Kafli 16

Efnahvarf hefur náttúrulega tilhneigingu til að eiga sér stað og gengur án stöðugs orkuframlags frá ytri gjafa.

(a) sjálfgengt; (b) ósjálfgengt; (c) sjálfgengt; (d) ósjálfgengt; (e) sjálfgengt; (f) sjálfgengt

Þótt oxun plasts sé sjálfgeng er oxunarhraðinn mjög hægur. Plast er því hreyfifræðilega stöðugt og brotnar ekki niður að ráði, jafnvel á tiltölulega löngum tíma.

Það eru fjögur upphafsörástand og fjögur lokaörástand. ΔS = k ln(W_f/W_i) = 1,38 × 10⁻²³ J/K × ln(4/4) = 0.

Líkurnar á því að allar agnirnar séu öðrum megin eru 1/32. Þessar líkur eru talsvert minni en niðurstaðan 1/8 fyrir fjögurra agna kerfið. Álykta má að líkurnar á því að allar agnir haldist í aðeins einum hluta kerfisins minnki hratt eftir því sem ögnum fjölgar. Til dæmis eru líkurnar á því að allar gassameindir safnist saman öðrum megin í herbergi við stofuhita og venjulegan þrýsting hverfandi, þar sem fjöldi gassameinda í herberginu er mjög mikill.

Aðeins eitt upphafsástand er til staðar. Fyrir lokaástandið getur orkan verið í pörunum A-C, A-D, B-C eða B-D. Þannig eru fjögur möguleg lokaástand. ΔS = k ln(W_f/W_i) = 1,38 × 10⁻²³ J/K × ln(4/1) = 1,91 × 10⁻²³ J/K.

Massar þessara sameinda gæfu til kynna öfuga tilhneigingu í óreiðu þeirra. Sú tilhneiging sem sést stafar af því að óreiða breytist mun meira með ham efnis. Við stofuhita er I₂ fast efni, Br₂ vökvi og Cl₂ gas.

(a) C₃H₇OH(l), þar sem sameindin er stærri, flóknari og massameiri, og fleiri örástand lýsa því hreyfingum hennar við tiltekið hitastig. (b) C₂H₅OH(g), þar sem efnið er í gasham. (c) 2H(g), þar sem óreiða er magnstærð; tvö H-atóm, eða tvö mól H-atóma, hafa því tvöfalt meiri óreiðu en eitt atóm, eða eitt mól atóma.

(a) Neikvæð. Tiltölulega skipulegt fast efni sem fellur út fækkar hreyfanlegum jónum í lausn. (b) Neikvæð. Það er nettótap á þremur mólum af gasi frá hvarfefnum til myndefna. (c) Jákvæð. Það er nettóaukning um sjö mól af gasi frá hvarfefnum til myndefna.

C₆H₆(l) + 7,5O₂(g) ⟶ 3H₂O(g) + 6CO₂(g). Í upphafi eru 7,5 mól af gasi og í lokin eru 3 + 6 = 9 mól af gasi. Því er líklegt að óreiðan aukist vegna þessa efnahvarfs og að ΔS sé jákvætt.

(a) 107 J/K; (b) −86,7 J/K; (c) 133,2 J/K; (d) 118,8 J/K; (e) −326,6 J/K; (f) −171,9 J/K; (g) −7,2 J/K

100,3 J/K

(a) −198,1 J/K; (b) −348,9 J/K

Þar sem ΔS_univ < 0 við hvort tveggja hitastigið er bráðnun ekki sjálfgeng við hvorugt þeirra. Uppgefin gildi fyrir óreiðu og vermi eiga við NaCl við 298 K. Gert er ráð fyrir að þau breytist ekki verulega við hærra hitastigið sem notað er í dæminu.

(a) 2,86 J/K; (b) 24,8 J/K; (c) −113,2 J/K; (d) −24,7 J/K; (e) 15,5 J/K; (f) 290,0 J/K

Efnahvarfið er ósjálfgengt við stofuhita. Ofan við 400 K verður ΔG neikvætt og efnahvarfið verður sjálfgengt.

(a) 465,1 kJ, ósjálfgengt; (b) −106,86 kJ, sjálfgengt; (c) −291,9 kJ, sjálfgengt; (d) −83,4 kJ, sjálfgengt; (e) −406,7 kJ, sjálfgengt; (f) −154,3 kJ, sjálfgengt

(a) Staðalmyndunarfríorkan er −1124,3 kJ/mól. (b) Útreikningurinn kemur heim og saman við gildið í viðauka G vegna þess að fríorka er ástandsfall, rétt eins og vermi og óreiða. Breyting hennar er því aðeins háð upphafs- og lokaástandi, en ekki leiðinni þar á milli.

(a) Efnahvarfið er ósjálfgengt. (b) Yfir 566 °C er ferlið sjálfgengt.

(a) 1,5 × 10² kJ; (b) −21,9 kJ; (c) −5,34 kJ; (d) −0,383 kJ; (e) 18 kJ; (f) 71 kJ

(a) K = 41; (b) K = 0,053; (c) K = 6,9 × 10¹³; (d) K = 1,9; (e) K = 0,04

Í hverju eftirfarandi tilvika er gildi ΔG ekki gefið við hitastig efnahvarfsins. Því þarf að reikna ΔG út frá ΔH° og ΔS° og nota síðan jöfnuna ΔG = ΔH° − TΔS°. (a) K = 1,07 × 10⁻¹³; (b) K = 2,51 × 10⁻³; (c) K = 2,73 × 10⁴; (d) K = 0,219; (e) K = 16,1

Staðalfríorkubreytingin er ΔG° = −RT ln K = 4,84 kJ/mól. Þegar hvarfefni og myndefni eru í staðalástandi (1 bar eða 1 atm) er Q = 1. Eftir því sem efnahvarfið stefnir að jafnvægi hliðrast það til vinstri, magn myndefna minnkar og magn hvarfefna eykst: Q < 1 og ΔG verður minna jákvætt eftir því sem það nálgast núll. Við jafnvægi er Q = K og ΔG = 0.

Efnahvarfið verður sjálfgengt við hitastig yfir 287 K.

K = 5,35 × 10¹⁵; ferlið er útvermið.

1,0 × 10⁻⁸ atm. Þetta er hámarksþrýstingur lofttegundanna við tilgreind skilyrði.

x = 1,29 × 10⁻⁵ atm = P_O₂

−0,16 kJ

(a) 22,1 kJ; (b) 98,9 kJ/mól

90 kJ/mól

(a) Við staðalvarmafræðilegar aðstæður er uppgufunin ósjálfgeng. (b) K_p = 0,031. (c) Uppgufun vatns er sjálfgeng. (d) P_H₂O verður alltaf að vera minna en K_p, það er minna en 0,031 atm. Gildið 0,031 atm táknar loft sem er mettað vatnsgufu við 25 °C, eða 100% rakastig.

(a) Ósjálfgengt þar sem ΔG° > 0. (b) ΔG = ΔG° + RT ln Q; ΔG = 1,7 × 10³ + (8,314 × 310 × ln(28/120)) = −2,1 kJ. Framhvarfið sem myndar F6P er sjálfgengt við þessar aðstæður.

ΔG er neikvætt þar sem ferlið er sjálfgengt. ΔH er jákvætt þar sem lausnin kólnar og upplausnin hlýtur því að vera innvermin. ΔS hlýtur að vera jákvætt þar sem hún drífur ferlið áfram, eins og vænta má við upplausn leysanlegs jónasambands.

(a) Aukning á hlutþrýstingi súrefnis leiðir til lækkunar á Q og ΔG verður því neikvæðara. (b) Aukning á hlutþrýstingi súrefnis leiðir til lækkunar á Q og ΔG verður því neikvæðara. (c) Aukning á hlutþrýstingi súrefnis leiðir til hækkunar á Q og ΔG verður því jákvæðara.