Gibbsvrije energie

Moderator: physicalattraction

Reageer
Gebruikersavatar
Berichten: 1.185

Gibbsvrije energie

Ik kwam volgende vraag tegen:

Describe spontaneity of reactions and introduce the concept of Gibbs energy. Without
doing a calculation, decide whether the presence of attractive interactions between gas
molecules will raise or lower the molar Gibbs energy of a gas relative to its ‘perfect’
value.

Het gaat om het tweede deel van de vraag.

Ik zou denken dat die aantrekkende krachten zorgen voor een lagere energietoestand. Een verlaging van de energietoestand zorgt voor een vermindering van de enthalpie. Een vermindering van de enthalpie impliceert een lagere Gibbsvrije energie.

Maar de entropie die gaat ook dalen. We krijgen minder wanorde als de moleculen elkaar aantrekken.

Voor de Gibbsvrije energie geldt:

G=H-TS

Dus beide effecten moeten afgewogen worden. Ik kan dus niet zeggen wat de richting is van het totale effect op de Gibbsvrije energie. Klopt dat?

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.851

Re: Gibbsvrije energie

Waarom zou de entropie dalen?

Gebruikersavatar
Berichten: 1.185

Re: Gibbsvrije energie

Ik zou zeggen de deeltjes hebben de neiging om tot elkaar aangetrokken te worden, dus een toestand waarbij alle deeltjes willekeurig over de ruimte verdeeld zijn wordt minder waarschijnlijk. Neem in de limiet dat die aantrekkingskracht oneindig groot wordt. Dan heb je zo goed las zeker een toestand dat alles aan elkaar plakt. Dus

$$S = -k \sum_i p_i \log (p_i)$$

wordt kleiner.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.851

Re: Gibbsvrije energie

Zodra er iets gaat condenseren wat niet zou gebeuren zonder die attractieve kracht heb je gelijk.
Zolang alles nog gas is lijkt me dat de deeltjes net zo willekeurig over de ruimte verdeeld zullen zijn.

Gebruikersavatar
Berichten: 1.185

Re: Gibbsvrije energie

Met condenseren bedoel je dat de afstand tussen 2 deeltjes echt nul is.

Je vermoedt dan dat er op een bepaald moment een discontinuïteit is in de entropie wanneer de kracht zo groot is dat de deeltjes aan elkaar plakken. Ik zou geneigd zijn te denken dat het langzaam aan gaat. Ik zou denken dat op een bepaald moment die deeltjes naar elkaar toe bewegen, maar toch nog een beetje energie overhouden om uit elkaar te gaan. Ook dan al gaat volgens mij de entropie dalen omdat er een zeker orde is, maar ik ben niet zeker.

Op zich komt de vraag uit een inleidend boek fysicochemie "Elements of Physical Chemistry, Fifth Edition
© 2009 by Peter Atkins and Julio de Paula". Het is niet dat in dat boek complexe berekeningen worden gemaakt over entropie. Dat doet mij enerzijds wel vermoeden dat ze ervan uitgaan dat de entropie wel gelijk blijft.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.851

Re: Gibbsvrije energie

Die overgang is er toch bij ieder gas?
Laat je de temperatuur of het volume dalen, dan gaat op een zeker moment wat van dat gas condenseren tot de druk weer is gedaald tot de dampspanning bij die temperatuur. Ik denk niet dat de entropie dan een discontinuïteit vertoont (de afgeleide ervan waarschijnlijk wel).

Ik ken het boek niet, maar Atkins is niet de eerste de beste.

Gebruikersavatar
Berichten: 1.185

Re: Gibbsvrije energie

Het boek wordt gebruikt in een ingenieursopleiding chemie. Deze vraag is aangeduid als een van de mogelijke theorie vragen vandaar dat ze bij mij kwam. Het boek leest heel vlot ook voor niet scheikundigen als ik.

Wat je zegt, snap ik ook wel. Maar mijn gevoel zegt dat ook als er niets condenseert. De verdeling van de deeltjes net iets ordelijker is en iets minder entropie zal hebben bij toenemende aan trekking. Ik zal zelf ook nog eens verder zoeken en hier zetten wat ik erover vind.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.851

Re: Gibbsvrije energie

Mijn gevoel is dat het niet uitmaakt. Maar dat gevoel kan best fout zijn.

Gebruikersavatar
Berichten: 1.185

Re: Gibbsvrije energie

Omdat er nog geen sluitend antwoord was, had ik de vraag ook op Physicsforums gezet.

https://www.physicsforums.com/threads/e ... y.1015431/

Trurle antwoordde dat de entropie van een niet-ideaal gas een beetje lager is dan de entropie van ideaal gas. Dit uit zich in experiment als een zeer kleine afname van de isobarische thermische capaciteit onder de theoretische 0,5 ⋅(i+2)⋅R

Het effect is echt klein (de entropieverandering is minder dan 1/200000 voor xenon in omgevingsomstandigheden), en Trurle weet niet zeker of het al gemeten is. In diatomische gassen wordt het volledig tenietgedaan door de thermische capaciteitsveranderingen ten gevolge van de activering van rotatievrijheidsgraden.

Ter verduidelijking:

$$dS = C_p \frac{dT}{T}$$

bij constante druk. Aangezien het effect zo klein is, zou ik zeggen dat we beiden een beetje gelijk hebben. Naar mijn gevoel blijft een zeker effect logisch.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.851

Re: Gibbsvrije energie

Ik kan me het effect voorstellen. Sommige deeltjes zullen net iets dichter bij elkaar zitten vergeleken met de situatie in een ideaal gas, uiteraard ten koste van de afstand tot andere deeltjes. Een heel lichte vorm van beetje samenklonteren..

Reageer