WZ Grondslagen van de chemie

1. Werkzitting 9:
Thermodynamica – deel 1
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
𝑚𝑚𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑅𝑅 = 8,31 𝐽𝐽/(𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑚𝑚)

5. 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

6. 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!

7. 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
4. Massa en complexiteit toeneemt in een chemische reactie
∆𝑆𝑆𝑟𝑟
0 > 0 𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤 𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡
∆𝑆𝑆𝑟𝑟
0 < 0 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡

8. 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-entropie (in J/mol.K):
- 𝑆𝑆𝑚𝑚
0
≠ 0 voor enkelvoudige stoffen in hun referentietoestand!

9. 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
𝑚𝑚𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑅𝑅 = 8,31 𝐽𝐽/𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑚𝑚

10. Faculty, department, unit ...10
Interpretatie H,G en K

11. Faculty, department, unit ...11
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

12. Faculty, department, unit ...12
Grenstemperatuur
temperatuur
0
eigenschap
∆G°
∆H°
T∆S°
eigenschap
temperatuur
0
∆G°
∆H°
T∆S°

13. • Meerkeuzevragen
• Oefening 1 – 2 – 3 – 10 – 12 – 13
Oefeningen