Back to chapter

17.7:

Invloed van Temperatuur op Vrije Energie

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Effects of Temperature on Free Energy

Languages

Share

Om een reactie spontaan te laten zijn bij constante temperatuur en druk, moet de verandering in Gibbs-vrije energie, ΔG, kleiner zijn dan nul. Het teken van AG hangt af van de tekens en de relatieve waarden van enthalpie, entropie en temperatuur. Enthalpie bevordert spontaniteit wanneer de reactie warmte afgeeft aan de omgeving, terwijl entropie de spontaniteit bevordert wanneer er meer wanorde in het systeem is.Als ΔH negatief is en ΔS positief, zoals in de reactie tussen natriumhydroxide en zoutzuur, is ΔG bij alle temperaturen negatief. Exotherme reacties waarbij de entropie van het systeem toeneemt zijn dus altijd spontaan. Als zowel ΔH als ΔS negatief zijn, hangt ΔG af van de temperatuur.Denk aan het bevriezen van water tot ijs, een exotherme reactie waarbij de entropie van het systeem afneemt. Bij temperaturen onder het vriespunt van water zal het water spontaan bevriezen, waardoor warmte vrijkomt en meer geordend wordt. Reacties met negatieve enthalpie-en entropieveranderingen zijn dus alleen spontaan bij lage temperaturen.ΔG is ook afhankelijk van de temperatuur als zowel ΔH als ΔS positief zijn. Een bekend voorbeeld is een chemisch coldpack, waarbij vast ammoniumnitraat oplost in water dat warmte uit de omgeving opneemt. Deze endotherme reactie verloopt spontaan bij kamertemperatuur vanwege de toename van de wanorde van het systeem.Reacties met positieve enthalpie-en entropieveranderingen zijn dus alleen spontaan bij hogere temperaturen. Als de temperatuur zodanig zou worden verlaagd dat de TΔS kleiner wordt dan ΔH, zou ΔG positief zijn en zou de reactie niet-spontaan worden. Als ΔH positief is en ΔS negatief, is ΔG altijd positief en is de reactie niet spontaan bij alle temperaturen.

17.7:

Invloed van Temperatuur op Vrije Energie

The spontaneity of a process depends upon the temperature of the system. Phase transitions, for example, will proceed spontaneously in one direction or the other depending upon the temperature of the substance in question. Likewise, some chemical reactions can also exhibit temperature-dependent spontaneities. To illustrate this concept, the equation relating free energy change to the enthalpy and entropy changes for the process is considered:

Eq1

The spontaneity of a process, as reflected in the arithmetic sign of its free energy change, is then determined by the signs of the enthalpy and entropy changes and, in some cases, the absolute temperature. Since T is the absolute (kelvin) temperature, it can only have positive values. Four possibilities, therefore, exist with regard to the signs of the enthalpy and entropy changes:

  1. Both ΔH and ΔS are positive. This condition describes an endothermic process that involves an increase in system entropy. In this case, ΔG will be negative if the magnitude of the TΔS term is greater than ΔH. If the TΔS term is less than ΔH, the free energy change will be positive. Such a process is spontaneous at high temperatures and nonspontaneous at low temperatures.
  2. Both ΔH and ΔS are negative. This condition describes an exothermic process that involves a decrease in system entropy. In this case, ΔG will be negative if the magnitude of the TΔS term is less than ΔH. If the TΔS term’s magnitude is greater than ΔH, the free energy change will be positive. Such a process is spontaneous at low temperatures and nonspontaneous at high temperatures.
  3. ΔH is positive, and ΔS is negative. This condition describes an endothermic process that involves a decrease in system entropy. In this case, ΔG will be positive regardless of the temperature. Such a process is nonspontaneous at all temperatures.
  4. ΔH is negative, and ΔS is positive. This condition describes an exothermic process that involves an increase in system entropy. In this case, ΔG will be negative regardless of the temperature. Such a process is spontaneous at all temperatures.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 16.4: Free Energy.