatieve enthalpieverandering duidt erop dat de reactie exotherm is. Bij een positieve
enthalpieverandering is de reactie endotherm.
De standaardvormingsenthalpie (DH0f) van een verbinding is de standaardreactie-enthalpie
(DH0298) van een vormingsreactie. Bij een vormingsreactie wordt 1 mol van de verbinding
gevormd uit zijn samenstellende elementen in hun meest stabiele aggregatietoestand.
De verbrandingsenthalpie (DH0c) is de standaardreactie-enthalpie van een
verbrandingsreactie. Bij een verbrandingsreactie wordt 1 mol van een verbinding volledig
verbrand tot CO2 en H2O.
Om de reactie-enthalpie bij een temperatuur verschillend van 298K te berekenen wordt
𝑻
volgende formule gebruikt: DH0T = DH0298 + ∫𝟐𝟗𝟖 ∆𝑪𝒑 . 𝒅𝑻 met ∆𝐶- = Cp (prod.) – Cp (reag.)
Entropie (S) = maat voor de graad van wanorde.
De entropie van het universum neemt toe wanneer er een spontaan proces plaatsgrijpt.
Entropieverandering (DS) = de hoeveelheid warmte die wordt toegevoerd bij een reversibel
proces gedeelt door de temperatuur waarbij het proces plaatsvindt.
Voor reversibele processen is DSuniversum = 0
Voor irreversibele processen is DSuniversum > 0
Een positieve DSuniversum duidt op een spontaan proces. Een negatieve DSuniversum duidt op een
geforceerd proces.
, Hoofdstuk 5: Spontaneiteit bij chemische
reacties: de Gibbs energie
5.1 De noodzaak aan een handiger criterium voor spontaneïteit
Vorige periode zagen we als een spontaan proces gepaard gaat met een toename van de
entropieverandering van het universum. De entropieverandering van het universum omvat
zowel de enetropieverandering van het systeem als ook die van de omgeving.
DSuniversum = DSsysteem + DSomgeving
De entropieverandering van het systeem wordt bepaald m.b.v. volgende vergelijking:
𝟐 𝒅𝒒
DSsysteem = ∫𝟏 𝒓𝒆𝒗
𝑻
Onrechtstreeks kunnen we ook de entropieverandering van een irreversiebel proces bepalen.
De entropieverandering van een chemische verandering wordt dan weer bepaald a.d.h.v.
volgende vergelijking:
DSsysteem = ∑4𝑺𝒑𝒓𝒐𝒅. 7 − ∑4𝑺𝒓𝒆𝒂𝒈. 7
De entropieverandering van de omgeving is niet zo simpel te bepalen en net hierdoor is het
nadeling om DStotaal als aanwijzing voor de spontaneïteit van een proces te gebruiken.
Daarom voert men een nieuwe thermodynamische grootheid in, namelijk de Gibbs energie
(G) die enkel gebruik maakt van de eigenschappen van het systeem om iets over de
spontaneïteit van het proces.
5.2 De Gibbs energie
Bij een spontaan proces is de totale entropieverandering positief (DStotaal > 0).
Als dit proces bij een constante temperatuur verloopt dan is de entropieverandering van de
omgeving gelijk aan de door de omgeving opgenomen of afgestane warmte gedeeld door de
(constante) temperatuur.
Omdat deze warmte even groot is als de door het systeem opgenomen of afgestane warmte
(q), maar van tegengesteld teken mogen we het volgende schrijven:
;
DSomgeving = - <
Als dit proces bij constante druk verloopt, dan geldt: q = DHsysteem
à De entropieverandering van de omgeving volgt rechtstreeks uit de enthalpieverandering
D=>?>@AAB
van het systeem: DSomgeving = - <
, Dit is logisch: warmtetoevoer naar de omgeving (DHsysteem < 0 ) verhoogt de thermische
energie en dus de graad van wanorde (DSomgeving > 0 ).
Als we dit invullen in de vergelijking van de totale entropieverandering krijgen we:
D=>?>@AAB
DStotaal = DSsysteem -
<
Subscriptie ‘systeem’ weglaten
DC
DStotaal = DS - <
Vermenigvuldigen met - T
- T . DStotaal = DH - DS . T
Invoeren van Gibbs energie G
G=H–T.S
Bij constante temperatuur
DG = DH – T . DS = -T . DStotaal
H, T en S zijn toestandsfuncties à G is ook een toestandsfunctie.
Een systeem in een bepaalde toestand heeft dus een bepaalde Gibbs energie (G) en de
verandering in Gibbs energie (DG) tijdens een proces kan gevonden worden door:
DG = G2 – G1
5.3 Het teken van DG als ‘nieuw’ spontaneïteitscriterium
De twee termen in DG, namelijk DH en T. DS komen oorspronkelijk uit DSomgeving en DSsysteem.
Uiteindelijk kan de Gibbs energie G wel enkel gedefinieerd worden door de eigenschappen
van het systeem (G = H – T . Ssysteem).
We kunnen nu de spontaneïteit bepalen m.b.v. de Gibbs energie verandering (DG). De Gibbs
energie van een systeem zal dalen wanneer het een spontaan proces ondergaat. (want een
positieve DStotaal geeft een negatieve DG).
KERNCHEMIE)
Samenvatting periode 3 & 4
Yara Heselmans
2018 - 2019
, Herhaling periode 1 & 2
De inwendige energie van een systeem (DU) is het geheel van alle vormen van energie die dat
systeem of die stof bezit.
Het enthalpieverschil (DH) tussen twee toestanden bij constante druk gelijk is aan de totale
opgenomen of afgestane hoeveelheid warmte.
In de tabellen wordt de standaard enthalpie (DH0298) gegeven. Dit is de enthalpieverandering
voor reacties waarbij de reagentia naar producten worden omgezer bij een druk van 1 bar en
een temperatuur van 25°C.
Wet van Hess: de totale uitgewisselde warmte in een chemische reactie is steeds even groot,
ongeacht of de reactie in 1 of meerdere stappen plaatsgrijpt. Dit is omdat de reactie-
enthalpie een toestandsfunctie is dus niet afhangt van welk pad wordt gevolgd.
DH = Hprod. – Hreag.
Een negatieve enthalpieverandering duidt erop dat de reactie exotherm is. Bij een positieve
enthalpieverandering is de reactie endotherm.
De standaardvormingsenthalpie (DH0f) van een verbinding is de standaardreactie-enthalpie
(DH0298) van een vormingsreactie. Bij een vormingsreactie wordt 1 mol van de verbinding
gevormd uit zijn samenstellende elementen in hun meest stabiele aggregatietoestand.
De verbrandingsenthalpie (DH0c) is de standaardreactie-enthalpie van een
verbrandingsreactie. Bij een verbrandingsreactie wordt 1 mol van een verbinding volledig
verbrand tot CO2 en H2O.
Om de reactie-enthalpie bij een temperatuur verschillend van 298K te berekenen wordt
𝑻
volgende formule gebruikt: DH0T = DH0298 + ∫𝟐𝟗𝟖 ∆𝑪𝒑 . 𝒅𝑻 met ∆𝐶- = Cp (prod.) – Cp (reag.)
Entropie (S) = maat voor de graad van wanorde.
De entropie van het universum neemt toe wanneer er een spontaan proces plaatsgrijpt.
Entropieverandering (DS) = de hoeveelheid warmte die wordt toegevoerd bij een reversibel
proces gedeelt door de temperatuur waarbij het proces plaatsvindt.
Voor reversibele processen is DSuniversum = 0
Voor irreversibele processen is DSuniversum > 0
Een positieve DSuniversum duidt op een spontaan proces. Een negatieve DSuniversum duidt op een
geforceerd proces.
, Hoofdstuk 5: Spontaneiteit bij chemische
reacties: de Gibbs energie
5.1 De noodzaak aan een handiger criterium voor spontaneïteit
Vorige periode zagen we als een spontaan proces gepaard gaat met een toename van de
entropieverandering van het universum. De entropieverandering van het universum omvat
zowel de enetropieverandering van het systeem als ook die van de omgeving.
DSuniversum = DSsysteem + DSomgeving
De entropieverandering van het systeem wordt bepaald m.b.v. volgende vergelijking:
𝟐 𝒅𝒒
DSsysteem = ∫𝟏 𝒓𝒆𝒗
𝑻
Onrechtstreeks kunnen we ook de entropieverandering van een irreversiebel proces bepalen.
De entropieverandering van een chemische verandering wordt dan weer bepaald a.d.h.v.
volgende vergelijking:
DSsysteem = ∑4𝑺𝒑𝒓𝒐𝒅. 7 − ∑4𝑺𝒓𝒆𝒂𝒈. 7
De entropieverandering van de omgeving is niet zo simpel te bepalen en net hierdoor is het
nadeling om DStotaal als aanwijzing voor de spontaneïteit van een proces te gebruiken.
Daarom voert men een nieuwe thermodynamische grootheid in, namelijk de Gibbs energie
(G) die enkel gebruik maakt van de eigenschappen van het systeem om iets over de
spontaneïteit van het proces.
5.2 De Gibbs energie
Bij een spontaan proces is de totale entropieverandering positief (DStotaal > 0).
Als dit proces bij een constante temperatuur verloopt dan is de entropieverandering van de
omgeving gelijk aan de door de omgeving opgenomen of afgestane warmte gedeeld door de
(constante) temperatuur.
Omdat deze warmte even groot is als de door het systeem opgenomen of afgestane warmte
(q), maar van tegengesteld teken mogen we het volgende schrijven:
;
DSomgeving = - <
Als dit proces bij constante druk verloopt, dan geldt: q = DHsysteem
à De entropieverandering van de omgeving volgt rechtstreeks uit de enthalpieverandering
D=>?>@AAB
van het systeem: DSomgeving = - <
, Dit is logisch: warmtetoevoer naar de omgeving (DHsysteem < 0 ) verhoogt de thermische
energie en dus de graad van wanorde (DSomgeving > 0 ).
Als we dit invullen in de vergelijking van de totale entropieverandering krijgen we:
D=>?>@AAB
DStotaal = DSsysteem -
<
Subscriptie ‘systeem’ weglaten
DC
DStotaal = DS - <
Vermenigvuldigen met - T
- T . DStotaal = DH - DS . T
Invoeren van Gibbs energie G
G=H–T.S
Bij constante temperatuur
DG = DH – T . DS = -T . DStotaal
H, T en S zijn toestandsfuncties à G is ook een toestandsfunctie.
Een systeem in een bepaalde toestand heeft dus een bepaalde Gibbs energie (G) en de
verandering in Gibbs energie (DG) tijdens een proces kan gevonden worden door:
DG = G2 – G1
5.3 Het teken van DG als ‘nieuw’ spontaneïteitscriterium
De twee termen in DG, namelijk DH en T. DS komen oorspronkelijk uit DSomgeving en DSsysteem.
Uiteindelijk kan de Gibbs energie G wel enkel gedefinieerd worden door de eigenschappen
van het systeem (G = H – T . Ssysteem).
We kunnen nu de spontaneïteit bepalen m.b.v. de Gibbs energie verandering (DG). De Gibbs
energie van een systeem zal dalen wanneer het een spontaan proces ondergaat. (want een
positieve DStotaal geeft een negatieve DG).
