1.
Werkzitting 10:
Thermodynamica – deel 2
Prof. Dr. Stijn Van Cleuvenbergen
Melina Ghesquiere
Arne Sinnesael
Charlotte Dekimpe
~ Theorie: Hoofdstuk X-XII

2.
• Voorbereiding online
• 1 contactuur
• Vragen mogelijk via e-mail:
• Arne.sinnesael@kuleuven.be
• charlotte.dekimpe@kuleuven.be
Werkvorm WZ9

3.
Eerste hoofdwet
ΔU = q + w (=warmte+arbeid) U=inwendige energie
Bij constante druk (qP=ΔH en w=PV-arbeid=-P ΔV)
ΔU = ΔH -P ΔV H=enthalpie
ΔH
+ betekent dat warmte naar het systeem vloeit
= endotherm (warmtewinst)
- betekent dat warmte naar de omgeving vloeit
= exotherm (warmteverlies)
w
+ betekent dat arbeid door de omgeving op het
systeem wordt geleverd
- betekent dat arbeid door het systeem op de omgeving
wordt geleverd
ΔU + betekent dat U toeneemt - betekent dat U afneemt
TEKENCONVENTIES

4.
Enthalpie H
De enthalpieverandering van een systeem is gelijk aan de hoeveelheid warmte door het
systeem opgenomen of afgegeven wanneer een reactie wordt uitgevoerd bij constante druk
∆𝐻𝐻 = ∆𝑈𝑈 + 𝑃𝑃∆𝑉𝑉
- Voor vaste stoffen, vloeistoffen en oplossingen is ΔV≈0,
⟹ΔH≈ ΔU
- Voor gassen is ΔV =
Δngas
RT
P
⟹ΔH = ΔU+ ΔngasRT
∆𝐻𝐻 = 𝑞𝑞𝑃𝑃

5.
Calorimetrie =meten uitgewisselde warmte chemische reactie

6.
Calorimetrie =meten uitgewisselde warmte chemische reactie
Bij constante P
uitgewisselde warmte geeft ΔH
∆𝐻𝐻 = 𝑞𝑞𝑃𝑃

7.
Calorimetrie =meten uitgewisselde warmte chemische reactie
calorimeter
thermometer
roerder
bomcalorimeter
overmaat O2
stof die wordt geanalyseerd
elektrisch
ontstekingsapparaat
Bij constante P
uitgewisselde warmte geeft ΔH
∆𝐻𝐻 = 𝑞𝑞𝑃𝑃
Bij constante V
uitgewisselde warmte geeft ΔU
∆U = 𝑞𝑞𝑉𝑉

8.
Calorimetrie =meten uitgewisselde warmte chemische reactie
Uitgewisselde warmte berekenen a.d.h.v. warmtecapaciteit:
𝑞𝑞 = 𝑚𝑚𝐶𝐶𝑠𝑠∆𝑇𝑇
- m=massa
- Cs is de specifieke warmtecapaciteit (eenheden J/g.K)
- ΔT is het temperatuurverschil voor en na reactie
Bv. Warmte nodig om 1 L water met 2 °C te doen stijgen (Cs,water= 4,18 J/gK)
𝑞𝑞 = 1000𝑔𝑔. 4,18
𝐽𝐽
𝑔𝑔. 𝐾𝐾
. 2𝐾𝐾 = 8,36 𝑘𝑘𝑘𝑘

9.
Standaard reactie-enthalpie ∆𝐻𝐻𝑟𝑟
0
Voor een reactie aA + bB → cC + dD in standaardomstandigheden:
∆𝐻𝐻𝑟𝑟
0= 𝑐𝑐. ∆𝐻𝐻𝑓𝑓,𝑐𝑐
0
+ 𝑑𝑑. ∆𝐻𝐻𝑓𝑓,𝑑𝑑
0
− a. ∆𝐻𝐻𝑓𝑓,𝑎𝑎
0
− b. ∆𝐻𝐻𝑓𝑓,𝑏𝑏
0
Met ∆𝐻𝐻𝑓𝑓
0
de standaard vormingsenthalpie (in kJ/mol):
- ∆𝐻𝐻𝑓𝑓
0
= 0 voor enkelvoudige stoffen in hun referentietoestand
- Voor andere stoffen is ∆𝐻𝐻𝑓𝑓
0
gegeven

10.
Faculty, department, unit ...10
De wet van Hess
𝐷𝐷𝑒𝑒 𝑒𝑒𝑛𝑛𝑡𝑡ℎ𝑎𝑎𝑙𝑙𝑝𝑝𝑖𝑖𝑒𝑒𝑣𝑣𝑒𝑒𝑟𝑟𝑎𝑎𝑛𝑛𝑑𝑑𝑒𝑒𝑟𝑟𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑔𝑔 𝑣𝑣𝑎𝑎𝑛𝑛 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑛𝑛 𝑔𝑔𝑙𝑙𝑜𝑜𝑏𝑏𝑎𝑎𝑎𝑎𝑙𝑙 𝑝𝑝𝑟𝑟𝑜𝑜𝑐𝑐𝑒𝑒𝑠𝑠 𝑖𝑖𝑠𝑠 𝑔𝑔𝑒𝑒𝑙𝑙𝑖𝑖𝑗𝑗𝑘𝑘 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑛𝑛 𝑑𝑑𝑒𝑒 𝑠𝑠𝑜𝑜𝑚𝑚 𝑣𝑣𝑎𝑎𝑛𝑛 𝑑𝑑𝑒𝑒
𝑒𝑒𝑛𝑛𝑡𝑡ℎ𝑎𝑎𝑙𝑙𝑝𝑝𝑖𝑖𝑒𝑒𝑣𝑣𝑒𝑒𝑟𝑟𝑎𝑎𝑛𝑛𝑑𝑑𝑒𝑒𝑟𝑟𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑔𝑔𝑒𝑒𝑛𝑛 𝑣𝑣𝑎𝑎𝑛𝑛 𝑑𝑑𝑒𝑒 𝑣𝑣𝑒𝑒𝑟𝑟𝑠𝑠𝑐𝑐ℎ𝑖𝑖𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒𝑛𝑛𝑑𝑑𝑒𝑒 𝑠𝑠𝑡𝑡𝑎𝑎𝑝𝑝𝑝𝑝𝑒𝑒𝑛𝑛 𝑤𝑤𝑎𝑎𝑎𝑎𝑟𝑟𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑚𝑚𝑒𝑒𝑛𝑛 𝑑𝑑𝑒𝑒 𝑟𝑟𝑒𝑒𝑎𝑎𝑐𝑐𝑡𝑡𝑖𝑖𝑒𝑒𝑠𝑠
𝑘𝑘𝑎𝑎𝑛𝑛 𝑜𝑜𝑝𝑝𝑑𝑑𝑒𝑒𝑙𝑙𝑒𝑒𝑛𝑛, 𝑧𝑧𝑒𝑒𝑙𝑙𝑓𝑓𝑠𝑠 𝑎𝑎𝑙𝑙𝑠𝑠 ℎ𝑒𝑒𝑡𝑡 𝑧𝑧𝑢𝑢𝑖𝑖𝑣𝑣𝑒𝑒𝑟𝑟 𝑡𝑡ℎ𝑒𝑒𝑜𝑜𝑟𝑟𝑒𝑒𝑡𝑡𝑖𝑖𝑠𝑠𝑐𝑐ℎ𝑒𝑒 𝑠𝑠𝑡𝑡𝑎𝑎𝑝𝑝𝑝𝑝𝑒𝑒𝑛𝑛 𝑏𝑏𝑒𝑒𝑡𝑡𝑟𝑟𝑒𝑒𝑓𝑓𝑡𝑡.
voorbeeld:

11.
De roosterenthalpie ΔHrooster (ook wel roosterenergie) is de verandering van
enthalpie die optreedt wanneer één mol van een vaste ionische verbinding
wordt omgezet tot losse ionen in de gastoestand.
Faculty, department, unit ...11
Roosterenthalpie: de Born-Haber cyclus
Uit deze cyclus kunnen we afleiden dat de som van alle waarden gelijk
moet zijn aan nul.
Let goed op het teken van de vormingsenthalpie en roosterenthalpie!

12.
Standaard reactie-entropie ∆𝑆𝑆𝑟𝑟
0
- Voor een reactie aA + bB → cC + dD :
∆𝑆𝑆𝑟𝑟
0= 𝑐𝑐. 𝑆𝑆𝑚𝑚,𝑐𝑐
0 + 𝑑𝑑. 𝑆𝑆𝑚𝑚,𝑑𝑑
0
− a. 𝑆𝑆𝑚𝑚,𝑎𝑎
0 − b. 𝑆𝑆𝑚𝑚,𝑏𝑏
0
Met 𝑆𝑆𝑚𝑚
0
de standaard molaire entropie (in J/mol.K):
- 𝑆𝑆𝑚𝑚
0
≠ 0 voor enkelvoudige stoffen in hun referentietoestand!

13.
Voorspellen ∆𝑆𝑆𝑟𝑟
0
Voor chemische reacties zal de entropie van een systeem doorgaans toenemen
indien:
1. Gassen worden gevormd uit vaste stoffen of vloeistoffen
2. Vloeistoffen worden gevormd vanuit vaste stoffen
3. Het aantal gasmoleculen toeneemt in een chemische reactie
∆𝑆𝑆𝑟𝑟
0 > 0 𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤 𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡
∆𝑆𝑆𝑟𝑟
0 < 0 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡

14.
Standaard reactievrije energie ∆𝐺𝐺𝑟𝑟
0
Voor een reactie aA + bB → cC + dD :
∆𝐺𝐺𝑟𝑟
0= ∆𝐻𝐻𝑟𝑟
0 − 𝑇𝑇. ∆𝑆𝑆𝑟𝑟
0
Met 𝑆𝑆𝑟𝑟
0
de standaard reactie enropie (in J/mol.K):
- 𝑆𝑆𝑚𝑚
0
≠ 0 voor enkelvoudige stoffen in hun referentietoestand!

15.
Evenwichtsconstante K
Voor een reactie aA + bB → cC + dD :
KC =
C e
𝑐𝑐 � D e
𝑑𝑑
A e
𝑎𝑎 � B e
𝑏𝑏
en ook:
∆Gr
0 = −RTlnK
⟹ K = 𝑒𝑒−
∆Gr
0
𝑅𝑅𝑅𝑅

16.
Faculty, department, unit ...16
Interpretatie H,G en K

17.
Faculty, department, unit ...17
Spontaniteit en temperatuur
enthalpieverandering entropieverandering spontaan proces
exotherm (ΔH < 0) stijging (ΔS > 0) ja, ΔG < 0
exotherm (ΔH < 0) daling (ΔS < 0) ja, als |TΔS| < |ΔH|, ΔG < 0
endotherm (ΔH > 0) stijging (ΔS > 0) ja, als TΔS > ΔH, ΔG < 0
endotherm (ΔH > 0) daling (ΔS < 0) neen, ΔG > 0
Kan zowel
spontaan als
niet-spontaan
zijn afhankelijk
van T
Altijd spontaan
Nooit spontaan

18.
Faculty, department, unit ...18
Grenstemperatuur
temperatuur
0
eigenschap
∆G°
∆H°
T∆S°
eigenschap
temperatuur
0
∆G°
∆H°
T∆S°

19.
• Meerkeuzevragen
• Oefening 2 – 3 –7 – 8 – 10 – 11
Oefeningen