Thermodynamica

[choco-and-cheese]

Ik heb eigenlijk 2 problemen die ik tegengekomen ben bij volgende opgave:

Bereken de temperatuur (in K) waarbij volgend dynamisch evenwicht H₂O_(l)--->H₂O_(g) zich instelt bij 1 atm en vertrekkend van 1 mol water?

GEGEVEN

eindproduct:

Δ_fH° = -241800 J/mol

S° =188 J/mol.K * 298,15 K = 56290,72 J/mol

Δ_fG° = -228600 J/mol



beginproduct:

Δ_fH° = -285800 J/mol

S° = 70 J/mol.K * 298,15 K = 20870 J/mol

Δ_fG° = -237100 J/mol

Nu is er al een eerste probleem dat zich stelt. Als ik Δ_fG° bereken kom ik een andere waarde uit dan die in de tabel vermeld staat:

eindproduct: -241800 J/mol - 56290,72 J/mol = -298090,72 J/mol

beginproduct: -285800 J/mol - 20870 J/mol = -306670 J/mol

Op welke waardes mag ik verder gaan?

Immers voor de reactie geldt:

ΔG°= ΔG°eindproduct - ΔG°beginproduct = -298090,72 J/mol- (-306670 J/mol) = 8579,78 J/mol

Gegeven is ook de volgende formule waaruit we de temperatuur willen berekenen:

Δ_fG = Δ_fG° + R*T*lnQ

Ik denk dat bij evenwicht en dus equimolaire concentraties geldt:

0 = 8579,78 J/mol + 8,314 J/mol.K*T*ln(1)

Echter, ln(1) = 0 dus dan blijft slechts dit stukje over van de formule:

0 = 8579,78 J/mol

Hoe kan je dus de temperatuur bepalen of moet ik Q (reactiequotiënt) eerst berekenen? Zoja, hoe kan ik dit doen als er 2 onbekenden in één vergelijking staan?

[Fred F.]

Allereerst: er is hier geen sprake van een reactie.

Ten tweede: gebruik liever K in plaats van Q voor het evenwichtsquotient. Dat doet de rest van de wereld ook want Q wordt in de thermodynamica immers gebruikt voor toegevoerde warmte.

Nu is er al een eerste probleem dat zich stelt. Als ik Δ_fG° bereken kom ik een andere waarde uit dan die in de tabel vermeld staat:

..............

Op welke waardes mag ik verder gaan?

Gebruik de waardes uit de tabel.

Δ_fG = Δ_fG° + R*T*lnQ

Ik ken de nomenclatuur in jouw cursusboek niet maar ik zou verwachten dat er iets staat in de trant van: Δ_fG_T = Δ_fG°_T + R*T*lnK

Het gaat dus niet om de standaard Δ_fG° bij 298,15 K maar om die bij de onbekende (te berekenen) temperatuur T.

[choco-and-cheese]

Dit antwoord lijkt me dus ook logisch als er een thermodynamisch evenwicht heerst.

Maar terugkomend op mijn eerste probleem. Hoe komt het dat als ik de ΔG° bereken op basis van de getabelleerde(*) ΔH° waardes en S°-waardes (wat ik dus heb gedaan) via de alom bekende formule ΔG° = ΔH° - (S° * T) telkens een andere ΔG° waarde uitkom dan deze die in mijn tabel terug te vinden is?

Ik maak toch geen berekeningsfouten, dus waaraan ligt het dan?



* de gegevens komen uit het CRC boek 2010-2011, sectie 5-2 & 5-13

[Fred F.]

De standaard Δ_fG° en Δ_fH° zijn voor de elementen (in hun normaal voorkomende toestand) bij 25 ^oC en 1 atm (of 1 bar) per definitie op 0 (nul) J/mol gesteld.

Kijk maar eens in zo'n tabel met standaard waarden.

Dat is een internationale afspraak.

Als gevolg daarvan kun je Δ_fG° niet eenvoudig berekenen uit Δ_fH° en S° zoals jij wilt doen.

S° is op 0 J/mol.K gesteld voor ideaal gas bij 0 Kelvin.

[choco-and-cheese]

Dus samengevat: ΔH° en ΔG° bedragen bij conventie 0 (bij 25°C en 1atm), maar van zodra deze reageren tot een verbinding dan worden ΔH° en ΔG° gemeten door wetenschappers. Klopt dit?

Vreemd dat je bij 0K het symbool S° gebruikt, want bij conventie zou dit ° teken alleen maar mogen worden toegepast bij 25°C en 1atm, toch?

Ik denk trouwens dat de entropie bij 0 K bij de meeste verbindingen gewoon 0 is.

[Fred F.]

Dus samengevat: ΔH° en ΔG° bedragen bij conventie 0 (bij 25°C en 1atm)

Δ_fH° en Δ_fG° bedragen voor de elementen bij conventie 0 (bij 25°C en 1atm).

maar van zodra deze reageren tot een verbinding dan worden ΔH° en ΔG° gemeten door wetenschappers. Klopt dit?

Ik weet niet wat je hier met ΔH° en ΔG° bedoelt, maar ik denk dat mijn antwoord nee is. Zie laatste regel van dit bericht.

Vreemd dat je bij 0K het symbool S° gebruikt, want bij conventie zou dit ° teken alleen maar mogen worden toegepast bij 25°C en 1atm, toch?

Nee, het ° teken heeft alleen betrekking op 1 atm, niet op een bepaalde temperatuur.

Meer algemeen heeft in de thermodynamica het ° teken betrekking op de ideale gas toestand.

Ik denk trouwens dat de entropie bij 0 K bij de meeste verbindingen gewoon 0 is.

Ja.

Helaas gebruiken verschillende boeken, en andere bronnen, verschillende schrijfwijzes. Vroeger werden Δ_fH° en Δ_fG° geschreven als H_f° of h_f° en G_f° of g_f° en sommigen doen dan nog steeds (zoals Moran & Shapiro). Het voordeel van deze schrijfwijze is dat het veel duidelijker is wat men bedoelt als men een Δ als prefix gebruikt, dat is dan altijd een verschil. Tegenwoordig moet je je eerst verdiepen in de nomenclatuur van een boek of bron voordat je begrijpt wat men werkelijk bedoelt.

[choco-and-cheese]

Bedankt voor de reacties, het is stof tot nadenken en ik heb de vreselijke neiging om altijd een beetje van mijn hoofdvraag af te wijken.

Terug to-the-point, vandaag heb ik de vraag gesteld welk nut lnQ (reactiequotiënt) heeft aan degene die de cursus heeft mee helpen opstellen. De uitleg is als volgt, citaat:

"K staat in de cursus gedefinieerd als Q bij evenwichtsconcentraties. Q kan je echter op elk moment in de reactie berekenen (zo bereken je Q met de beginconcentraties om te zien of je reactie doorgaat of niet.) of om te zien hoever de reactie nog van evenwicht verwijderd is.

Dus als je Q door K wilt vervangen moet je wel eerst zeker zijn dat het om het reactiequotiënt bij evenwicht gaat. Als je Q gebruikt als symbool ben je echter altijd juist."