Skip to content · ⁨ข้ามไปยังเนื้อหา⁩

Chemical energetics · ⁨อุณหพลศาสตร์เคมี (Chemical Energetics)⁩

A-Level Chemistry · ⁨Chemistry A-Level⁩ · Topic 23 · ⁨หัวข้อ 23⁩

Video lesson for this topic · ⁨บทเรียนวิดีโอสำหรับหัวข้อนี้⁩ Open the video page · ⁨เปิดหน้าวิดีโอ⁩
8:02

อุณหพลศาสตร์เคมี (A2)

โซเดียมเป็นโลหะที่นุ่มและเผาไหม้ในอากาศ คลอรีนเป็นก๊าซที่ทำให้窒息และพิษ เมื่อผสมกันจะได้เกลือโต๊ะ การสร้างหนึ่งโมลให้พลังงานออกมา…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨การบรรยายภาษาอังกฤษ · คำบรรยายภาษาอังกฤษ + 中文 ลอยตัวบนภาพ⁩

23.1

Lattice energy and Born–Haber cycles · ⁨พลังงานแลตทิซและวัฏจักร Born–Haber⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English
  1. define and use the terms: (a) enthalpy change of atomisation, $\Delta H_{\text{at}}$ (b) lattice energy, $\Delta H_{\text{latt}}$ (the change from gas phase ions to solid lattice)
  2. (a) define and use the term first electron affinity, EA (b) explain the factors affecting the electron affinities of elements (c) describe and explain the trends in the electron affinities of the Group 16 and Group 17 elements
  3. construct and use Born–Haber cycles for ionic solids (limited to +1 and +2 cations, –1 and –2 anions)
  4. carry out calculations involving Born–Haber cycles
  5. explain, in qualitative terms, the effect of ionic charge and of ionic radius on the numerical magnitude of a lattice energy
ไทย
  1. นิยามและใช้คำว่า: (ก) การเปลี่ยนแปลงเอนثالปีของการทำให้เป็นอะตอม, $\Delta H_{\text{at}}$ (ข) พลังงานแลตทิซ, $\Delta H_{\text{latt}}$ (การเปลี่ยนจากไอออนในสถานะแก๊สเป็นแลตทิซของแข็ง)
  2. (ก) นิยามและใช้คำว่า อิเล็กตรอนแอฟฟินิตี้ลำดับแรก, EA (ข) อธิบายปัจจัยที่มีผลต่ออิเล็กตรอนแอฟฟินิตี้ของธาตุ (ค) อธิบายและอธิบายแนวโน้มของอิเล็กตรอนแอฟฟินิตี้ของกลุ่ม 16 และกลุ่ม 17
  3. สร้างและใช้ วงจรบอร์น-ฮาเบอร์ สำหรับของแข็งไอออนิก (จำกัดที่แคทไอออน +1 และ +2, แอนไอออน –1 และ –2)
  4. ทำการคำนวณที่เกี่ยวข้องกับวงจรบอร์น-ฮาเบอร์
  5. อธิบายในเชิงคุณภาพถึงผลกระทบของประจุไอออนและรัศมีไอออนต่อขนาดตัวเลขของพลังงานแลตทิซ

Source: Cambridge International syllabus · ⁨แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International⁩

English

These cycles use several enthalpy changes 焓变 ($\Delta H$). Two new ones are:

  • the enthalpy change of atomisation 原子化焓变, $\Delta H_{\text{at}}$ — the energy to make one mole of gaseous atoms from an element. It is always positive (bonds must break).
  • the lattice energy 晶格能, $\Delta H_{\text{latt}}$ — the energy change when one mole of a solid ionic lattice forms from its gaseous ions. It is always negative (strong bonds form).

Electron affinity

The first electron affinity 电子亲和能 (EA) is the energy change when one mole of gaseous atoms each gain one electron to form one mole of $1-$ ions. The first EA is usually negative.

The same factors as ionisation energy apply (nuclear charge, atomic radius, shielding). Going down Group 16 or 17, the EA becomes less exothermic, because the atom is larger and pulls the extra electron in less strongly. (The very top element is an exception: its atom is so small that electron repulsion makes its EA less exothermic than the one below it.)

Born–Haber cycles

A Born–Haber cycle 玻恩哈伯循环 is an energy cycle that links the enthalpy change of formation of an ionic solid with its atomisation, ionisation energy, electron affinity and lattice energy. Using Hess's law, you go round the cycle to find any one unknown step. (You only need $+1$ and $+2$ cations and $-1$ and $-2$ anions.)

Worked example. Find the lattice energy of sodium chloride from these data (kJ mol⁻¹): enthalpy of formation $\Delta H_f = -411$; atomisation $\Delta H_{\text{at}}(\text{Na}) = +107$ and $\Delta H_{\text{at}}(\text{Cl}) = +122$; first ionisation energy of Na $= +496$; electron affinity of Cl $= -349$.

By Hess's law the direct formation route equals the route up and round the cycle:

$$\Delta H_f = \Delta H_{\text{at}}(\text{Na}) + \Delta H_{\text{at}}(\text{Cl}) + \text{IE}_1 + \text{EA} + \Delta H_{\text{latt}},$$

so $\Delta H_{\text{latt}} = -411 - (107 + 122 + 496 - 349) = -787\ \text{kJ mol}^{-1}.$

What controls the size of a lattice energy

The lattice energy is more negative (stronger) when:

  • the ionic charge is higher (e.g. $\text{Mg}^{2+}$ beats $\text{Na}^+$).
  • the ionic radius is smaller.

Both make the attraction between the ions stronger.

ไทย

วัฏจักรเหล่านี้ใช้การเปลี่ยนแปลง เอนثالปี หลายอย่าง ($\Delta H$). ใหม่สองอย่างคือ:

  • การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของการแยกอะตอม, $\Delta H_{\text{at}}$ — พลังงานที่ใช้ในการสร้าง หนึ่งโมล ของอะตอมในสถานะแก๊สจากธาตุใดธาตุหนึ่ง มีค่าเป็นบวกเสมอ (ต้องมีการทำลายพันธะ)
  • พลังงานแลตทิซ, $\Delta H_{\text{latt}}$ — การเปลี่ยนแปลงพลังงานเมื่อหนึ่งโมลของโครงสร้างผลึกไอออนิกแข็งตัวขึ้นจากไอออนในสถานะแก๊ส มีค่าเป็นลบเสมอ (เกิดพันธะที่แข็งแรง)
ผลึกสี่เหลี่ยมใสของฮาไลต์ (เกลือหิน)
สารประกอบไอออนิกเช่นโซเดียมคลอไรด์คือโครงสร้างผลึกไอออนิกขนาดใหญ่และเรียงลำดับอย่างสม่ำเสมอ — พลังงานแลตทิซจะถูกปล่อยออกมาเมื่อมันเกิดขึ้น

อิเล็กตรอนแอฟฟินิตี้

อิเล็กตรอนแอฟฟินิตี้ขั้นแรก (EA) คือการเปลี่ยนแปลงพลังงานเมื่อหนึ่งโมลของอะตอมในสถานะแก๊สแต่ละตัวรับอิเล็กตรอนหนึ่งตัวเพื่อสร้างหนึ่งโมลของ $1-$ ไอออน ค่า EA ขั้นแรกมักจะเป็นค่าลบ

อะตอมในสถานะแก๊สรับอิเล็กตรอนเพื่อสร้างไอออน 1- โดยปกติจะปล่อยพลังงาน
อะตอมในสถานะแก๊สรับอิเล็กตรอน โดยทั่วไปจะปล่อยพลังงาน

ปัจจัยเดียวกันกับการไอไนเซชัน energy ใช้ได้ (ประจุนิวเคลียส, รัศมีอะตอม, การกั้นประจุ) เมื่อลงกลุ่มที่ 16 หรือ 17, EA จะกลายเป็น น้อยลง ที่คายความร้อน, เพราะอะตอมมีขนาดใหญ่กว่าและดึงอิเล็กตรอนเพิ่มได้น้อยลง. (องค์ประกอบบนสุดเป็นข้อยกเว้น: อะตอมของมันเล็กมากจนแรงผลักระหว่างอิเล็กตรอนทำให้ EA ของมันน้อยลงที่คายความร้อนเท่ากับองค์ประกอบที่อยู่ด้านล่าง.)

รอบบอร์น–เฮเบอร์

รอบบอร์น–เฮเบอร์ เป็นวงจรพลังงานที่เชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของการเกิดของสารประกอบไอออนิกแข็งตัวเข้ากับการแยกอะตอม, การไอไนเซชัน energy, อิเล็กตรอนแอฟฟินิตี้ และพลังงานแลตทิซ โดยใช้กฎของเฮส เราสามารถเดินรอบวงจรรายละเอียดเพื่อหาค่าของขั้นตอนที่ไม่ทราบค่าใดขั้นตอนหนึ่ง (คุณจำเป็นต้องใช้ $+1$ และ $+2$ คेशन และ $-1$ และ $-2$ แอนไอออนเท่านั้น)

แผนภูมิระดับพลังงานสำหรับโซเดียมคลอไรด์แสดงขั้นตอนขึ้น (การแยกอะตอม, การไอไนเซชัน energy) และลง (อิเล็กตรอนแอฟฟินิตี้, พลังงานแลตทิซ) และขั้นตอนการเกิดโดยตรง
รอบบอร์น–เฮเบอร์สำหรับ NaCl: การเดินขึ้นต้องใช้พลังงาน (การแยกอะตอม, การไอไนเซชัน energy); การเดินลงจะปล่อยพลังงาน (อิเล็กตรอนแอฟฟินิตี้, และพลังงานแลตทิซที่สูง)

ตัวอย่างฝึกหัด. หาพลังงานแลตติซของโซเดียมคลอไรด์จากข้อมูลเหล่านี้ (kJ mol⁻¹): เอนثالปีการเกิด $\Delta H_f = -411$; อะตอมाइเซชัน $\Delta H_{\text{at}}(\text{Na}) = +107$ และ $\Delta H_{\text{at}}(\text{Cl}) = +122$; พลังงานไอออไนเซชันแรกของ Na $= +496$; อิเล็กตรอนแอฟฟินิตี้ของ Cl $= -349$.

โดยกฎของเฮส เส้นทางเกิดโดยตรงเท่ากับเส้นทางขึ้นและวนรอบวงจร:

$$\Delta H_f = \Delta H_{\text{at}}(\text{Na}) + \Delta H_{\text{at}}(\text{Cl}) + \text{IE}_1 + \text{EA} + \Delta H_{\text{latt}},$$

ดังนั้น $\Delta H_{\text{latt}} = -411 - (107 + 122 + 496 - 349) = -787\ \text{kJ mol}^{-1}.$

สิ่งควบคุมขนาดของพลังงานแลตทิซ

พลังงานแลตทิซจะมีค่าเป็นลบมากขึ้น (แข็งแรงขึ้น) เมื่อ:

ไอออนขนาดเล็กและประจุสูงกว่าทำให้พลังงานแลตทิซแข็งแกร่งขึ้น
ไอออนขนาดเล็กและประจุสูงกว่าทำให้พลังงานแลตทิซแข็งแกร่งขึ้น
  • ประจุไอออน สูงขึ้น (เช่น $\text{Mg}^{2+}$ ชนะ $\text{Na}^+$).
  • รัศมีไอออน เล็กกว่า.

ทั้งสองอย่างนี้ทำให้แรงดึงดูดระหว่างไอออนแข็งแรงขึ้น

Explore · ⁨สำรวจ⁩

The Born–Haber cycle · ⁨วัฏจักรโบน-เฮ伯 (The Born–Haber cycle)⁩

Lattice energy can't be measured directly, so it is found from a cycle of measurable steps. · ⁨พลังงานแลตทิซไม่สามารถวัดได้โดยตรง จึงคำนวณได้จากวัฏจักรของขั้นตอนที่วัดได้⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
enthalpy change/enˈθælpi tʃeɪndʒ/ การเปลี่ยนแปลงเอนثالปี
enthalpy change of atomisation/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv əˌtɒmaɪˈzeɪʃn/ การเปลี่ยนแปลงเอนثالปีของการทำให้เป็นอะตอม
lattice energy/ˈlætɪs ˈenədʒi/ พลังงานแลตทิซ
electron affinity/ɪˈlektrɒn əˈfɪnɪti/ อิเล็กตรอน_affinity
Born–Haber cycle/bɔːn ˈheɪbə ˈsaɪkl/ วงจรโบร์น-เฮเบอร์
enthalpy change of hydration/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv haɪˈdreɪʃn/ การเปลี่ยนแปลงเอนثالปีของการละลายน้ำ
enthalpy change of solution/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv səˈluːʃn/ การเปลี่ยนแปลงเอนثالปีของการละลาย
Watch lesson · ⁨ดูบทเรียน⁩
23.2

Enthalpies of solution and hydration · ⁨เอนทาลปีของการละลายและการไฮเดรต⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English
  1. define and use the term enthalpy change with reference to hydration, $\Delta H_{\text{hyd}}$, and solution, $\Delta H_{\text{sol}}$
  2. construct and use an energy cycle involving enthalpy change of solution, lattice energy and enthalpy change of hydration
  3. carry out calculations involving the energy cycles in 23.2.2
  4. explain, in qualitative terms, the effect of ionic charge and of ionic radius on the numerical magnitude of an enthalpy change of hydration
ไทย
  1. นิยามและใช้คำว่า การเปลี่ยนแปลงเอนثالปี โดยอ้างอิงถึง การไฮเดรต, $\Delta H_{\text{hyd}}$ และ การละลาย, $\Delta H_{\text{sol}}$
  2. สร้างและใช้วงจรพลังงานที่เกี่ยวข้องกับ การเปลี่ยนแปลงเอนثالปีของการละลาย, พลังงานแลตทิซ และ การเปลี่ยนแปลงเอนثالปีของการไฮเดรต
  3. ทำการคำนวณเกี่ยวกับวงจรรายละเอียดพลังงานใน 23.2.2
  4. อธิบายในเชิงคุณภาพถึงผลของประจุไอออนและรัศมีไอออนต่อขนาดของค่าเอนทาลปีของการละลายน้ำ

Source: Cambridge International syllabus · ⁨แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International⁩

English
  • the enthalpy change of hydration 水合焓变, $\Delta H_{\text{hyd}}$ — the energy change when one mole of gaseous ions is surrounded by water to form aqueous ions. It is exothermic.
  • the enthalpy change of solution 溶解焓变, $\Delta H_{\text{sol}}$ — the energy change when one mole of solute dissolves fully in water.

An energy cycle links the three:

$$\Delta H_{\text{sol}} = -\Delta H_{\text{latt}} + \Delta H_{\text{hyd}}$$

(To dissolve, you first pull the lattice apart, then hydrate the ions.) Like lattice energy, $\Delta H_{\text{hyd}}$ is more exothermic for ions with a higher charge and a smaller radius.

ไทย
  • การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของการไฮเดรต, $\Delta H_{\text{hyd}}$ — การเปลี่ยนแปลงพลังงานเมื่อหนึ่งโมลของไอออนในสถานะแก๊สถูกห่อหุ้มด้วยน้ำเพื่อสร้างไอออนในสารละลาย มีความคายความร้อน
  • การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของการละลาย, $\Delta H_{\text{sol}}$ — การเปลี่ยนแปลงพลังงานเมื่อหนึ่งโมลของตัวละลายละลายหมดในน้ำ

แพ็คเย็นทันที *ถุงเย็นแบบทันทีรู้สึกเย็นเพราะเกลือภายในมันละลายแบบดูดความร้อน (ค่า $\Delta H_\text{sol}$ เป็นบวก) ซึ่งขับเคลื่อนด้วยการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี

วงจรพลังงานเชื่อมโยงสามสิ่งนี้:

$$\Delta H_{\text{sol}} = -\Delta H_{\text{latt}} + \Delta H_{\text{hyd}}$$

(ในการละลาย คุณต้องแยกโครงสร้างผลึกออกก่อน แล้วจึงไฮเดรตไอออน) เหมือนกับพลังงานแลตทิซ, $\Delta H_{\text{hyd}}$ จะมีความคายร้อนมากขึ้นสำหรับไอออนที่มีประจุสูงกว่าและมีรัศมีเล็กกว่า

วงจรพลังงานรูปสามเหลี่ยมเชื่อมโยงสารประกอบไอออนิกแข็งตัว, ไอออนในสถานะแก๊ส และไอออนในสารละลาย ผ่านเอนทาลปีของแลตทิซ, ไฮเดรต และการละลาย
วงจรการละลาย: แยกโครงสร้างผลึกออก (กลับด้านพลังงานแลตทิซ), จากนั้นไฮเดรตไอออนในสถานะแก๊ส, ดังนั้น $\Delta H_\text{sol} = -\Delta H_\text{latt} + \Delta H_\text{hyd}$
Explore · ⁨สำรวจ⁩

Enthalpy of solution lab · ⁨ห้องปฏิบัติการเอนทาลปีของการละลาย⁩

deltaHsol = lattice + hydration terms · ⁨deltaHsol = แลตทิซ + พจน์การไฮเดรต⁩

Change hydration strength and see solution enthalpy shift. · ⁨เปลี่ยนความแข็งแกร่งของการไฮเดรตและสังเกตการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของการละลาย⁩

23.3

Entropy change, ΔS · ⁨การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี, ΔS⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English
  1. define the term entropy, $S$, as the number of possible arrangements of the particles and their energy in a given system
  2. predict and explain the sign of the entropy changes that occur: (a) during a change in state, e.g. melting, boiling and dissolving (and their reverse) (b) during a temperature change (c) during a reaction in which there is a change in the number of gaseous molecules
  3. calculate the entropy change for a reaction, $\Delta S$, given the standard entropies, $S^\ominus$, of the reactants and products, $\Delta S^\ominus = \Sigma S^\ominus \text{(products)} - \Sigma S^\ominus \text{(reactants)}$ (use of $\Delta S^\ominus = \Delta S^\ominus_{\text{surr}} + \Delta S^\ominus_{\text{sys}}$ is not required)
ไทย
  1. นิยามศัพท์ เอนโทรปี, $S$, ว่าคือจำนวนการจัดเรียงที่เป็นไปได้ของอนุภาคและพลังงาน它们在ระบบที่กำหนดให้
  2. ทำนายและอธิบายเครื่องหมายของการเปลี่ยนแปลงเอนโทรピーที่เกิดขึ้น: (ก) ระหว่างการเปลี่ยนสถานะ เช่น การหลอมเหลว การเดือด และการละลาย (และกระบวนการย้อนกลับ) (ข) ระหว่างการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (ค) ระหว่างปฏิกิริยาที่มีจำนวนโมเลกุลแก๊สเปลี่ยนแปลงไป
  3. คำนวณการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีสำหรับปฏิกิริยา, $\Delta S$, จากค่าเอนโทรปีมาตรฐาน, $S^\ominus$, ของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์, $\Delta S^\ominus = \Sigma S^\ominus \text{(products)} - \Sigma S^\ominus \text{(reactants)}$ (ไม่จำเป็นต้องใช้ $\Delta S^\ominus = \Delta S^\ominus_{\text{surr}} + \Delta S^\ominus_{\text{sys}}$)

Source: Cambridge International syllabus · ⁨แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International⁩

English

Entropy 熵 ($S$) measures the number of ways the particles and their energy can be arranged in a system. More ways means more "disorder".

The entropy change 熵变 ($\Delta S$) is positive when disorder increases, and negative when it falls:

Change Sign of $\Delta S$
solid → liquid → gas (melting, boiling), or dissolving positive
a rise in temperature positive
a reaction that makes more gas molecules positive
a reaction that makes fewer gas molecules negative

You can calculate it from standard entropies:

$$\Delta S^{\ominus} = \sum S^{\ominus}(\text{products}) - \sum S^{\ominus}(\text{reactants})$$
ไทย

เอนโทรปี ($S$) วัดจำนวนวิธีการที่อนุภาคและพลังงานของพวกมันสามารถจัดเรียง系统在ระบบได้ วิธี越多 means more "disorder".

กล่องสามกล่องของอนุภาค: โครงสร้างผลึกที่เรียงลำดับ, ของเหลวที่จับกลุ่มกัน, และแก๊สที่กระจายตัว พร้อมลูกศรแสดงเอนโทรปีเพิ่มขึ้น
เอนโทรปีเพิ่มขึ้นจากของแข็งไปเป็นของเหลวเป็นแก๊สตามการกระจายตัวของอนุภาคไปสู่การจัดเรียงที่หลากหลายขึ้น, ดังนั้น $\Delta S$ จึงเป็นค่าบวก

การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี ($\Delta S$) จะเป็น บวก เมื่อความไม่เป็นระเบียบเพิ่มขึ้น, และเป็น ลบ เมื่อลดลง:

การเปลี่ยนแปลง สัญญาณของ $\Delta S$
ของแข็ง → ของเหลว → แก๊ส (การหลอมเหลว, การเดือด), หรือการละลาย บวก
อุณหภูมิสูงขึ้น บวก
ปฏิกิริยาที่ทำให้เกิด โมเลกุลแก๊สมากขึ้น บวก
ปฏิกิริยาที่ทำให้เกิด โมเลกุลแก๊สน้อยลง ลบ

คุณสามารถคำนวณได้จากเอนโทรปีมาตรฐาน:

$$\Delta S^{\ominus} = \sum S^{\ominus}(\text{products}) - \sum S^{\ominus}(\text{reactants})$$
Explore · ⁨สำรวจ⁩

Entropy change lab · ⁨ห้องปฏิบัติการการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี⁩

deltaS = products disorder - reactants disorder · ⁨deltaS = ความยุ่งเหยิงของผลิตภัณฑ์ - ความยุ่งเหยิงของสารตั้งต้น⁩

Increase disorder and see entropy change become more positive. · ⁨เพิ่มความยุ่งเหยิงและสังเกตว่าการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีมีค่าเป็นบวกมากขึ้น⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
entropy/ˈentrəpi/ entropy
entropy change/ˈentrəpi tʃeɪndʒ/ การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี
Gibbs free energy/ɡɪbz friː ˈenədʒi/ พลังงานอิสระของ吉布斯
23.4

Gibbs free energy change, ΔG · ⁨การเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระของ吉布斯, ΔG⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English
  1. state and use the Gibbs equation $\Delta G^\ominus = \Delta H^\ominus - T\Delta S^\ominus$
  2. perform calculations using the equation $\Delta G^\ominus = \Delta H^\ominus - T\Delta S^\ominus$
  3. state whether a reaction or process will be feasible by using the sign of $\Delta G$
  4. predict the effect of temperature change on the feasibility of a reaction, given standard enthalpy and entropy changes
ไทย
  1. ระบุและใช้ สมการกิบส์ $\Delta G^\ominus = \Delta H^\ominus - T\Delta S^\ominus$
  2. ทำการคำนวณโดยใช้สมการ $\Delta G^\ominus = \Delta H^\ominus - T\Delta S^\ominus$
  3. ระบุว่าการเกิดปฏิกิริยาหรือกระบวนการใดจะเป็น เป็นไปได้ โดยใช้เครื่องหมายของ $\Delta G$
  4. ทำนายผลของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิต่อความเป็นไปได้ของปฏิกิริยา โดยพิจารณาจากการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีและเอนโทรปีมาตรฐาน

Source: Cambridge International syllabus · ⁨แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International⁩

English

The Gibbs free energy 吉布斯自由能 change decides whether a reaction can happen on its own:

$$\Delta G^{\ominus} = \Delta H^{\ominus} - T\Delta S^{\ominus}$$

Here $T$ is the temperature in kelvin. A reaction is feasible (it can happen) when $\Delta G$ is negative or zero. The feasibility 可行性 therefore depends on temperature:

$\Delta H$ $\Delta S$ When feasible
negative positive at all temperatures
positive positive only at high temperature
negative negative only at low temperature
positive negative never

To find the changeover temperature, set $\Delta G = 0$, which gives $T = \Delta H / \Delta S$.

Worked example. A reaction has $\Delta H = +120\ \text{kJ mol}^{-1}$ and $\Delta S = +200\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$. Find $\Delta G$ at $298\ \text{K}$, and the temperature above which the reaction becomes feasible.

First match the units: $\Delta S = +0.200\ \text{kJ K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$. Then

$$\Delta G = \Delta H - T\Delta S = 120 - 298 \times 0.200 = +60\ \text{kJ mol}^{-1}\quad(\text{positive, so not yet feasible}).$$

Setting $\Delta G = 0$ gives $T = \Delta H/\Delta S = 120/0.200 = 600\ \text{K}$, so the reaction is feasible above $600\ \text{K}$.

ไทย

การเปลี่ยนแปลง พลังงานอิสระของ吉布斯 ตัดสินว่าปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเองได้หรือไม่:

$$\Delta G^{\ominus} = \Delta H^{\ominus} - T\Delta S^{\ominus}$$

ที่นี่ $T$ คืออุณหภูมิในเคลวิน. ปฏิกิริยานั้น เป็นไปได้ (สามารถเกิดขึ้นได้) เมื่อ $\Delta G$ เป็นค่าลบหรือศูนย์. ดังนั้น ความเป็นไปได้ จึงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ:

$\Delta H$ $\Delta S$ เมื่อใดที่เป็นไปได้
ลบ บวก ที่ทุกอุณหภูมิ
บวก บวก ที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น
ลบ ลบ ที่อุณหภูมิต่ำเท่านั้น
บวก ลบ ไม่เคย

ตารางสองคูณสองของเครื่องหมายของการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีและการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี แต่ละเซลล์บอกเวลาใดที่ปฏิกิริยาเป็นไปได้ *ความเป็นไปได้ของปฏิกิริยา ($\Delta G \leq 0$) ขึ้นอยู่กับเครื่องหมายของ $\Delta H$ และ $\Delta S$, และบางครั้งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ

เพื่อหาอุณหภูมิเปลี่ยนผ่าน ตั้งให้ $\Delta G = 0$, ซึ่งจะให้ได้ $T = \Delta H / \Delta S$.

ตัวอย่างวิธีทำ. ปฏิกิริยานี้มี $\Delta H = +120\ \text{kJ mol}^{-1}$ และ $\Delta S = +200\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$. หา $\Delta G$ ที่ $298\ \text{K}$, และอุณหภูมิที่ปฏิกิริยานั้นเริ่มเป็นไปได้

ขั้นแรกจับคู่หน่วย: $\Delta S = +0.200\ \text{kJ K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$. จากนั้น

$$\Delta G = \Delta H - T\Delta S = 120 - 298 \times 0.200 = +60\ \text{kJ mol}^{-1}\quad(\text{positive, so not yet feasible}).$$

การตั้งให้ $\Delta G = 0$ ให้ $T = \Delta H/\Delta S = 120/0.200 = 600\ \text{K}$, ดังนั้นปฏิกิริยาจึงเป็นไปได้เหนือ $600\ \text{K}$.

Explore · ⁨สำรวจ⁩

Gibbs free energy lab · ⁨ห้องปฏิบัติการพลังงานอิสระกิบส์⁩

deltaG = deltaH - T deltaS

Move temperature and see when deltaG becomes negative. · ⁨เปลี่ยนอุณหภูมิเพื่อดูว่า deltaG จะกลายเป็นลบเมื่อใด⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
feasibility/ˌfiːzɪˈbɪlɪti/ ความเป็นไปได้
23.4

Exam tips · ⁨ข้อแนะนำสำหรับการสอบ⁩

English
  • In a Born-Haber cycle get each step's direction and sign right (atomisation, ionisation $+$; electron affinity, lattice formation $-$) and apply Hess's law around it.
  • Lattice energy is more exothermic for smaller, more highly charged ions (higher charge density).
  • Predict the sign of $\Delta S$ from the state changes (more gas moles = more disorder).
  • Use $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$; feasible when $\Delta G \le 0$ — convert $\Delta S$ from $\text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$ ($\div 1000$).
ไทย
  • ใน รอบบอร์น–เฮเบอร์ ต้องกำหนดทิศทางและเครื่องหมายของแต่ละขั้นตอนให้ถูกต้อง (การแยกอะตอม, การไอไนเซชัน energy $+$; อิเล็กตรอนแอฟฟินิตี้, การเกิดแลตทิซ $-$) และใช้กฎของเฮสรอบวงจรรายละเอียด
  • พลังงานแลตทิซ มีค่าเป็นลบมากกว่าสำหรับ ไอออนที่มีขนาดเล็กและมีประจุสูง (ความหนาแน่นของประจุสูงกว่า)
  • พิจารณาสัญญาณของ $\Delta S$ จากสถานะเปลี่ยนผ่าน (จำนวนโมลของแก๊สเพิ่มขึ้น = ความไม่ordered สูงขึ้น)
  • ใช้ $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$; เป็นไปได้เมื่อ $\Delta G \le 0$ — แปลง $\Delta S$ จาก $\text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$ ($\div 1000$)

Interactive lessons on this topic · ⁨บทเรียนเชิงโต้ตอบสำหรับหัวข้อนี้⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ทำทีละขั้นตอน พร้อมแบบฝึกหัดตรวจสอบผลทันที⁩

Past Papers · ⁨ข้อสอบย้อนหลัง⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨Chemistry A-Level⁩ · ⁨หัวข้อเพิ่มเติมใน A-Level Chemistry · ⁨Chemistry A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨เข้าสู่ระบบหรือสร้างบัญชี⁩

IGCSE, A-Level & AP