Upload
todd-coffey
View
85
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
תרמודינמיקה. החוק השני של התרמודינמיקה אנרגיה חופשית בתהליכים עבודה מקסימלית. לפי מצגת של אילנה זהר, מה"ד ירושלים. יקום D S - האנטרופיה של היקום והחוק השני של התרמודינמיקה. כל תהליך ספונטני מלווה עליה באנטרופיה של היקום. במצב שיווי משקל אין שינוי באנטרופיה של היקום. עבור תגובה כימית:. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
oהחוק השני של התרמודינמיקהoאנרגיה חופשית בתהליכיםoעבודה מקסימלית
לפי מצגת של אילנה זהר, מה"ד ירושלים
- האנטרופיה של היקום והחוק - האנטרופיה של היקום והחוק SSיקוםיקום
השני של התרמודינמיקההשני של התרמודינמיקה
St 0
כל תהליך ספונטני מלווה עליה באנטרופיה של •היקום. במצב שיווי משקל אין שינוי באנטרופיה
של היקום.עבור תגובה כימית:
St = Sמערכת+ Sסביבה
StSt כמדד כמדד סביבהS +מערכתSt = Sלהתרחשות תגובהלהתרחשות תגובה
סוג התגובההאנטרופיה
Iהמערכת IIהיקום הסביבה
אקסותרמית
אקסותרמית
אנדותרמית
עולהעולה
עולה
עולה
יורדת
יורדת
עולה תמיד
עולה אם II<I
עולה אם II>I
S0S0=לתגובה
S0- תוצריםמגיבים S H
Tסביב
ה
מערכת
שלושה מצבים שונים בהם תהיה עליה באנטרופיה של היקום :
מבחינת החוק השני של התרמודינמיקה מספיקה עליה מזערית באנטרופיה של התבל לביצוע
תגובה. לכן אפשרי שכמעט כל היתרה מעל האפס תנוצל לביצוע עבודה.
Wmax= TSt
יכולה לבצע עבודה. St < 0כל מערכת שעבורה גם מערכת אנדותרמית יכולה לבצע עבודה אם
היא מלווה עליה משמעותית באנטרופיה.
WWהעבודה שיכולה לבצע מערכת - העבודה שיכולה לבצע מערכת -
GG השינוי באנרגיה החופשית - האנרגיה - השינוי באנרגיה החופשית - האנרגיה - שניתנת לניצול כעבודה.שניתנת לניצול כעבודה.
G = -Wmax
Wmax = TSt
G = - TSt = -T(S-H/T)
G = H - TS
והחוק השני ניתן להסיק ש- והחוק השני ניתן להסיק ש-G = -TG = -TStStמהנוסחה: מהנוסחה:
G>0התגובה לא מתרחשת ספונטנית
G<oהתגובה מתרחשת ספונטנית
G = 0התגובה בשיווי משקל
GG00 האנרגיה החופשית בתנאי - האנרגיה החופשית בתנאי - תקןתקן
H0 S0.המחושבים אינם תלויים בטמפרטורה
G0. ניתן לחשב בעזרתם את 2T :לפי הנוסחה
G0T = H0 - S0
G0f האנרגיה החופשית בתגובה בה נוצרת -
תרכובת מיסודותיה היציבים בתנאי תקן.
G0 = 0עבור יסודות: f
GG00דרכים לחישוב דרכים לחישוב
G0. לפי 1f מנתונים בספר הנתונים
G0 -שיחושב בדרך זו יתאים רק לK 298 = T.
G G Gf f0 0 0
תוצרים מגיבים
עבור תהליך שריפה של G0 – חישוב 1תרגיל G0מתאן מנתוני
f .
CH4(g)+ 2O2(g) CO2(g)+2H2O(l)G0 = - 818 KJ)
. עפ”י המשוואה:. עפ”י המשוואה:22
G0T = H0 - S0
מניחים ש- .Tהחישוב מתאים לכל טמפרטורה H0 , S0 המחושבים לתנאי תקן אינם משתנים עם
השינוי בטמפרטורה.
לתגובת השריפה G0 לדוגמא - חשבו את 2תרגיל . )פתרון בשקף הבא(K 800של מתאן ב-
22פתרון תרגיל פתרון תרגיל CH4(g) + 2O2(g) CO2(g)+ 2H2O(l)
H0f k.j
S j/0k
-74.8
186.2
0
2•205 213.6
-393.5
70•2
-285.9•2
H0 = -393.50 - 285.9*2 + 74.8 = -890.5 kj
S0 = 213.6 + 70*2 - 186.2 -2*205 = -242.6 j/mol•k
G0800= -890.5 - 800*(-242.6/1000) = -696.4 kj
לתיאום שימו היחידות!
סוג התגובה°G°TS°Hאופי התגובה
ספונטנית בכל טמפרטורה
אקסותרמישליליחיובישלילי תמידת
|<|°H|ספונטנית אם TS|°
)טמפרטורות נמוכות(
|<|°H|שלילי אם TS|°
אקסותרמישלילישלילית
|>|°H|ספונטנית אם TS|°
)טמפרטורות גבוהות(
|>|°H|שלילי אם TS|°
אנדותרמיתחיוביחיובי
לא ספונטנית בכל טמפרטורה
אנדותרמיתחיובישליליחיובי תמיד
חישוב הטמפרטורה בה תתרחש התגובה באופן ספונטני
G0T = H0 - S0
H0 -0 וS אינם תלויים בטמפ. לכן ניתן לחשב בכל טמפרטורה. G0בעזרתם את
H0 - S0 > 0
H0 - S0 < 0
H0 - S0 = 0
- התגובה נוטה למגיבים
- התגובה נוטה לתוצרים
K=1 - מצב שיווי משקל מולר(. קיימת רק 1כי הריכוזים תיקניים )
G0 = 0טמפ’ שיווי משקל אחת עבורה בתנאי תקן.
מציאת תחום הטמפ' בו תתרחש תגובה נתונה באופן ספונטני:
:°S ו- °Hלפי הסימן של ללא חישוב בשני מקרים ניתן לענות על השאלה
עבור כל טמפרטורה: S° > 0 G° < 0 ו- H° < 0כאשר: •
התגובה ספונטנית בכל טמפרטורה
עבור כל טמפרטורה: S° < 0 G° > 0 ו- H° > 0כאשר: •
התגובה איננה ספונטנית בכל טמפרטורה
בשני מקרים יש לחשב את תחום הטמפרטורה בו התגובה ספונטנית:
S° > 0 ו- H° > 0כאשר: •
S° < 0 ו- H° < 0כאשר: •
תחום הטמפרטורות בו התגובה ספונטנית הוא התחום שמקיים את אי השיוויון:
H0 - S0 < 0
°°GGתאור גרפי של תאור גרפי של
G0האנרגיה החופשית T היא פונקציה של הטמפרטורה
הנוסחה:
היא נוסחה של קו ישר:
ניתן לקבל את הגדלים התרמודינמיים מתוך הגרף:
G0T = H0 - S0
Y = aX + b
שיפוע הקו:
a = - S
נק’ החיתוך עם ציר Y:
b = H
G0
בH0
G0
ג
H0
G0
H0ד
G0התגובה תתרחש באופן ספונטני באזור בו
שלילי.
4קיימות G0אפשרויות:
א
H0 T
H° < 0S° > 0
H° > 0S° > 0
H° < 0S° < 0
H° > 0S° < 0
השפעת הטמפרטורה על מידת התרחשות התגובה - הסבר גרפי
G
T
G
T
1
23
4
התגובה נוטה פחות להתרחש ככל ’. הטמפ שעולה
- תגובה שיכולה להיות 2במקרה ותתרחש’ אקסו התגובהבשיווי משקל
.משיווי משקל’ מטמפ נמוכה’ בטמפ
התגובה ’( אנדו - )תגובה1במקרה בחימום ’. טמפ לא תתרחש בשום
.תתרחש פחות
התגובה נוטה יותר להתרחש ככל ’. הטמפ שעולה
- תגובה שיכולה להיות 3במקרה ’ אנדו התגובהבשיווי משקל
’ מטמפ גבוהה’ בטמפ ותתרחש.משיווי משקל
התגובה ’( אקסו - )תגובה4במקרה בחימום ’. טמפ תתרחש בכל. תתרחש יותר
התגובה מתרחשת - G - ספונטנית
שלילי
כפונקציה של הטמפרטורה וניתוחן.Gעקומות
m
b
4Na + O2 ----> 2Na2O
Go kj/m
ol
T / oK
מה מבטא שיפוע העקומה?•
נסחו את התגובות המתאימות •
לאזורים השונים בגרף.
הסבירו את השינויים בשיפוע •
העקומה.
מה לדעתכם יהיה שיפוע העקומה •
בטמפרטורות גבוהות בהם כל
החומרים גזים? נמקו
0
I
II
III
מה יקרה כאשר אחד ממרכיבי המערכת ישנה את מצב הצבירה שלו?
תשובותתשובות- של התהליך.Sמה מבטא שיפוע העקומה? •נסחו את התגובות המתאימות לאזורים השונים בגרף. •
• )I( 4Na)s( + O2)g( 2Na2O)s(
• )II( 4Na)l( + O2)g( 2Na2O)s(
• )III( 4Na)g(+ O2)g( 2Na2O)s(
.הסבירו את השינויים בשיפוע העקומה•
יש שבירה בעקומה בשל שינוי מצב צבירה של אחד ממרכיבי התגובה. שינוי מצב
של התגובה שלילי DSהצבירה גורם לשינוי באנטרופיה של התגובה. מאחר ש
( שינויי מצב הצבירה במגיב גורמים לו להיות שלילי יותר ואז שיפוע Iבמצב )
העקומה נעשה חיובי יותר.
4מה לדעתכם יהיה שיפוע העקומה בטמפי גבוהות בהן כל החומרים Na)g(
+O2)g( 4Na+)g(+ 2O2-
)g( גזים? נמקו
• S.של התגובה יהיה חיובי )במגיבים פחות מולים( ולכן השיפוע שלילי
עקומות אלינגהם: