Kimyasal Potansiyel ve Denge
Kimyasal potansiyel, bir sisteme madde eklendiğinde serbest enerjisinin nasıl değiştiğini ölçmektedir; reaktanların ve ürünlerin kimyasal potansiyellerinin eşitlenmesi, kimyasal denge konumunu belirlemektedir.
Tanım
Kimyasal potansiyel, bir türün kısmi molar Gibbs serbest enerjisidir ve kimyasal denge, toplam Gibbs enerjisinin minimize edildiği, böylece reaktanların ve ürünlerin ağırlıklı kimyasal potansiyellerinin eşit olduğu durumdur.
Kapsam
Bu konu, kısmi molar Gibbs enerjisi olarak kimyasal potansiyeli, aktivite ve fugasite aracılığıyla sıcaklık, basınç ve bileşime bağımlılığını ve reaksiyon ile faz değişiminin itici gücü olarak rolünü kapsamaktadır. Bir reaksiyon için denge koşulunu, standart reaksiyon Gibbs enerjisi ile denge sabiti arasındaki ilişkiyi ve Le Chatelier ilkesi ile van't Hoff denklemi aracılığıyla dengeye koşullardaki değişikliklerin etkisini geliştirmektedir. Temel enerjinin kalorimetrik ölçümü ayrı bir konuda ele alınmaktadır.
Temel sorular
- Bir türün kimyasal potansiyeli, aktivitesine veya kısmi basıncına nasıl bağlıdır?
- Dengeye, standart Gibbs enerjisi değil de reaksiyon Gibbs enerjisi sıfır olduğunda neden ulaşılır?
- Denge sabiti, van't Hoff denklemi aracılığıyla sıcaklığa nasıl bağlıdır?
- Le Chatelier ilkesi, dengenin bozulmalara karşı tepkisini nasıl öngörmektedir?
Anahtar kavramlar
- Kimyasal potansiyel ve kısmi molar nicelikler
- Aktivite, fugasite ve standart durumlar
- Denge sabiti ve reaksiyon bölümü
- van't Hoff denklemi ve sıcaklık bağımlılığı
- Le Chatelier ilkesi
Temel kuramlar
- Reaksiyon Gibbs enerjisinden denge sabiti
- Reaksiyon Gibbs enerjisi, reaksiyon koordinatı boyunca toplam Gibbs enerjisinin eğimidir; bunu sıfıra ayarlamak, denge koşulunu ve standart reaksiyon Gibbs enerjisi ile denge sabiti arasındaki ilişkiyi vermektedir.
- van't Hoff denklemi aracılığıyla sıcaklık bağımlılığı
- Denge sabitinin sıcaklıkla değişimi, standart reaksiyon entalpisi tarafından yönetilmektedir; bu nedenle, ekzotermik dengeler soğutulduğunda ürünlere doğru, endotermik dengeler ise ısıtıldığında ürünlere doğru kaymaktadır.
Klinik önem
Kimyasal potansiyel ve denge, Haber-Bosch süreci gibi endüstriyel sentezlerin verimini, ilaçların ve kirleticilerin çözünürlüğünü ve dağılımını, çözeltideki asit-baz ve kompleksleşme dengelerini ve metabolizmadaki eşlenik reaksiyonların enerjisini kontrol etmektedir.
Tarihçe
Gibbs, kimyasal potansiyeli 1870'lerde tanıtmıştır; van't Hoff, 1880'lerde izokoru aracılığıyla denge sabitini termodinamikle ilişkilendirmiştir ve Lewis daha sonra aktivite ve fugasiteyi tanıtarak bu yaklaşımı gerçek, ideal olmayan çözeltilere ve gazlara titizlikle genişletmiştir.
Öne çıkan isimler
- J. Willard Gibbs
- Jacobus Henricus van't Hoff
- Gilbert N. Lewis
İlgili konular
Temel eserler
- atkins2018
- levine2009
Sıkça sorulan sorular
- Denge ifadelerinde neden konsantrasyon yerine aktivite kullanılmaktadır?
- İdeal olmayan çözeltilerde ve gazlarda, moleküller etkileşime girerek etkin kullanılabilirliğin nominal konsantrasyon veya basınçtan farklı olmasına neden olmaktadır; aktivite, gerçek sistemler için denge sabitinin basit formunu geri kazandıran termodinamik olarak düzeltilmiş bir niceliktir.
- Bir katalizör denge konumunu değiştirir mi?
- Hayır. Bir katalizör, her iki yöndeki aktivasyon bariyerini eşit şekilde düşürerek dengeye ulaşma hızını artırmaktadır, ancak denge sabitini ve nihai denge bileşimini değiştirmemektedir, çünkü bunlar kinetik tarafından değil, termodinamik tarafından belirlenmektedir.