Entropy, năng lượng Gibbs và khả năng xảy ra
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| entropy/ˈentrəpi/ | entropy |
| Gibbs energy/ɡɪbz ˈenədʒi/ | năng lượng Gibbs |
Điều gì có thể giải thích quan sát này?
- Một phản ứng có thể thu nhiệt (endothermic) và vẫn thuận lợi về mặt nhiệt động lực học. Enthalpy đơn thuần không xác định được chiều hướng thuận lợi ở một nhiệt độ nhất định.
- Bắt đầu bằng một dự đoán. Nêu rõ các đại lượng hoặc đặc điểm bạn sẽ so sánh, sau đó quyết định bằng chứng nào có thể phân biệt hai lời giải thích.
Xây dựng mô hình
- Entropi liên quan đến sự phân tán năng lượng và số lượng cấu hình vi mô khả dụng. Năng lượng Gibbs kết hợp enthalpy, entropi và nhiệt độ tuyệt đối cho một quá trình diễn ra ở nhiệt độ và áp suất không đổi.
- Entropy: Một tính chất trạng thái liên quan đến sự phân tán năng lượng và các cấu hình khả thi; Năng lượng Gibbs: Một đại lượng nhiệt động bao gồm đóng góp từ enthalpy và entropy.
Điều gì có thể vẫn còn nhỏ ngay cả khi ΔG âm?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Delta G cho biết phản ứng có thuận lợi về nhiệt động học hay không; nó không nói gì đến động học. Rào cản hoạt hóa cao có thể giữ cho một phản ứng thuận lợi diễn ra chậm đến mức không đo lường được, như kim cương minh họa.
Ghép mỗi thuật ngữ kỹ thuật với ý nghĩa chính xác của nó.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Sử dụng các định nghĩa để phân biệt các đại lượng và quá trình liên quan.
Chọn bằng chứng có thể kiểm chứng
- Sử dụng ΔG = ΔH - TΔS với các đơn vị năng lượng thống nhất. Sự thay đổi năng lượng Gibbs âm cho thấy tính thuận lợi về mặt nhiệt động lực học đối với các điều kiện nêu ra, chứ không phải tốc độ nhanh. Rào cản kích hoạt có thể khiến một quá trình thuận lợi trở nên chậm chạp.
- Nêu rõ các giá trị là đại lượng trạng thái chuẩn và ghi lại nhiệt độ theo đơn vị Kelvin. Chuyển đổi entropi từ joule trên kelvin trên mol sang kilojoule trên kelvin trên mol khi enthalpy được tính bằng kilojoule trên mol.
Hai thói quen nào sau đây giúp việc nghiên cứu hoặc mô hình trong trường hợp này trở nên thuyết phục hơn?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Việc nêu rõ các điều kiện và giả thiết giúp người khác lặp lại công việc chính xác, và ghi lại bằng chứng hỗ trợ giúp họ kiểm tra kết luận. Giấu đi các kết quả mâu thuẫn sẽ loại bỏ bằng chứng có thể thách thức một kết luận sai, và một phép đo lường không thể khẳng định một tuyên bố rộng hơn.
Làm việc từ các đại lượng đã biết
- Nêu các giá trị đã biết và đơn vị của chúng. Chọn công thức vì các giả thiết của nó phù hợp với trường hợp này, sau đó biến đổi trước khi thay số.
- Đã biết: ΔH = +20 kJ/mol, ΔS = +100 J/(K·mol) và T = 300 K. Chuyển đổi ΔS = 0.100 kJ/(K·mol). ΔG = ΔH - TΔS = 20 - 300×0.100 = -10 kJ/mol. Quá trình thuận lợi theo xấp xỉ đã nêu.
ΔH=30 kJ/mol, ΔS=0.10 kJ/(K·mol) và T=400 K. Tìm ΔG. Sử dụng cùng quy trình: các đại lượng đã biết → mô hình → công thức → thay số → đơn vị và diễn giải.
ΔH=30 kJ/mol, ΔS=0.10 kJ/(K mol) và T=400 K. Tìm ΔG.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Kết quả là -10 kJ/mol. Đã biết: delta H = 30 kJ mỗi mol; delta S = 0.10 kJ mỗi kelvin mỗi mol; T = 400 K. Sử dụng delta G = delta H - T x delta S. Delta G = 30 - 400 x 0.10 = -10 kJ mỗi mol. Giá trị âm, nên khả thi theo xấp xỉ này; lưu ý delta S đã ở đơn vị kJ rồi.
Kiểm tra kết luận và giới hạn của nó
- Sự thuận lợi về nhiệt động học không xác định tốc độ phản ứng. Celsius không thể thay thế Kelvin trong TΔS, và một lỗi chuyển đổi đơn vị có thể làm thay đổi kết quả gấp 1,000 lần.
- Quay trở lại quan sát ban đầu. Giải thích kết quả hỗ trợ điều gì, những điều kiện nào mà nó giả định, và một cách để kiểm chứng một giải thích cạnh tranh.
Một phản ứng thuận lợi về nhiệt động học phải diễn ra nhanh chóng. Nhận định này sai: Khả năng xảy ra và tốc độ là hai vấn đề khác nhau. Nhiệt động học (delta G) nói rằng phản ứng có thể tiến hành; động học (năng lượng kích hoạt, tốc độ) nói về cách thức nhanh chậm. Kim cương chuyển sang than chì là thuận lợi nhưng cực kỳ chậm.
Entropy, năng lượng Gibbs và tính khả thi: Sử dụng ΔG = ΔH - TΔS với các đơn vị năng lượng nhất quán. Sự giảm năng lượng Gibbs (giá trị âm) chỉ ra sự thuận lợi về nhiệt động học cho điều kiện đã nêu, chứ không phải tốc độ nhanh. Rào cản năng lượng hoạt hóa có thể khiến quá trình thuận lợi trở nên chậm.
Một phản ứng thuận lợi về mặt nhiệt động học phải diễn ra nhanh.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Khả thi và tốc độ là hai vấn đề khác nhau. Nhiệt động học (delta G) cho biết phản ứng có thể xảy ra; động học (năng lượng hoạt hóa, tốc độ) cho biết diễn ra nhanh thế nào. Kim cương chuyển thành than chì là thuận lợi nhưng cực kỳ chậm.
Một tính chất trạng thái liên quan đến sự phân tán năng lượng và các cấu hình có thể truy cập: viết thuật ngữ kỹ thuật.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
entropy có nghĩa là Một thuộc tính trạng thái liên quan đến sự phân tán năng lượng và các cấu hình có thể truy cập.