Kimyasal Termodinamik
Kimyasal termodinamik, enerji ve entropinin evrensel yasalarını kimyasal değişimlere uygulayarak, tepkimelerin ilerleyip ilerlemeyeceğini, ne kadar ilerleyeceklerini ve faz ile bileşimin sıcaklık, basınç ve konsantrasyona nasıl tepki verdiğini tahmin etmektedir.
Tanım
Kimyasal termodinamik, entalpi, entropi ve serbest enerji gibi hal fonksiyonlarını kullanarak kimyasal tepkimelerin ve faz dönüşümlerinin kendiliğindenliğini, denge konumunu ve enerjilerini belirleyen fiziksel kimyanın bir dalıdır.
Kapsam
Bu alan, kimyasal sistemlerin termodinamik tanımını kapsamaktadır: iç enerji, entalpi, entropi ve Gibbs ile Helmholtz serbest enerjileri; madde akışı ve tepkime için itici değişken olarak kimyasal potansiyel; kimyasal ve faz dengesi koşulları; Gibbs faz kuralı; ve termokimya ile kalorimetri yoluyla ısı ölçümü. Bu makroskopik niceliklerin istatistiksel-mekanik kökeni, istatistiksel termodinamik altında ayrı olarak ele alınmaktadır ve yasaların kendileri genel fiziksel formlarıyla fizikte işlenmektedir; burada vurgu, kimyasal süreçlerin yönünü ve kapsamını tahmin etmek için kullanımları üzerindedir.
Alt konular
Temel sorular
- Belirli koşullar altında bir kimyasal tepkimenin kendiliğinden olup olmadığını ne belirler?
- Bir tepkimenin denge sabiti, standart Gibbs serbest enerji değişimiyle nasıl ilişkilidir?
- Kimyasal potansiyel, fazlar arasındaki madde akışını ve denge konumunu nasıl yönetir?
- Kaç faz ve bileşen bir arada bulunabilir ve faz kuralı bunları nasıl kısıtlar?
Anahtar kavramlar
- Entalpi, entropi ve Gibbs serbest enerjisi
- Kimyasal potansiyel ve aktivite
- Denge sabiti ve tepkime bölümü
- Standart haller ve referans koşullar
- Faz kuralı ve serbestlik dereceleri
Temel kuramlar
- Kendiliğindenlik için Gibbs serbest enerji kriteri
- Sabit sıcaklık ve basınçta bir süreç, Gibbs serbest enerjisi azaldığında kendiliğinden gerçekleşir; denge, G'deki bir minimuma karşılık gelir ve standart serbest enerji değişimini dG = -RT ln K aracılığıyla denge sabitine bağlar.
- Kimyasal potansiyel ve denge koşulları
- Her tür, sıcaklık, basınç ve bileşime bağlı bir kimyasal potansiyel taşır; madde, daha yüksek kimyasal potansiyel bölgelerinden daha düşük kimyasal potansiyel bölgelerine akar ve denge, her bir bileşenin kimyasal potansiyelinin tüm fazlarda eşit olduğunda sağlanır.
Klinik önem
Kimyasal termodinamik; tepkime mühendisliği, ayırma süreçleri, malzeme ve metalurjik tasarım, pil ve yakıt hücresi enerjisi ile metabolizmanın biyoenerjetiğinin temelini oluşturmakta, hangi dönüşümlerin uygulanabilir olduğuna ve dengenin nerede bulunduğuna karar veren kriterleri sağlamaktadır.
Tarihçe
Kimyasal termodinamik, 1870'lerde heterojen dengeler üzerine yaptığı çalışmasıyla kimyasal potansiyeli ve faz kuralını tanıtan J. Willard Gibbs tarafından kurulmuştur; bu çerçeve, serbest enerji, aktivite ve standart halleri sistemleştiren van't Hoff, Nernst ve Lewis ile geri dönüşümsüz süreçlere genelleştiren Onsager tarafından genişletilmiştir.
Öne çıkan isimler
- J. Willard Gibbs
- Hermann von Helmholtz
- Walther Nernst
İlgili konular
Temel eserler
- atkins2018
- levine2009
- onsager1931
Sıkça sorulan sorular
- Negatif bir Gibbs serbest enerjisi, bir tepkimenin hızlı gerçekleşeceği anlamına mı gelir?
- Hayır. Termodinamik, bir tepkimenin elverişli olup olmadığını ve dengenin nerede bulunduğunu belirtir, ancak oraya ne kadar hızlı ulaştığını söylemez; hız, kimyasal kinetik tarafından yönetilir ve güçlü bir kendiliğinden tepkime için bile son derece yavaş olabilir.
- Standart ve gerçek serbest enerji değişimleri arasındaki fark nedir?
- Standart serbest enerji değişimi, tüm türlerin referans standart hallerinde bulunmasını ifade ederken, gerçek değişim tepkime bölümü aracılığıyla gerçek konsantrasyonları veya basınçları dikkate alır; herhangi bir anda tepkimenin yönünü standart değer değil, gerçek değer belirler.