17.9
De standaard vrije energieverandering voor een reactie kan alleen worden bepaald als deze plaatsvindt onder standaardtoestanden wanneer zowel de reactanten als de producten zich in hun standaardtoestanden bevinden. De meeste chemische reacties vinden echter niet onder deze omstandigheden plaats. Onder alle omstandigheden standaard of niet-standaard wordt de relatieve hoeveelheid producten en reactanten die in een reactie aanwezig zijn, beschreven door het reactiequotiënt, Q.Voor reacties die plaatsvinden in oplossing, wordt Q berekend uit de verhouding van de product-en reactantconcentraties, waarbij elke reagensconcentratie wordt verhoogd tot de kracht van zijn stoichiometrische coëfficiënt.
Voor gasvormige reacties kunnen de partiële drukken van de gassen worden gebruikt in plaats van concentraties. De vrije energieverandering van een reactie is gelijk aan de som van de vrije energieverandering in standaardtoestand voor de reactie, delta G nul en RT maal de natuurlijke log van Q.Hier is R de universele gasconstante in joules per mol-kelvin, en T is de temperatuur van de reactie in kelvin. Bij constante temperatuur heeft de vrije energie in standaardtoestand een vaste waarde, maar Q varieert omdat deze afhangt van de samenstelling van het reactiemengsel.
Beschouw de synthese van ammoniakgas uit stikstof en waterstof bij 298 kelvin. Onder standaardomstandigheden, die voor een gas het zuivere gas is bij 1 atm, zijn de partiële drukken van alle componenten gelijk aan 1 atm, en is de grootte van het reactiequotiënt gelijk aan 1. De vrije energieverandering van de reactie is dus gelijk aan de standaard vrije energieverandering van de reactie, negatief 32, 8 kilojoules per mol, en de voorwaartse reactie is spontaan.
Onder niet-standaardomstandigheden kunnen de componenten van het reactiemengsel aanvankelijk een partiële druk hebben van 1, 2 atmosfeer stikstof, 3, 6 atmosfeer waterstof en 0, 60 atmosfeer ammoniak. Zoals eerder kan het reactiequotiënt worden bepaald uit de waarden voor de partiële drukken. Als je Q in de vergelijking vervangt, is de vrije energie voor de reactie min 45, 3 kilojoules per mol negatief, wat duidt op een spontane reactie in voorwaartse richting.
Naarmate de voorwaartse reactie vordert, wordt meer ammoniak geproduceerd en verandert de reactiesamenstelling. Wanneer de reactanten en producten in evenwicht zijn, is de vrije energieverandering voor de reactie nul, en is de waarde van RT maal de natuurlijke log van Q gelijk en tegengesteld in teken aan de standaard vrije energieverandering. Als het reactiemengsel nu 0, 02 atmosfeer stikstof, 0, 06 atmosfeer waterstof en 4, 8 atmosfeer ammoniak bevat, is Q veel groter en is de verandering in vrije energie 5, 6 kilojoule per mol.
Een positieve vrije energieverandering geeft aan dat de omgekeerde reactie energetisch gunstig is. Aldus ontleedt ammoniak onder deze omstandigheden om stikstof en waterstof te produceren.
De verandering in vrije energie voor een proces dat plaatsvindt met reactanten en producten die aanwezig zijn onder niet-standaard omstandigheden (and…
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.