เอนโทรปี พลังงานกิบส์ และความเหมาะสมทางอุณหพลศาสตร์
แนะนำใหม่| English | ความหมาย |
|---|---|
| entropy/ˈentrəpi/ | เอนโทรปี ⟦number⟧ |
| Gibbs energy/ɡɪbz ˈenədʒi/ | พลังงานกิบส์ ⟦number⟧ |
อะไรจะอธิบายการสังเกตนี้ได้?
- ปฏิกิริยาอาจเป็น endothermic (ดูดความร้อน) และยังคงเกิดเองได้ในทางอุณหพลศาสตร์ Enthalpy เพียงอย่างเดียวไม่ได้กำหนดทิศทางที่เกิดเองที่อุณหภูมิหนึ่ง
- เริ่มต้นด้วยการทำนาย ระบุปริมาณหรือลักษณะที่คุณจะเปรียบเทียบ แล้วตัดสินใจว่าหลักฐานอะไรที่จะแยกแยะคำอธิบายสองแบบได้
สร้างโมเดล
- เอนโทรปี เกี่ยวข้องกับการกระจายตัวของพลังงานและจำนวนการจัดเรียงระดับจุลภาคที่เข้าถึงได้ พลังงานกิบส์ รวมเอนثالปี เอนโทรปี และอุณหภูมิสัมบูรณ์สำหรับกระบวนการที่อุณหภูมิและความดันคงที่
- เอนโทรปี: คุณสมบัติสถานะที่เกี่ยวข้องกับการกระจายตัวของพลังงานและการจัดเรียงที่เข้าถึงได้; พลังงานกิบส์: ปริมาณทางอุณหพลศาสตร์ที่รวมผลของเอนثالปีและเอนโทรปี
สิ่งใดอาจมีขนาดเล็กได้แม้ ΔG จะเป็นลบ?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Delta G บอกว่าปฏิกิริยานั้นเกิดเองได้ทางอุณหพลศาสตร์หรือไม่ แต่ไม่ได้บอกเรื่องจลนศาสตร์ ขอบเขตพลังงานกระตุ้นที่สูงอาจทำให้ปฏิกิริยาที่เป็นไปได้ช้าจนวัดค่าไม่ได้ เช่น แร่เพชร
จับคู่แต่ละคำศัพท์เทคนิคกับความหมายที่แม่นยำ
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
ใช้นิยามเพื่อแยกแยะปริมาณและกระบวนการที่เกี่ยวข้อง
เลือกหลักฐานมาทดสอบสมมติฐาน
- ใช้ ΔG = ΔH - TΔS ด้วยหน่วยพลังงานที่สอดคล้องกัน การเปลี่ยนแปลง Gibbs energy เป็นลบบ่งบอกถึงความเอื้อเอื้อต่อการเกิดเองภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด ไม่ใช่ความเร็วของปฏิกิริยา ขอบเขตพลังงานกระตุ้น (activation barrier) อาจทำให้กระบวนการที่เอื้อเอื้อต่อช้าลงได้
- ระบุว่าเป็นค่ามาตรฐานหรือไม่ และบันทึกอุณหภูมิในหน่วยเคลวิน แปลง entropy จากจูลต่อเคลวินต่อโมล เป็นกิโลจูลต่อเคลวินต่อโมลเมื่อ enthalpy อยู่ในหน่วยกิโลจูลต่อโมล
นิสัยสองอย่างใดทำให้การตรวจสอบหรือแบบจำลองในกรณีนี้รองรับได้มากขึ้น?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
การระบุเงื่อนไขและสมมติฐานช่วยให้ผู้อื่นทำงานซ้ำได้โดยถูกต้อง และการบันทึกหลักฐานรองรับช่วยให้พวกเขาตรวจสอบข้อสรุปได้ การซ่อนผลลัพธ์ที่ขัดแย้งกันจะกำจัดหลักฐานที่อาจทลายข้อสรุปที่ผิดพลาด และข้อมูลจากตัววัดเพียงหนึ่งค่าไม่สามารถใช้ยืนยันข้ออ้างที่กว้างขวางได้
ทำงานจากปริมาณที่ทราบค่า
- ระบุค่าที่ทราบและหน่วยของมัน เลือกความสัมพันธ์โดยพิจารณาว่าข้อสมมติฐานสอดคล้องกับเคสนี้ แล้วจัดรูปสมการก่อนแทนค่า
- ข้อมูล: ΔH = +20 kJ ต่อโมล, ΔS = +100 J ต่อเคลวินต่อโมล และ T = 300 K แปลง ΔS = 0.100 kJ ต่อเคลวินต่อโมล ΔG = ΔH - TΔS = 20 - 300×0.100 = -10 kJ ต่อโมล กระบวนการนี้เป็นไปได้ภายใต้การประมาณการที่กำหนด
ΔH=30 kJ ต่อโมล, ΔS=0.10 kJ ต่อเคลวินต่อโมล และ T=400 K. หา ΔG. ใช้ลำดับเดียวกัน: ปริมาณที่รู้ → แบบจำลอง → ความสัมพันธ์ → การแทนค่า → หน่วยและการตีความ
ΔH=30 kJ ต่อโมล, ΔS=0.10 kJ ต่อเคลวินต่อโมล และ T=400 K. จงหา ΔG.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
ผลลัพธ์คือ -10 kJ/mol已知: delta H = 30 kJ ต่อโมล; delta S = 0.10 kJ ต่อเคลวินต่อโมล; T = 400 K ใช้สูตร delta G = delta H - T x delta S ดังนั้น delta G = 30 - 400 x 0.10 = -10 kJ ต่อโมล ค่าลบแสดงว่าเป็นไปได้ภายใต้การประมาณนี้ หมายเหตุ: delta S ถูกแปลงเป็นหน่วย kJ แล้ว
ตรวจสอบข้อสรุปและขอบเขต
- ความเอื้ออำนวยทางอุณหพลศาสตร์ไม่ establishing reaction rate. องศาเซลเซียสไม่สามารถแทนที่เคลวินใน TΔS, และการผิดพลาดในการแปลงหน่วยสามารถเปลี่ยนผลลัพธ์ได้ด้วยปัจจัย 1,000 เท่า
- กลับไปที่การสังเกตเดิม อธิบายว่าผลลัพธ์นี้สนับสนุนสิ่งใด มีเงื่อนไขใดบ้าง และเป็นอย่างไรในการทดสอบคำอธิบายอื่นที่ขัดแย้งกัน
ปฏิกิริยาที่มีเสถียรภาพทางอุณหพลศาสตร์จำเป็นต้องเกิดเร็ว คำกล่าวนี้ไม่ถูกต้อง: ความสามารถในการเกิดขึ้นและความเร็วเป็นเรื่องต่างกัน อุณหพลศาสตร์ (delta G) บอกว่าปฏิกิริยาสามารถเกิดขึ้นได้ ส่วนจลนศาสตร์ (พลังงานกระตุ้น, อัตรา) บอกความเร็ว ปฏิกิริยากันชนเพชรเปลี่ยนเป็นกราไฟต์มีเสถียรภาพแต่ช้าจนไม่察觉ได้
เอนโทรปี พลังงานกิบส์ และความเหมาะสม: ใช้ ΔG = ΔH - TΔS โดยใช้หน่วยพลังงานให้สอดคล้องกัน การเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิบส์ที่เป็นลบบ่งชี้ถึงความเหมาะสมในทางอุณหพลศาสตร์สำหรับสภาวะที่กำหนด ไม่ใช่ความเร็วในการเกิดปฏิกิริยา กำแพงพลังงานกระตุ้น (activation barrier) อาจทำให้กระบวนการที่เป็นไปได้ช้าลงได้
ปฏิกิริยาที่เป็นไปได้ทางอุณหพลศาสตร์ต้องมีความเร็วสูงเสมอ
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
ความเป็นไปได้และความเร็วเป็นเรื่องคนละอย่าง อุณหพลศาสตร์ (delta G) บอกว่าปฏิกิริยาสามารถเกิดขึ้นได้ ส่วนจลนศาสตร์ (พลังงานกระตุ้น, อัตรา) บอกความเร็วในการเกิด ปฏิกิริยาคาร์บอนจากเพชรเป็นกราไฟต์เป็นไปได้อย่างเป็นธรรมชาติแต่ช้าจนไม่รู้สึกตัว
คุณสมบัติของสถานะที่เกี่ยวข้องกับการกระจายพลังงานและการจัดเรียงที่เป็นไปได้: จงเขียนศัพท์เทคนิค
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
เอนโทรปีหมายถึง คุณสมบัติของสถานะที่เกี่ยวข้องกับการกระจายพลังงานและการจัดเรียงที่มี دسترسی