Seuraa 
Viestejä10
Liittynyt29.7.2015

Termodynamiikan tentti lähestyy, ja eräs vanha tenttikysymys aiheuttaa päänvaivaa. Olen itseopiskelija, joten ei ole laskuharjoitusassaria, jolta kysyä. Ehkä joku täällä osaa auttaa.

Tehtävä on relevanteilta osiltaan seuraava:

Tarkastellaan kaasumaisten aineiden tasapainosysteemiä 2 NO2 <=> N2O4 vakiopaineessa ja -lämpötilassa. Merkitään x:llä reaktiomäärää eli sitä, kuinka monta moolia tasapainotilassa on N2O4:ää. Tehtävän ohessa on annettu reaktioseoksen Gibbsin energian kuvaaja reaktiomäärän x funktiona. Ensin pyydetään a) arvioimaan, millä x:llä systeemi on tasapainossa. Seuraavaksi b) muutetaan tilannetta: nyt tarkastellaan samaa systeemiä mutta tällä kertaa vakiona pidetäänkin tilavuus. Miten kaasuseoksen koostumus nyt poikkeaa edellisestä?

Ratkaisuyritykseni:

a) Tasapaino saavutetaan Gibbsin energian minimissä, ja vastaavan x:n osaan arvioida tehtävän ohessa olevasta kuvasta. Tässä ei ole mitään ongelmaa.

b) Tässä hoksaan, että Gibbsin energia G = U - TS + PV ei enää vakiotilavuuden takia ole sopiva vapaa energia tasapainon etsimiseen. Sen sijaan tarkasteluun käynee Helmholtzin energia F = U - TS. Differentioin nämä, ja saan vapaiden energioiden differentiaaleiksi dG = dU - TdS + PdV ja dF = dU - TdS. Nyt pitäisi jotenkin osata yhdistää nämä asiat.

Kokeilin seuraavaa: Alkuperäisessä tasapainossa dG = 0, jolloin symbolisesti ajatellen dF = dG - PdV = -PdV. Nyt vain en keksi, mikä dV:n etumerkki on. Jos dV < 0, niin dF > 0 ja tällöin reaktio etenee spontaanisti lähtöaineen NO2 suuntaan. Jos taas dV > 0, niin dF < 0, ja reaktio etenee spontaanisti pidemmälle tuotteen N2O4 suuntaan. En tiedä, onko tuollainen symbolinen puljaus dF = dG - PdV mitenkään termodynaamisesti hyväksyttävää.

Le Châtelier'n periaatetta ajatellen tuntuisi loogiselta, että vakiotilavuudessa tasapainoaseman pitäisi olla enemmän tuotteen N2O4 suunnassa, koska systeemi haluaisi hakea pienemmän paineen. Asia pitäisi kuitenkin osata perustella vapaiden energioiden kautta.

Jos joku viitsii vastata, niin suuret kiitokset. Vastauksissa saa ja kannattaa vapaasti olettaa, että minä en tiedä yhtään mistään yhtään mitään. Rautalanka on tervetullutta.

Kommentit (0)

Suosituimmat

Uusimmat

Uusimmat

Suosituimmat