Repetition F10. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Relevanta dokument
Repetition F11. Molär Gibbs fri energi, G m, som funktion av P o Vätska/fasta ämne G m G m (oberoende av P) o Ideal gas: P P. G m. + RT ln.

Repetition F9. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Föreläsning 2.3. Fysikaliska reaktioner. Kemi och biokemi för K, Kf och Bt S = k lnw

Repetition F12. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 13-18

Bestäm brombutans normala kokpunkt samt beräkna förångningsentalpin H vap och förångningsentropin

Kapitel 11. Egenskaper hos lösningar

Kapitel 17. Spontanitet, Entropi, och Fri Energi. Spontanitet Entropi Fri energi Jämvikt

Kapitel 11. Egenskaper hos lösningar. Koncentrationer Ångtryck Kolligativa egenskaper. mol av upplöst ämne liter lösning

Kapitel 17. Spontanitet, Entropi, och Fri Energi

Repetition F8. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Godkänt-del A (uppgift 1 10) Endast svar krävs, svara direkt på provbladet.

Godkänt-del. Hypotetisk tentamen för Termodynamik och ytkemi, KFKA10

Allmän kemi. Läromålen. Viktigt i kap 17. Kap 17 Termodynamik. Studenten skall efter att ha genomfört delkurs 1 kunna:

Repetition F7. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Fysikalisk kemi KEM040. Clausius-Clapeyronekvationen Bestämning av ångtryck och ångbildningsentalpi för en ren vätska (Lab2)

Lösningsförslag. Tentamen i KE1160 Termodynamik den 13 januari 2015 kl Ulf Gedde - Magnus Bergström - Per Alvfors

Tentamen i Termodynamik för K och B kl 8-13

Hur förändras den ideala gasens inre energi? Beräkna också q. (3p)

Intermolekylära krafter

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

FÖRELÄSNING 9. YTAKTIVA ÄMNEN OCH SJÄLVASSOCIERANDE SYSTEM.

Allmän kemi. Läromålen. Viktigt i kapitel 11. Kap 11 Intermolekylära krafter. Studenten skall efter att ha genomfört delkurs 1 kunna:

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Tentamen, Termodynamik och ytkemi, KFKA01,

Repetition F4. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Intermolekylära krafter

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Övningstentamen i KFK080 för B

Galenisk och Fysikalisk kemi för Receptarieprogrammet. Övningsexempel i Fysikalisk kemi

Farmaceutisk fysikalisk kemi, A6. Föreläsning: Faslära PH

Bindelinjer gäller för bestämd temp. Hävstångsregeln gäller.

Om trycket hålls konstant och temperaturen höjs kommer molekylerna till slut att bryta sig ur detta mönster (sublimation eller smältning).

Tentamen i KFK080 Termodynamik kl 08-13

Kap. 4. Gränsytor mellan vätska-gas och mellan vätska-vätska

EGENSKAPER FÖR ENHETLIGA ÄMNEN

Kapitel 10. Vätskor och fasta faser

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

Godkänt-del. Hypotetisk tentamen för Termodynamik och ytkemi, KFKA10

Repetition F6. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Kapitel Repetition inför delförhör 2

Godkänt-del A (uppgift 1 10) Endast svar krävs, svara direkt på provbladet.

Tentamen KFKA05 och nya KFK080,

Tentamen i kemisk termodynamik den 12 juni 2012 kl till (Salarna L41, L51 och L52)

Kapitel 10. Vätskor och fasta faser

Tentamen KFK080 för B,

Allmän Kemi 2 (NKEA04 m.fl.)

Kapitel Kapitel 12. Repetition inför delförhör 2. Kemisk kinetik. 2BrNO 2NO + Br 2

Termodynamik FL3. Fasomvandlingsprocesser. FASER hos ENHETLIGA ÄMNEN. FASEGENSKAPER hos ENHETLIGA ÄMNEN. Exempel: Koka vatten under konstant tryck:

Kapitel 10. Vätskor och fasta faser

Föreläsning 4. Koncentrationer, reaktionsformler, ämnens aggregationstillstånd och intermolekylära bindningar.

Kapitel 5. Gaser. är kompressibel, är helt löslig i andra gaser, upptar jämt fördelat volymen av en behållare, och utövar tryck på sin omgivning.

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Flytande fas Gasfas

Tentamen i Allmän kemi 7,5 hp 5 november 2014 ( poäng)

Konc. i början 0.1M 0 0. Ändring -x +x +x. Konc. i jämvikt 0,10-x +x +x

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

Tentamen i Kemisk termodynamik kl 8-13

jämvikt (där båda faserna samexisterar)? Härled Clapeyrons ekvation utgående från sambandet

Vad är vatten? Ytspänning

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Flytande fas Gasfas

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Fast fas Flytande fas Gasfas

Skrivning i termodynamik och jämvikt, KOO081, KOO041,

Fö. 11. Bubblor, skum och ytfilmer. Kap. 8.

Tentamen KFKA05 Molekylära drivkrafter 1: Termodynamik,

Idealgasens begränsningar märks bäst vid högt tryck då molekyler växelverkar mera eller går över i vätskeform.

Övningar Homogena Jämvikter

18. Fasjämvikt Tvåfasjämvikt T 1 = T 2, P 1 = P 2. (1)

Tentamen i kemisk termodynamik den 17 januari 2014, kl

Ytor och gränsskikt, Lektion 1 Ytspänning, kapillaritet, ytladdning

Kapitel 4. Reaktioner i vattenlösningar

Repetition. Termodynamik handlar om energiomvandlingar

Kemisk jämvikt. Kap 3

Kapitel 6. Termokemi

Kap 3 egenskaper hos rena ämnen

Kapitel 6. Termokemi. Kapaciteten att utföra arbete eller producera värme. Storhet: E = F s (kraft sträcka) = P t (effekt tid) Enhet: J = Nm = Ws

Tentamen KFKA05 för B, kl 14-19

Föreläsning 6 Ytaktiva ämnen, micellbildning m.m. NOP 2011

Vatten har: 1. Stor ytspänning. 2. Hög kokpunkt. 3. Högt ångbildningsvärme. 4. Stor dielektricitetskonstant.

Materialfysik vt Fasta ämnens termodynamik 4.1 Fasdiagram

Kapitel 6. Termokemi. Kapaciteten att utföra arbete eller producera värme. Storhet: E = F s (kraft sträcka) = P t (effekt tid) Enhet: J = Nm = Ws

Material. VT1 1,5 p Janne Färm

Kapitel 6. Termokemi

Tentamen i allmän och biofysikalisk kemi

Introduktion till kemisk bindning. Niklas Dahrén

O O EtOAc. anilin bensoesyraanhydrid N-fenylbensamid bensoesyra

Nollte huvudsatsen och temperatur. mekanisk jämvikt

Meddelande. Föreläsning 2.5. Repetition Lv 1-4. Kemiska reaktioner. Kemi och biokemi för K, Kf och Bt 2012

Kapitel IV. Partikeltalet som termodynamisk variabel & faser

1. a) Förklara, genom användning av något lämpligt kemiskt argument, varför H 2 SeO 4 är en starkare syra än H 2 SeO 3.

Termodynamik Föreläsning 3

aa + bb cc + dd gäller Q = a c d

Kemi och energi. Exoterma och endoterma reaktioner

Då du skall lösa kemiska problem av den typ som kommer nedan är det praktiskt att ha en lösningsmetod som man kan använda till alla problem.

Kap 7 entropi. Ett medium som värms får ökande entropi Ett medium som kyls förlorar entropi

Polära och opolära ämnen, lösningsmedel och löslighet. Niklas Dahrén

Termodynamik. Läran om energi och dess egenskaper

Två system, bägge enskilt i termisk jämvikt med en tredje, är i jämvikt sinsemellan

Tentamen i Kemi för miljö- och hälsoskyddsområdet: Allmän kemi och jämviktslära

Kinetik, Föreläsning 2. Patrik Lundström

Transkript:

Repetition F10 Gibbs fri energi o G = H TS (definition) o En naturlig funktion av P och T Konstant P och T (andra huvudsatsen) o G = H T S 0 G < 0: spontan process, irreversibel G = 0: jämvikt, reversibel G > 0: omvänd process spontan, irreversibel o Ett system vid konstant P och T vill minimera sin Gibbs fri energi

Repetition F10 forts. Molär Gibbs fri energi, G m o Rena ämnen fas (s, l, g) med lägst G m mest stabil faser med samma G m i jämvikt (fasomvandling) o Blandningar G m varierar med sammansättningen ΔG = ng m (produkter) ng m (reaktanter) varierar med sammansättningen, anger reaktionens spontana riktning vid given sammansättning

Repetition F10 forts. Standard molär Gibbs fri energi, G m o Förutsätter standardtillstånd, dvs. rent ämne vid 1 bar o Oberoende av sammansättning o Endast en funktion av T o ΔG = ng m (produkter) ng m(reaktanter) oberoende av sammansättningen, anger reaktionens spontana riktning utan hänsyn till växelverkan och blandningsentropi i en reaktionsblandning

Repetition F10 forts. Standard Gibbs fri energi vid bildning, G f o Ändringen i Gibbs fri energi då ett rent ämne bildas vid 1 bar ur de rena grundämnena i sina mest stabila former o ΔG = ng m (produkter) ng m(reaktanter) = = nδg f (produkter) nδg f (reaktanter) Extra arbete, w e o Ej tryck-volymarbete, t.ex. elektriskt arbete o G = w e,max (konstant P och T)

F11 Fysikalisk jämvikt Jämvikt mellan olika faser för rena ämnen variation med tryck och temperatur Jämvikt mellan rena ämnen och ämnena i blandningar, inklusive i lösning

Molär Gibbs fri energi, G m tryckberoende Rena fasta ämnen och vätskor G m oberoende av P (approximation) G m (P) G m (P ), dvs. i förenklad form G m G m Ideal gas G m = G m + RT ln P P P är referenstrycket (där G m är känt) = standardtrycket 1 bar

Ångbildning X(l) X(g) ΔG vap = G m,g G m,l G m,g + RT ln P P G m,l = ΔGvap + RT ln P P Jämvikt råder när en molekyl lika gärna vill vara i vätskan som i gasfasen, dvs. då G m,l = G m,g eller G vap = 0

Dynamisk jämvikt Jämvikt innebär i praktiken att under en viss tid, lika många molekyler i gasfasen kondenserar som molekyler i vätskan förångas

Ångtryck Lösning av ekvationen ( G vap = 0) ΔG vap + RT ln P P = 0 map P ger ångtrycket, dvs. det tryck ångan måste ha vid en viss temperatur för att stå i jämvikt med vätskan Stark intermolekylär växelverkan i vätskan lågt ångtryck Fasta ämnen har också ångtryck, men de är normalt mycket små pga stark växelverkan

Ångtryck och partialtryck Jämviktstrycket för ångan är dess eget tryck Om vätskan sätts i kontakt med en annan gas än X(g) eller en gasblandning (luft) avges ånga tills ångan har ett partialtryck som motsvarar ångtrycket

Övning Ångtrycket för kvicksilver, Hg, är 0,227 Pa vid 25 C. Hur många gram kvicksilverånga finns i ett rum med dimensionerna 3,0 m x 3,0 m x 2,0 m om luften är mättad med Hg(g) vid 25 C?

Svar PV = nrt n = PV RT m = nm M Hg = 200,6 g/mol m = PV RT M = 0,227 Pa (3,0 3,0 2,0) m 3 8,314 J K -1 mol -1 (25 + 273,15) K = 0,33 g Svar: Det finns 0,33 g kvicksilverånga i rummet. 200,6 g/mol =

Kokning Om ångtrycket är detsamma som totaltrycket på vätskan, kan ångan trycka undan vätskan och ångbildning kan ske inne i vätskan vätskan kokar Normala kokpunkten är definierad som den temperatur då ångtrycket är 1 atm

Ångtryckets temperaturberoende ΔG P vap + RT ln P = 0 ln P P = ΔG vap RT ΔG vap = ΔHvap TΔSvap ln P P = ΔH vap TΔSvap RT = ΔH vap RT + ΔS vap R = 1 atm kokpunkter

Clausius-Clapeyrons ekvation Vad är ångtrycket P 2 vid en temperatur T 2, om vi känner ångtrycket P 1 vid temperaturen T 1? Antag att H vap och S vap är oberoende av T ln P 1 P = ΔH vap + ΔS vap RT 1 R, ln P 2 P = ΔH vap + ΔS vap RT 2 R ln P 2 P ln P 1 P = ΔH vap + ΔS vap RT 2 R ΔH vap + ΔS vap RT 1 R ln P 2 = ΔH vap P 1 R 1 1 T 1 T 2

Övning Ångtrycket för CCl 4 är 0,143 bar vid 25,0 C och H vap är 33,05 kj/mol. Vid vilken temperatur är ångtrycket 0,540 bar? Använd Clausius-Clapeyrons ekvation ln P 2 P 1 = ΔH vap R 1 1 T 1 T 2

Svar Två fall P 1 = 0,143 bar, T 1 = 25,0 C = (25,0 + 273,15) K = 298,15 K P 2 = 0,540 bar, T 2 =? ln P 2 P 1 = ΔH vap R 1 1 = T 1 T 2 1 1 T 1 T 2 R ln P 2 ΔH vap P 1 1 T 2 = 1 T 1 R ln P 2 ΔH vap P 1

Svar T 2 = 1 T 1 1 R ln P = 2 P 1 ΔH vap 1 = 1 8,314 J K mol-1 0,540 bar 298,15 K 33,05 10 3-1 ln J mol 0,143 bar = 331,15 K = (331,15 273,15) C = 58,0 C = Svar: Ångtrycket är 0,540 bar vid 58,0 C.

Från G m för rena faser till fasdiagram För varje P markera T för jämviktspunkterna G m,a = G m,b där a och b är s, l eller g linjer i ett fasdiagram Konstant P

Fasdiagram (en komponent) Enkomponentdiagram endast ett ämne, dvs. inga blandningar Yta med en fas, enfasområde P och T kan varieras oberoende av varandra (två frihetsgrader) Linje med två faser i jämvikt P och T följs åt, en av dem kan varieras fritt (en frihetsgrad) Punkt med tre faser i jämvikt, trippelpunkt - P och T givna (noll frihetsgrader)

Minska P vid konstant T (l g) Vätska (l) Jmv l g Ånga (g)

Övning Beskriv vad som händer längs de streckade linjerna

Svar Från vänster till höger temperaturen ökas Fast ämne jämvikt fast ämne och vätska (det fasta ämnet smälter) vätska jämvikt vätska och gas (vätskan förångas) gas Fast ämne jämvikt fast ämne och gas (det fasta ämnet sublimerar) gas

Kritisk punkt (T c,p c ) Vätske-gaslinjen upphör i den kritiska punkten (T c,p c ) Skillnad mellan vätska och gas försvinner Över den kritiska temperaturen T c sker ingen fasövergång gas till vätska vid ökat tryck, oavsett tryck P c är kritiska trycket Kritisk punkt

Superkritisk vätska (T > T c, P > P c ) Fyller behållaren som en gas Hög densitet som en vätska

Blandningar och lösningar Gaser är obegränsat blandbara med varandra (vid normala tryck), eftersom den intermolekylära växelverkan är liten Vätskor och fasta ämnen kan vara begränsat blandbara Vi talar om en lösning om en blandning innehåller mycket av ett ämne (lösningsmedel, solvent) och lite av ett annat (löst ämne, solute)

Molär löslighet, s Den molära lösligheten s är den maximala koncentrationen av ett löst ämne för ett givet lösningsmedel, t.ex. glukos i vatten När koncentrationen är s är lösningen mättad och tillsatts av mer av det lösta ämnet stannar kvar i en fas för sig. mättad Glukos i vattenlösning lösning c = s c < s olöst glukos

Löslighet Gibbs fri energi Lösligheten bestäms av Gibbs fri energi (konstant P och T) G sol = H sol - T S sol beror på sammansättningen o H sol : nettoväxelverkan o S sol : blandningsentropi G sol < 0: upplösning G sol = 0: jämvikt, mättad lösning G sol > 0: fasseparation

Lika löser lika För att blanda två ämnen A och B måste växelverkan A-A och B-B brytas för att ersättas med (2) A-B Om A och B är olika (t.ex. om A kan ha vätebindningar, men inte B) är oftast attraktionen A-A eller B-B betydligt starkare än A-B, så att nettoeffekten blir minskad attraktion, men om de är lika är skillnaden liten Polära lösningsmedel löser bäst polära ämnen och opolära lösningsmedel löser bäst opolära.

Övning Bäst lösningsmedel - vatten eller bensen? 1. KCl 2. CCl 4 3. CH 3 COOH 4. Br 2 5. HF

Svar Bäst lösningsmedel - vatten eller bensen? 1. KCl vatten 2. CCl 4 bensen 3. CH 3 COOH vatten 4. Br 2 bensen 5. HF vatten

Amfifila molekyler Amfifila molekyler har en polär del, som gärna löser sig i polära lösningsmedel, och en opolär, som gärna löser sig i opolära lösningsmedel De föredrar att placera sig i gränsytan mellan polära och opolära faser - de är ytaktiva Typiska exempel är s.k. surfaktanter ( surfactants av surface active agents eller på svenska tensider) med en lång opolär kolvätekedja (svans) som är hydrofob, dvs. skyr vatten, och ett litet polärt huvud som är hydrofilt, dvs. gillar vatten

Amfifila molekyler exempel Fettsyror är biomolekylära exempel som använts till tvål Hydrofilt huvud Hydrofob svans Normalt används syntetiska tensider som rengöringsmedel

Miceller Tensider kan bilda miceller med en opolär kärna som löser opolära ämnen som fett och en hydrofil yta som gör att micellen stannar i lösning.

Övning Hydrofil eller hydrofob grupp? 1. R-NH 2 2. R-CH 2 CH 3 3. R-Br 4. R-COOH 5. R-SO 3 Na

Svar Hydrofil eller hydrofob grupp? 1. R-NH 2 - hydrofil 2. R-CH 2 CH 3 - hydrofob 3. R-Br - hydrofob 4. R-COOH - hydrofil 5. R-SO 3 Na - hydrofil

Lösningsentalpi, H sol Upplösning av salt kan ses som en process i två tänkta steg Saltets joner separerar bildar gas LiCl(s) Li + (g) + Cl - (g) Gitterentalpi, H L > 0 Jonerna stoppas in i lösningsmedlet Li + (g) + Cl - (g) Li + (aq) + Cl - (aq) Hydratiseringsentalpi, H hyd < 0 H sol = H L + H hyd

Lösningsentalpi, H sol : H L - H hyd LiCl(s) Li + (aq) + Cl - (aq) H sol < 0 NH 4 NO 3 (s) NH 4+ (aq) + NO 3- (aq) H sol > 0

Entropiändring vid upplösning Entropin ökar nästan alltid när en kondenserad fas löses i en annan, vilket gynnar upplösning (till en viss gräns) För ett löst ämne kan entropiändringen liknas vid en övergång från vätska/fast ämne till gas Även lösningsmedlet får högre entropi, eftersom dess koncentration minskar

Blandningsentropi Principen för ökad entropi vid blandning är att det finns fler sätt att fylla en låda med äpplen och apelsiner än två separata lådor med enbart äpplen respektive apelsiner Om vi också säger att vi inte kan se skillnad på äpplen och äpplen respektive apelsiner och apelsiner, blir skillnaden mellan oblandat och blandat tydligare

Gasers löslighet Från gas till lösning minskad tillgänglig volym ökad entropi endast vid låga koncentrationer Ökat tryck ökad löslighet

Gasers löslighet Henrys lag För gaser är lösligheten proportionell mot partialtrycket s = k H P k H : Henrys konstant beror på gas, lösningsmedel och T