Aantekeningen van het vak reactiesturing, waarbij de onderwerpen Gibbs energie, enthalpie, entropie, evenwichten, snelheidsvergelijkingen, halfwaardetijden, ordebepalingen, activeringsenergie, volg en neven reacties, katalyse, zeolieten en liganden in voorkomen
WC 1: Enthalpie en entropie
Thermodynamica
“Warmtebeweging” of “warmtestroming”
energiehuishouding van chemische processen (warmte, arbeid, inwendige energie, zie
Fysische Chemie)
Antwoorden op vragen als:
Is een reactie endotherm of exotherm?
Ligt een evenwicht links of rechts? En waar precies?
Wat is de invloed van de reactieomstandigheden (p, T) op de evenwichtsligging?
Voorbeeldberekeningen: zie cursussite en Atkins
Energiestromen bij elektrolyse van water
Toestandsgrootheid
Veel grootheden waaraan je gaat rekenen, zijn toestandsgrootheden
Toestand: gegeven p, T, samenstelling
Toestandsgrootheid: het verschil tussen waarden bij een begintoestand A en een
eindtoestand B hangt niet af van de route van A naar B
Toestandsgrootheid: hoogteverschil, afstand tussen A en B
Wegfunctie: tijd om van A naar B te komen, benodigde benzine, totale wrijving
Reactiewarmte: enthalpie
Warmte, symbool q, is een vorm van energie
Reacties hebben een warmte effect:
endotherm = reactie vraagt warmte
exotherm = bij de reactie komt warmte vrij
,Reactie enthalpie: warmte effect bij constante druk: ΔH ≡ qp
Symbool: ΔrHo
H: enthalpie (“heat”), eenheid J
o
: standaardcondities → (partiële) druk van 1 bar, concentraties van 1 mol·L-1
r: reactie
Δ: verschil: de reactiewarmte is de enthalpie van de producten min die van de
uitgangsstoffen
Gegevens uit tabellen
In tabellen ΔfHo -waarden: reactiewarmte bij vorming van de stof uit de elementen in
standaardvorm bij standaarddruk en -concentratie
standaardvorm: H2 (g), O2 (g), Fe (s), C (s) grafiet
ΔfHo = vormingsenthalpie
f = formation, vorming
o
= standaard: totaaldruk of deeldruk (gassen) is 1 bar, voor opgeloste stoffen is de
concentratie 1 mol·L-1
• ΔfHo voor O2 (g) met een deeldruk van 1 bar is 0 kJ·mol-1, want element in standaardvorm
• ΔfHo ≡ 0 voor elementen in standaardvorm bij 1 bar
• ΔfHo voor H2O (l) is - 285,83 kJ.mol-1, voor H2O (g) - 241,82 kJ.mol-1
Vormingsenthalpie
ΔfHo voor H2O (l) is - 285,83 kJ.mol-1
Vorming uit de elementen: H2(g) + ½ O2(g) ⇌ H2O(l)
→ vorming van 1 mol H2O (l) uit H2(g) en O2(g) geeft - 285,83 kJ warmte
→ ΔfHo < 0 → de reactie is exotherm
Berekenen ΔrHo
Bij tabel temperatuur (in Atkins 298 K)
ΔrHo = ΔfHoe – ΔfHob (e = eindtoestand; b = begintoestand)
bijvoorbeeld bij een verandering van aggregatietoestand
ΔrHo is dan een smeltwarmte, verdampingswarmte etc.
Chemische reactie:
ΔrHo = ΔfHoproducten – ΔfHouitgangsstoffen
Let op mintekens en coëfficiënten
,ΔrHo bij T ≠ 298 K: wet van Kirchhoff
Andere T dan Ttabel:
ΔrHo (T) = ΔrHo (Ttabel) + Δcpo (T – Ttabel)
met:
ΔrH° = ΔfHoe – ΔfHob (= bij reactie: producten - uitgangsstoffen)
Δcpo = cop,e – cop,b (aanname Δcpo ≠ f(T))
Let op mintekens en coëfficiënten
Δcpo - correctie in absolute zin meestal klein, en daarom vaak weggelaten:
ΔrHo (T) = ΔrHo (Ttabel) + Δcpo (T – Ttabel)
Correctie leidt soms tot omslag endotherm → exotherm of omgekeerd
Entropie
wanorde wordt uitgedrukt in de grootheid entropie (S)
Tweede hoofdwet van de thermodynamica:
een proces is spontaan als de totale entropie toeneemt
Waarden in tabellen
Derde hoofdwet: kristallijne stof bij 0 K heeft geen wanorde
→ S = 0 → S heeft een absoluut aftelpunt
in tabellen Smo bij Ttabel: de absolute entropie per mol
niet de ΔfSo bij vorming uit de elementen
Voorbeeld: Smo voor water is 69,91 J·K-1·mol-1
o
= standaard: 1 bar en 1 mol·L-1 (opgeloste stoffen)
- eenheid S is J.K-1
- S is een t.f.
o
Sm waarden zijn absoluut
Entropieverandering bij T constant
Warmteoverdracht bij constante temperatuur (bijv. bij constante reactietemperatuur):
q
∆ S=
T
- q= warmtetoevoer (J)
- T= temperatuur (K)
- ΔS: verandering in S (J·K-1)
500 J warmte aan een systeem toevoegen:
bij 25 oC: ∆S=500/298= 1,86 J*K-1
Bij 125 C: ∆S=500/398 = 1,26 J*K-1
Toegevoerde warmte minder invloed op ∆S als T hoger is.
Overgang van aggregatietoestand (p,T constant), bijvoorbeeld smelten :
Bij p constant: c = cp
Voorbeeld: ΔS bij verwarmen 2 mol water van 25 oC naar 75 oC
Te 348
∆ S=n ∙ c p ∙ ln =2 ∙ 75,291∙ ln =23,36J*K-1
Tb 298
ΔS bij een proces of reactie
Bij temperatuur tabel berekenen vanuit Sm en het aantal mol in de begin- en eindtoestand
volgens:
(bij reactie: producten - reactanten)
Bij willekeurige T anders dan Ttabel:
0 0
∆ r S (T )=S e ¿
WC 3: Gibbs energie en evenwicht
Wat als p van een gas ≠ 1 bar?
∆fG (p) ≈ ∆fGo + RT·ln(p) met p de deeldruk in bar (in de tabel staat alleen in standaard
conditities)
Vloeistoffen en vaste stoffen: ∆fG (p) ≈ ∆fGo (de druk is vrijwel onafhankelijk, er is een groot
drukverschil nodig. Dit geldt alleen als er geen faseovergang is)
Voorbeeld: O2 (g) in lucht bij 25 °C:
∆fGo = 0 kJ.mol-1 (want element in standaardvorm) p = 0,2 bar (deeldruk van O2 in lucht)
→ ∆fG = 0·103 + 8,31·298·ln 0,2 = -3,99 kJ·mol-1 (let op absolute temperatuur in K)
2 systemen
1 bar O2 en 0,2 bar O2 dan loopt de reactie bij deze systemen is de Gibbsenergie negatief
Wat als c van een opgeloste stof ≠ 1 M?
Fysische chemie: verdunde oplossing en ideaal gas vertonen analoog gedrag
Je kan als c niet gelijk aan 1 M, kan je dat vergelijken met gedrag in verdunde oplossing
Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:
√ Verzekerd van kwaliteit door reviews
Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!
Snel en makkelijk kopen
Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, Bancontact of creditcard voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.
Focus op de essentie
Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!
Veelgestelde vragen
Wat krijg ik als ik dit document koop?
Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.
Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?
Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.
Van wie koop ik deze samenvatting?
Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper marloesmeulen. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €6,99. Je zit daarna nergens aan vast.
