Χρησιμοποιήστε την εξίσωση ελεύθερης ενέργειας Gibbs που φαίνεται παρακάτω για να καθορίσετε την περιοχή θερμοκρασίας για το οποίο η αποσύνθεση του KCIO4 είναι αυθόρμητη;

Ρωτάτε για την αποσύνθεση του αυθορμητισμού του υπερχλωρικού καλίου (KCLO₄). Δείτε πώς μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την Gibbs Free Energy για να το καταλάβουμε:

Η εξίσωση ελεύθερης ενέργειας Gibbs

Η μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας Gibbs (ΔG) σχετίζεται με την αλλαγή ενθαλπίας (ΔH), την αλλαγή εντροπίας (ΔS) και τη θερμοκρασία (t) με την ακόλουθη εξίσωση:

ΔG =ΔH - TΔS

Ο αυθορμισμός και η ελεύθερη ενέργεια Gibbs

* αυθόρμητες αντιδράσεις: Μια αντίδραση είναι αυθόρμητη (εμφανίζεται χωρίς εξωτερική είσοδο ενέργειας) όταν το ΔG είναι αρνητικό.

* ΜΗ ΣΤΟΜΕΡΟΜΕΝΟ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ: Μια αντίδραση είναι μη-συγγενική όταν το ΔG είναι θετική.

* Ισορροπία: Μια αντίδραση είναι σε ισορροπία όταν το ΔG είναι μηδέν.

αποσύνθεση του υπερχλωρικού καλίου

Η αποσύνθεση του υπερχλωρικού καλίου μπορεί να αντιπροσωπεύεται από την ακόλουθη εξίσωση:

Kclo₄ (s) → KCl (s) + 2o₂ (g)

Θερμοδυναμικά δεδομένα

Για να χρησιμοποιήσουμε την εξίσωση ελεύθερης ενέργειας Gibbs, χρειαζόμαστε την αλλαγή ενθαλπίας (ΔH) και την αλλαγή εντροπίας (ΔS) για αυτήν την αντίδραση. Αυτές οι τιμές μπορούν να βρεθούν σε τυπικούς θερμοδυναμικούς πίνακες:

* ΔH ° (τυπική αλλαγή ενθαλπίας): Περίπου +43,5 kJ/mol

* ΔS ° (τυπική αλλαγή εντροπίας): Περίπου +207 j/mol · k

Υπολογισμός της περιοχής θερμοκρασίας

1. Ρυθμίστε ΔG στο μηδέν: Δεδομένου ότι θέλουμε να βρούμε το εύρος θερμοκρασίας όπου η αντίδραση είναι αυθόρμητη, θα ρυθμίσουμε το ΔG ίσο με το μηδέν και θα λύσει για το Τ.

0 =ΔH ° - TΔS °

2. Αναδιατάξτε την εξίσωση για επίλυση για t:

T =ΔH ° / ΔS °

3. Αντικαταστήστε τις τιμές:

T =(43,5 kJ/mol)/(207 J/mol · k)

Σημείωση:Μετατροπή KJ σε J:T =(43500 J/mol)/(207 J/mol · K)

4. Υπολογίστε τη θερμοκρασία:

T ≈ 210 K

ερμηνεία

* Κάτω από 210 k: Η αντίδραση είναι αυθόρμητη επειδή η Δg θα είναι αρνητική.

* πάνω από 210 k: Η αντίδραση είναι μη προσωπική επειδή η ΔG θα είναι θετική.

* στα 210 K: Η αντίδραση είναι σε ισορροπία.

Σημαντικές εκτιμήσεις

* Προϋποθέσεις πραγματικού κόσμου: Αυτός ο υπολογισμός προϋποθέτει τυποποιημένες συνθήκες (298 K και 1 atm). Στην πραγματικότητα, η θερμοκρασία αποσύνθεσης μπορεί να είναι διαφορετική υπό διαφορετικές πιέσεις ή παρουσία καταλυτών.

* Ενέργεια ενεργοποίησης: Ενώ θερμοδυναμικά ευνοϊκή κάτω από 210 K, η αποσύνθεση μπορεί να είναι ακόμα αργή λόγω ενός υψηλού φραγμού ενέργειας ενεργοποίησης.

Συμπέρασμα

Με βάση την εξίσωση Gibbs Free Energy, η αποσύνθεση του Kclo₄ είναι αυθόρμητη κάτω από μια θερμοκρασία περίπου 210 K .