17 Příklad spontánní reakce: Podrobné vysvětlení

Reakce, která má přirozené nutkání proběhnout sama od sebe za daného souboru podmínek (když byla v případě potřeby napodobena) a přechází z nerovnovážného stavu do rovnovážného stavu, se nazývá spontánní reakce.

Reakce zinku se síranem měďnatým

Zinek, který je reaktivnější než měď, podléhá samovolně exotermická reakce ve kterém je měď nahrazena zinkem a tvoří síran zinečnatý.

Zn + CuSO4 –> ZnSO4 + Cu

Podle reaktivity je sériový zinek reaktivnější než měď, takže když se zinek přidá do roztoku síranu měďnatého, měď je nahrazena zinkem a tvoří se ZnSo4. Modře zbarvený roztok se stává bezbarvým.

Gibbsova energie a spontánnost

If ∆G (termodynamický potenciál používaný k výpočtu maximální práce vykonané uzavřeným systémem) je záporný, reakce bude spontánní

Je to proto, že reakce probíhá ve směru, ve kterém systém vykonává užitečnou práci, což způsobuje pokles Gibbsovy energie.

Změna Gibbsovy energie pro proces je dána rovnicí

                                            ∆G = ∆H – T ∆S

Je zřejmé, že spontaneita procesu závisí na ∆H, ∆S a T tohoto procesu

Některé body k poznámce;

1)Je-li ∆H záporné a ∆S kladné, pak ∆G bude záporné a reakce by byla rozhodně spontánní

2)Pokud jsou ∆H i ∆S záporné, pak by ∆G bylo záporné a proces by byl spontánní pouze při teplotách dostatečně nízkých, takže ∆H > T ∆S číselně

3)Pokud jsou ∆H i ∆S kladné, věc by byla záporná a proces by byl spontánní pouze při teplotách dostatečně vysokých, takže ∆H < T ∆S číselně

4) Pokud je ∆H kladné a ∆S záporné, pak ∆G bude kladné a reakce by byla rozhodně nespontánní při všech teplotách

Hodnota ∆G pro výše uvedenou reakci je asi -212 při 298 K, což je záporné a jde tedy o spontánní reakci.

Přidání kovového sodíku do vody

Kovový sodík, když je přidán do vody, spontánně reaguje s vodou podléhající exotermické reakci a produkuje velké množství tepla.

Sodík patří do skupiny 1 prvků v periodické tabulce a má 1 valenční elektron, takže jsou připraveni tento elektron ztratit, aby získali elektronickou konfiguraci vzácného plynu, která je vysoce stabilní.

Takže, když se do vody přidá sodík, snadno reagují a poskytují NaOH a H2 plyn s velkým množstvím tepla.

2Na(s) + 2H2O –> 2NaOH (Aq) + H2 (plyn)

Tání ledu

Tání ledu na vodu je samovolný proces, při kterém led absorbuje teplo z okolí a taje za endotermické spontánní reakce.

Podle druhého termodynamického zákona zůstává zvýšení entropie reakce konstantní pro vratné reakce, zatímco se zvyšuje pro nevratnou reakci (spontánní reakce)

Tání ledu je také samovolné příklad reakce.

H2O (led) –> H2O (kapalina)

Tendence ledu tát do kapalného stavu je způsobena tím, že nepořádek v kapalině je větší než v pevné látce, a proto bude entropie kapaliny více ve srovnání s ledem, takže podléhá spontánní reakci.

Odpařování vody

Odpařování vody na plyn zvyšuje náhodnost, protože a tím i entropii a činí reakci spontánní.

H2O (kapalina) –> H2O (plyn)

Vaporizace vody na led je endotermická spontánní reakce, při které voda absorbuje teplo z prostředí a díky tomuto zvýšení teploty se voda odpaří na plyn, zvýší se neuspořádanost molekul plynu a také entropie.

Štěpení radioaktivního atomu

Spontánní štěpení je příkladem spontánní reakce, kdy se nestabilní jádra štěpí na fragmenty s uvolněním velkého množství energie.

Spontánní štěpení je druh radioaktivního rozpadu, při kterém an izotop s nestabilními jádry se rozštěpí a přemění na stabilnější jádra vyzařováním záření. Rychlost rozpadu jader se u různých izotopů liší. Je to dobrý příklad spontánní reakce.

cf252 –> Xe140 +Ru108 + 4n + energie

Reakce oktahydrátu hydroxidu barnatého se suchým chloridem amonným

Reakce oktahydrátu hydroxidu barnatého se suchým chloridem amonným je spontánní reakce s negativní hodnotou ∆G.

Ba (OH)2 .8 H2O(S) + 2NH4Cl(S) -> 2BaCl2.2 H28 (vod.) + XNUMXH22(XNUMX) + XNUMXNH3(G)

∆H = 63.5 KJ/mol

T = 298 tis

∆S =0.368J/K mol

 ∆G = ∆H -T ∆S

      = 63.5 -298 (368) = -46.1 KJ

Gibbsova energie je negativní, takže reakce je spontánní.

Projekt Spalovací reakce uhlí

Spalovací reakce uhlí je příkladem spontánní reakce a je a je důvodem požárů uhlí v nekontrolovaných prostředích.

Uhlí + O2 -> CO + CO2 +H2O + Teplo

Uhlí má tendenci se samovolně zahřívat v důsledku jeho autooxidace sloučenin, což činí samovznícení nejčastější příčinou nekontrolovaného spalování. Po celém světě se vyskytuje mnoho požárů uhlí, které hoří tisíce let

Projekt Reakce octa s jedlou sodou

Reakce jedlé sody (NaHCO3) s octem (CH3COOH) je exotermická spontánní reakce, kdy entalpie tvorby produktu je nižší než entalpie reaktantu

NaHCO3 +CH3COOH –> CO2 + H2O + CH3COONa

Tvorba rzi

Tvorba rzi je spontánní exotermická reakce, při které dochází k rezavění železa na kyslík v přítomnosti vlhkosti.

Když je železo nebo jeho slitina vystavena kyslíku v přítomnosti vlhkosti, podléhá redoxní reakci mezi kyslíkem a železem.

Např; Koroze železa. Při této reakci se vytvoří červená vrstva oxidu železa

Reakce

Fe(s) + 2H+ +1/2 O2 –>Fe2+ + H2O

Bylo zjištěno, že hodnota ∆G pro výše uvedenou reakci je negativní a jde tedy o spontánní reakci

Přeměna diamantu na grafit

Přeměna diamantu na grafit je spontánní proces, protože grafit je stabilnější alotrop uhlíku než diamant

Spontánní reakce ukazuje tendenci získat stav minimální energie

příklad spontánní reakce

příklad spontánní reakce

Diamant je stabilní allotrop při velmi vysokém tlaku a za normálních podmínek je kinetická energie částic diamantu pomalá, až prakticky neexistuje.

Jsou však termodynamicky nestabilní, takže se přeměňují na stabilnější grafit s nízkou energií ve srovnání s diamantem, ale díky nízké kinetické energii je reakce velmi pomalá.

Proces nevyžaduje chemickou reakci s aplikovaným vnějším faktorem.

Expanze plynu do oblasti nízkého tlaku

Plyn samovolně expanduje do oblasti nízkého tlaku. Opačný proces nikdy nenastane sám o sobě.

Expanze plynu do oblasti nízkého tlaku je dobrým příkladem spontánní reakce Tok plynu z oblasti vysokého tlaku do oblasti nízkého tlaku je přirozený proces a pokračuje v expanzi, dokud není dosaženo stavu rovnoměrného tlaku.

Vedení tepla k chladnějšímu objektu

Teplo se samovolně vede podél předmětu od teplejšího k chladnějšímu konci, dokud není teplota podél předmětu rovnoměrná

Pokud je kovová tyč horká na jednom konci a studená na druhém konci, teplo je vedeno z teplejšího konce na chladnější a tepelný tok v opačném směru nenastane. Takže studený předmět, který je v kontaktu s horkým předmětem, nikdy nezchladne, bude se zahřívat.

Tepelná energie funguje na tomto principu a přeměňuje teplo nebo tepelnou energii na mechanickou energii.

Neutralizace silné kyseliny silnou zásadou

Když je silná kyselina neutralizována silnou zásadou, její neutralizační entalpie vždy zůstává konstantní a nezávisí na použité kyselině nebo zásadě.

Hodnota entalpie neutralizace bude vždy -57.32 KJ/mol. Neutralizace silné kyseliny silnou bází je příkladem spontánní reakce

Zvažte neutralizaci NaOH (silná báze) pomocí HCl (silná kyselina). V roztoku jsou zcela ionizovány, a proto bude entropie reakce vysoká.

H+Cl- +Na+OH- –> Ne+Cl- +H2O

∆G hodnota výše uvedené reakce je záporná a jde tedy o spontánní reakci.

Difúze rozpuštěné látky z koncentrovaného do zředěného roztoku

Spontánní difúze rozpuštěné látky z koncentrovanějšího roztoku do méně koncentrovaného roztoku v kontaktu s ním a pokračuje, dokud není dosaženo stavu jednotné koncentrace.

Když se koncentrovaný roztok rozpuštěné látky dostane do kontaktu s jejím zředěným roztokem, dojde k čisté difúzi rozpuštěné látky z prvního do druhého a ne v opačném směru.

Chlorid kobaltnatý s thionylchloridem

Reakce chloridu kobaltnatého s thionylchlorid je příkladem spontánní reakce jako entropie reakce je velmi vysoká.

COCl2.6 H2O(S) + 6SOCI2(l) -> COCl2(s) + 12 HC6 (g) + XNUMXSO2(G)

V produktu se vytvořilo 12 molů plynného HCl a 6 molů SO2 vzniká plyn a díky entropii, která je mírou neuspořádanosti, se zvýší a reakce bude proveditelná, tj. spontánní.

Ocet s kyselinou

Reakce octa s kyselinou je spontánní reakce, protože hodnota ∆G pro ni je záporná.

NaHCO3(S) + HCL(aq) –> NaCl(aq) + H2O(l) + CO2

vytvořené produkty jsou v kapalném a plynném stavu, takže porucha bude více ve srovnání s reaktantem, a proto se také zvýší entropie, což způsobí, že Gibbsova energie bude negativní.

Tvorba oxidu uhličitého

Tvorba oxidu uhličitého z oxidu uhelnatého a kyslíku je za standardních podmínek spontánní exotermická reakce.

CO(g) + 1/22(g) –> CO2(G)

∆S = ∆S Produktový  - ∆S reaktant

              =213.65- [197.65 + ½ (205.0)]

-86.55 J/K mol

∆G = ∆H – T ∆S

       = 282800 298 J/mol – 86.5 k (-XNUMX J/K mol)

       = -257023 J/mol

∆G je záporné

Projekt Reakce kyseliny octové s ethanolem

Reakce kyseliny octové s ethanolem je spontánní reakce, ale její reakční entalpie je nulová.

Kyselina octová a ethanol se spojí a uvolní molekulu vody tvořící ethylacetát.

2 Image

Závěr -

Z výše uvedených příkladů můžeme usoudit, že spontánní reakce je přirozený proces a nelze ji zvrátit vlastními silami a reakce může být spontánní pouze tehdy, když je entropie vyšší než entalpie reakce a ∆G by měla být záporná.