Termodinamika eta Oreka Kimikoa: Oinarrizko Kontzeptuak

Termodinamikaren Oinarrizko Kontzeptuak

Egoera-funtzioak Termodinamikan

Aldagai termodinamiko batzuek egoera-funtzio izena hartzen dute. Horien balioa sistemaren unean uneko egoeraren mende soilik dago, eta ez du eraginik sistemak egoera horretara iristeko jarraitu duen prozesuak edo bideak.

Egoera-funtzioen aldakuntzak sistemaren hasierako eta bukaerako egoeren araberakoak dira soilik; transformazioa gertatzeko egindako bideak ez du garrantzirik.

Lehen Printzipioa: Energiaren Kontserbazioa

Energiaren kontserbazioaren printzipioa bereziki garrantzitsua da sistemak ingurunearekin lana (W) eta beroa (Q) trukatzen dituen prozesuetan. Prozesu horiek sistemak metatzen duen energia totalarekin erlazionatzen dira, hau da, barne-energiarekin (U).

Barne-energia (U) egoera-funtzio bat da, eta sistemaren partikulek dituzten energia mota guztien batura adierazten du: U = Σ Ei = Ez + Ep + …

Termodinamikaren Lehen Printzipioak honakoa dio:

Sistema baten barne-energiaren aldakuntza (ΔU) sistemak trukatutako beroaren (Q) eta sistemaren gainean egindako lanaren (W) batura da: ΔU = Q + W

Entalpia (H)

Entalpia (H) egoera-funtzio bat da, energia-unitateetan neurtzen dena. Sistema batek presio konstantean (askotan, presio atmosferikoan) beroa trukatzeko (askatzeko edo xurgatzeko) duen ahalmena adierazten du.

Matematikoki, sistemaren barne-energiaren (U) eta presioaren (P) eta bolumenaren (V) arteko biderkaduraren batura da: H = U + PV

Entropia (S)

Entropia (S) ere egoera-funtzio bat da. Magnitude honek sistemen desordena molekularraren maila neurtzen du.

Bigarren Printzipioa: Entropiaren Gehikuntza

Termodinamikaren Bigarren Printzipioak honakoa ezartzen du:

Prozesu espontaneoetan, unibertsoaren entropia beti handitzen da. Orekan dagoen prozesu batean, aldiz, unibertsoaren entropia konstante mantentzen da.

Gibbs Energia Askea (G)

Gibbs-en energia askea (G) beste egoera-funtzio garrantzitsu bat da, prozesu baten espontaneotasuna presio eta tenperatura konstanteetan aurreikusteko erabiltzen dena. Gibbs-Helmholtz ekuazioak definitzen du:

ΔG = ΔH - T·ΔS

Non:

• ΔG: Gibbs energia askearen aldakuntza.
• ΔH: Entalpia-aldakuntza (prozesuaren energia-aldakuntza totala).
• T: Tenperatura absolutua (Kelvinetan).
• ΔS: Entropia-aldakuntza.

Ekuazio honetan, T·ΔS terminoak atomoen berrordenamenduaren ondorioz gertatzen den energia-aldakuntza adierazten du, lan baliagarria egiteko aprobetxatu ezin dena. Beraz, ΔG energia-aldakuntza totalaren (ΔH) eta erabilgarria ez den energiaren (T·ΔS) arteko diferentzia da. Horregatik, ΔG prozesu batean lan baliagarria egiteko erabilgarri dagoen energiaren neurria da, eta hortik datorkio "energia askea" izena.

Oreka Kimikoaren Printzipioak

Erreakzio Itzulgarriak

Erreakzio itzulgarriak erreaktiboak ez direnean produktuetan erabat bihurtzen gertatzen dira. Prozesu hauetan, produktuak ere erreakzionatu dezakete berriro jatorrizko erreaktiboak sortzeko. Bi noranzkoetan gertatzen den prozesu honen emaitza oreka kimikoa lortzea da.

Oreka Kimikoaren Ezaugarriak

Oreka kimikoa sistema itxi baten azken egoera da, non erreakzio itzulgarri bat gertatzen ari den. Egoera dinamikoa da:

• Substantzien transformazioa etengabe gertatzen da bi noranzkoetan (zuzena eta alderantzizkoa).
• Erreakzio zuzenaren abiadura eta alderantzizko erreakzioaren abiadura berdinak dira.
• Ondorioz, erreakzioan parte hartzen duten substantzia guztien kontzentrazioak konstante mantentzen dira denboran zehar.

Disoziazio-maila (α)

Disoziazio-maila (α) erreakzionatu duen erreaktibo kantitatearen eta hasierako erreaktibo kantitatearen arteko zatidura da. Normalean, bateko hainbestetan adierazten da (0 eta 1 arteko balioa) edo ehunekotan.

α = (erreakzionatutako kantitatea) / (hasierako kantitatea)

Orekan dagoen substantzia baten disoziazio- edo erreakzio-portzentajea neurtzen du.

Presio Partziala Gas Nahasteetan

Gas-nahaste batean, osagai bakoitzaren presio partziala gas horrek bakarrik, nahastearen bolumen osoa eta tenperatura berean okupatuko balu, eragingo lukeen presioa da.

Dalton-en legearen arabera, nahastearen presio totala osagai guztien presio partzialen batura da.

Le Chatelier-en Printzipioa: Orekaren Aldaketak

Le Chatelier-en Printzipioak (edo oreka kimikoaren printzipioak) honakoa dio:

Orekan dagoen sistema bati kanpoko perturbazio bat ezartzen bazaio (hala nola, tenperatura, presioa edo substantzien kontzentrazioen aldaketa), sistemak perturbazio horren efektua minimizatzeko edo kontrako noranzkoan eboluzionatuko du, oreka-egoera berri batera iritsi arte.