1616 Varmafræði

Æfingar

16.1 Sjálfgengni

Hvað er sjálfgengt efnahvarf?

Hvað er ósjálfgengt efnahvarf?

Tilgreindu hvort eftirfarandi ferli séu sjálfgeng eða ósjálfgeng.

(a) Fljótandi vatn frýs við hitastig undir frostmarki þess

(b) Fljótandi vatn frýs við hitastig yfir frostmarki þess

(d) Bolti sem kastað er upp í loftið

(e) Regndropi sem fellur til jarðar

(f) Járn sem ryðgar í röku andrúmslofti

Helíumfyllt blaðra hjaðnar sjálfgengt yfir nótt þegar He-atóm dreifist í gegnum blöðruvegginn. Lýstu endurdreifingu efnis og/eða orku sem fylgir þessu ferli.

Mörg plastefni eru lífrænar fjölliður sem innihalda kolefni og vetni. Oxun þessara plastefna í lofti, sem myndar koltvíoxíð og vatn, er sjálfgengt ferli. Þrátt fyrir það hafa plastefni tilhneigingu til að þrjóskast við að brotna niður í umhverfinu. Útskýrðu.

16.2 Óreiða

Á mynd 16.8 eru allar mögulegar dreifingar og örástand sýnd fyrir fjórar mismunandi agnir sem deilast á tvo kassa. Ákvarðaðu óreiðubreytinguna, ΔS, ef agnirnar eru upphaflega jafnt dreifðar á milli kassanna tveggja, en eftir endurdreifingu enda þær allar í kassa (b).

Á mynd 16.8 eru allar mögulegar dreifingar og örástand sýnd fyrir fjórar mismunandi agnir sem deilast á tvo kassa. Ákvarðaðu óreiðubreytinguna, ΔS, fyrir kerfið þegar því er breytt úr dreifingu (b) í dreifingu (d).

Hvernig tengist ferlið sem lýst er í fyrri lið kerfinu sem sýnt er á mynd 16.4?

Hugleiddu kerfi sem er svipað því á mynd 16.8, nema hvað það inniheldur sex agnir í stað fjögurra. Hverjar eru líkurnar á því að allar agnirnar séu í aðeins öðrum af kössunum tveimur í þessu tilviki? Berðu þetta saman við svipaðar líkur fyrir fjögurra agna kerfið sem við höfum leitt út að séu jafnar 1/8. Hvað segir þessi samanburður okkur um enn stærri kerfi?

10.

Hugleiddu kerfið sem sýnt er á mynd 16.9. Hver er óreiðubreytingin fyrir ferlið þar sem orkan tengist upphaflega aðeins ögn A, en í lokaástandinu dreifist orkan á milli tveggja mismunandi agna?

11.

Hugleiddu kerfið sem sýnt er á mynd 16.9. Hver er óreiðubreytingin fyrir ferlið þar sem orkan tengist upphaflega ögnum A og B, og orkan dreifist á milli tveggja agna í mismunandi kössum (önnur í A-B, hin í C-D)?

12.

Raðaðu eftirfarandi kerfum í röð eftir vaxandi óreiðu. Gerðu ráð fyrir einu móli af hverju efni og sama hitastigi fyrir hvern hluta settsins.

(a) H₂(g), HBrO₄(g), HBr(g)

(b) H₂O(l), H₂O(g), H₂O(s)

13.

Við stofuhita eykst óreiða halógenanna frá I₂ til Br₂ til Cl₂. Útskýrðu.

14.

Hugleiddu tvö ferli: þurrgufun I₂(s) og bráðnun I₂(s) (Athugaðu: síðara ferlið getur átt sér stað við sama hitastig en nokkru hærri þrýsting).

$I_{2} (s) ⟶ I_{2} (g)$

$I_{2} (s) ⟶ I_{2} (l)$

Er ΔS jákvætt eða neikvætt í þessum ferlum? Í hvorum ferlinum verður stærð óreiðubreytingarinnar meiri?

15.

Tilgreindu hvort efnið í gefnum pörum hefur hærra óreiðugildi. Rökstuddu svör þín.

(a) C₂H₅OH(l) eða C₃H₇OH(l)

(b) C₂H₅OH(l) eða C₂H₅OH(g)

16.

Spáðu fyrir um formerki óreiðubreytingarinnar í eftirfarandi ferlum.

(a) Ísmoli er hitaður upp undir bræðslumark sitt.

(b) Útöndunarloft myndar móðu á köldum morgni.

17.

Spáðu fyrir um formerki óreiðubreytingarinnar í eftirfarandi ferlum. Rökstuddu spá þína.

(a) ${Na}^{+} (aq) + {Cl}^{-} (aq) ⟶ Na Cl (s)$

(b) $2 Fe (s) + \frac{3}{2} O_{2} (g) ⟶ {Fe}_{2} O_{3} (s)$

18.

Skrifaðu stillta efnajöfnu fyrir bruna metans, CH₄(g), sem myndar koltvíoxíð og vatnsgufu. Útskýrðu hvers vegna erfitt er að spá fyrir um hvort ΔS sé jákvætt eða neikvætt fyrir þetta efnahvarf.

19.

Skrifaðu stillta efnajöfnu fyrir bruna bensens, C₆H₆(l), sem myndar koltvíoxíð og vatnsgufu. Myndir þú búast við að ΔS væri jákvætt eða neikvætt í þessu ferli?

16.3 Annað og þriðja lögmál varmafræðinnar

20.

Hver er munurinn á ΔS og ΔS° fyrir efnabreytingu?

21.

Reiknaðu ΔS° fyrir eftirfarandi breytingar.

(a) $Sn {Cl}_{4} (l) ⟶ Sn {Cl}_{4} (g)$

(b) $C S_{2} (g) ⟶ C S_{2} (l)$

(d) $H_{2} O (l) ⟶ H_{2} O (g)$

(e) $2 H_{2} (g) + O_{2} (g) ⟶ 2 H_{2} O (l)$

(f) $2 H Cl (g) + Pb (s) ⟶ Pb {Cl}_{2} (s) + H_{2} (g)$

(g) $Zn (s) + Cu S O_{4} (s) ⟶ Cu (s) + Zn S O_{4} (s)$

22.

Ákvarðaðu óreiðubreytinguna við bruna á fljótandi etanóli, C₂H₅OH, við staðalaðstæður þar sem myndast koltvíoxíðgas og fljótandi vatn.

23.

Ákvarðaðu óreiðubreytinguna við bruna á própangasi, C₃H₈, við staðalaðstæður þar sem myndast koltvíoxíðgas og vatn.

24.

„Termít“-hvörf hafa verið notuð til að sjóða saman málmhluti, svo sem járnbrautarteina, og við málmvinnslu. Eitt slíkt termíthvarf er ${Fe}_{2} O_{3} (s) + 2 Al (s) ⟶ {Al}_{2} O_{3} (s) + 2 Fe (s)$ . Er hvarfið sjálfgengt við stofuhita og staðalaðstæður? Meðan á hvarfinu stendur dregur umhverfið í sig 851,8 kJ/mól af varma.

25.

Notaðu viðeigandi gildi fyrir S° sem talin eru upp í viðauka G til að reikna ΔS° 298 fyrir eftirfarandi breytingar:

(a) $N_{2} (g) + 3 H_{2} (g) ⟶ 2 N H_{3} (g)$

(b) $N_{2} (g) + \frac{5}{2} O_{2} (g) ⟶ N_{2} O_{5} (g)$

26.

Út frá eftirfarandi upplýsingum skaltu ákvarða ΔS° fyrir eftirfarandi:

$N (g) + O (g) ⟶ N O (g) ΔS° =?$

$N_{2} (g) + O_{2} (g) ⟶ 2 N O (g) ΔS° = 24,8 J/K$

$N_{2} (g) ⟶ 2 N (g) ΔS° = 115,0 J/K$

$O_{2} (g) ⟶ 2 O (g) ΔS° = 117,0 J/K$

27.

Með því að reikna ΔS_univ við hvort hitastig skaltu ákvarða hvort bráðnun á 1 móli af NaCl(s) sé sjálfgeng við 500 °C og við 700 °C. S°(NaCl(s)) = 72,11 J/mól⁻¹ K⁻¹ S°(NaCl(l)) = 95,06 J/mól⁻¹ K⁻¹ ΔH_fus° = 27,95 kJ/mól

Hvaða forsendur eru gefnar um varmafræðilegu upplýsingarnar (gildi fyrir óreiðu og vermi) sem notaðar eru til að leysa þetta dæmi?

28.

Notaðu gögn um staðalóreiðu í viðauka G til að ákvarða óreiðubreytinguna fyrir hvert af eftirfarandi hvörfum. Öll ferlin eiga sér stað við staðalaðstæður og 25 °C.

(a) $Mn O_{2} (s) ⟶ Mn (s) + O_{2} (g)$

(b) $H_{2} (g) + {Br}_{2} (l) ⟶ 2 H Br (g)$

(d) $2 Li O H (s) + C O_{2} (g) ⟶ {Li}_{2} C O_{3} (s) + H_{2} O (g)$

(e) $C H_{4} (g) + O_{2} (g) ⟶ C (s, grafít) + 2 H_{2} O (g)$

(f) $C S_{2} (g) + 3 {Cl}_{2} (g) ⟶ C {Cl}_{4} (g) + S_{2} {Cl}_{2} (g)$

29.

Notaðu gögn um staðalóreiðu í viðauka G til að ákvarða óreiðubreytinguna fyrir hvert af eftirfarandi hvörfum. Öll ferlin eiga sér stað við staðalaðstæður og 25 °C.

(a) $C (s, grafít) + O_{2} (g) ⟶ C O_{2} (g)$

(b) $O_{2} (g) + N_{2} (g) ⟶ 2 N O (g)$

(d) $Ca O (s) + H_{2} O (l) ⟶ Ca {(O H)}_{2} (s)$

(e) ${Fe}_{2} O_{3} (s) + 3 C O (g) ⟶ 2 Fe (s) + 3 C O_{2} (g)$

(f) $Ca S O_{4} · 2 H_{2} O (s) ⟶ Ca S O_{4} (s) + 2 H_{2} O (g)$

16.4 Fríorka

30.

Hver er munurinn á ΔG og ΔG° fyrir efnabreytingu?

31.

Efnahvarf hefur $Δ H^{°}$ = 100 kJ/mól og ΔS° = 250 J/mól⁻¹ K⁻¹. Er efnahvarfið sjálfgengt við stofuhita? Ef ekki, við hvaða hitastigsskilyrði verður það sjálfgengt?

32.

Útskýrðu hvað gerist þegar efnahvarf hefst með ΔG < 0 (neikvætt) og nær þeim punkti þar sem ΔG = 0.

33.

Notaðu gögn um staðalfríorku myndunar í viðauka G til að ákvarða breytingu á fríorku fyrir hvert eftirfarandi efnahvarf, sem framkvæmd eru við staðalaðstæður og 25 °C. Tilgreindu hvort hvert þeirra er sjálfgengt eða ósjálfgengt við þessi skilyrði.

(a) $Mn O_{2} (s) ⟶ Mn (s) + O_{2} (g)$

(b) $H_{2} (g) + {Br}_{2} (l) ⟶ 2 H Br (g)$

(d) $2 Li O H (s) + C O_{2} (g) ⟶ {Li}_{2} C O_{3} (s) + H_{2} O (g)$

(e) $C H_{4} (g) + O_{2} (g) ⟶ C (s, grafít) + 2 H_{2} O (g)$

(f) $C S_{2} (g) + 3 {Cl}_{2} (g) ⟶ C {Cl}_{4} (g) + S_{2} {Cl}_{2} (g)$

34.

Notaðu gögn um staðalfríorku í viðauka G til að ákvarða breytingu á fríorku fyrir hvert eftirfarandi efnahvarf, sem framkvæmd eru við staðalaðstæður og 25 °C. Tilgreindu hvort hvert þeirra er sjálfgengt eða ósjálfgengt við þessi skilyrði.

(a) $C (s, grafít) + O_{2} (g) ⟶ C O_{2} (g)$

(b) $O_{2} (g) + N_{2} (g) ⟶ 2 N O (g)$

(d) $Ca O (s) + H_{2} O (l) ⟶ Ca {(O H)}_{2} (s)$

(e) ${Fe}_{2} O_{3} (s) + 3 C O (g) ⟶ 2 Fe (s) + 3 C O_{2} (g)$

(f) $Ca S O_{4} · 2 H_{2} O (s) ⟶ Ca S O_{4} (s) + 2 H_{2} O (g)$

35.

$Gefið: P_{4} (s) + 5 O_{2} (g) ⟶ P_{4} O_{10} (s) ΔG° = −2697,0 kJ/mól 2 H_{2} (g) + O_{2} (g) ⟶ 2 H_{2} O (g) ΔG° = −457,18 kJ/mól 6 H_{2} O (g) + P_{4} O_{10} (s) ⟶ 4 H_{3} P O_{4} (l) ΔG° = −428,66 kJ/mól$

(a) Ákvarðaðu staðalfríorku myndunar, ΔG_f°, fyrir fosfórsýru.

(b) Hvernig er útreiknuð niðurstaða þín í samanburði við gildið í viðauka G? Útskýrðu.

36.

Er myndun ósons (O₃(g)) úr súrefni (O₂(g)) sjálfgeng við stofuhita undir staðalaðstæðum?

37.

$Skoðaðu sundrun rauðs kvikasilfur(II)oxíðs við staðalaðstæður. 2 Hg O (s, red) ⟶ 2 Hg (l) + O_{2} (g)$

(a) Er sundrunin sjálfgeng við staðalaðstæður?

(b) Yfir hvaða hitastigi verður efnahvarfið sjálfgengt?

38.

Meðal annars ætti kjörið eldsneyti fyrir stýriflaugar geimfars að sundrast í sjálfgengu útvermu hvarfi þegar það kemst í snertingu við viðeigandi hvata. Mettu eftirfarandi efni við staðalaðstæður sem mögulegt eldsneyti.

(a) $Ammóníak: 2 N H_{3} (g) ⟶ N_{2} (g) + 3 H_{2} (g)$

(b) $Díbóran: B_{2} H_{6} (g) ⟶ 2 B (g) + 3 H_{2} (g)$

(d) $Vetnisperoxíð: H_{2} O_{2} (l) ⟶ H_{2} O (g) + \frac{1}{2} O_{2} (g)$

39.

Reiknaðu ΔG° fyrir hvert eftirfarandi hvarf út frá jafnvægisfastanum við uppgefið hitastig.

(a) $N_{2} (g) + O_{2} (g) ⟶ 2 N O (g) T = 2000 °C Kp = 4,1 × 10−4$

(b) $H_{2} (g) + I_{2} (g) ⟶ 2 H I (g) T = 400 °C Kp = 50,0$

(d) $Ca C O_{3} (s) ⟶ Ca O (s) + C O_{2} (g) T = 900 °C Kp = 1,04$

(e) $H F (aq) + H_{2} O (l) ⟶ {H_{3} O}^{+} (aq) + F^{-} (aq) T = 25 °C Ka = 7,2 × 10−4$

(f) $Ag Br (s) ⟶ {Ag}^{+} (aq) + {Br}^{-} (aq) T = 25 °C K_sp = 3,3 × 10−13$

40.

Reiknaðu ΔG° fyrir hvert eftirfarandi hvarf út frá jafnvægisfastanum við uppgefið hitastig.

(a) ${Cl}_{2} (g) + {Br}_{2} (g) ⟶ 2 Br Cl (g) T = 25 °C Kp = 4,7 × 10−2$

(b) $2 S O_{2} (g) + O_{2} (g) ⇌ 2 S O_{3} (g) T = 500 °C Kp = 48,2$

(d) $Co O (s) + C O (g) ⇌ Co (s) + C O_{2} (g) T = 550 °C Kp = 4,90 × 102$

(e) $C H_{3} N H_{2} (aq) + H_{2} O (l) ⟶ {C H_{3} N H_{3}}^{+} (aq) + {O H}^{-} (aq) T = 25 °C Kb = 4,4 × 10−4$

(f) $Pb I_{2} (s) ⟶ {Pb}^{2 +} (aq) + 2 I^{-} (aq) T = 25 °C K_sp = 8,7 × 10−9$

41.

Reiknaðu jafnvægisfastann við 25 °C fyrir hvert eftirfarandi hvarf út frá uppgefnu gildi á ΔG°.

(a) $O_{2} (g) + 2 F_{2} (g) ⟶ 2 O F_{2} (g) ΔG° = −9,2 kJ$

(b) $I_{2} (s) + {Br}_{2} (l) ⟶ 2 I Br (g) ΔG° = 7,3 kJ$

(d) $N_{2} O_{3} (g) ⟶ N O (g) + N O_{2} (g) ΔG° = −1,6 kJ$

(e) $Sn {Cl}_{4} (l) ⟶ Sn {Cl}_{4} (l) ΔG° = 8,0 kJ$

42.

Reiknaðu jafnvægisfastann við 25 °C fyrir hvert eftirfarandi hvarf út frá uppgefnu gildi á ΔG°.

(a) $I_{2} (s) + {Cl}_{2} (g) ⟶ 2 I Cl (g) ΔG° = −10,88 kJ$

(b) $H_{2} (g) + I_{2} (s) ⟶ 2 H I (g) ΔG° = 3,4 kJ$

(d) $2 S O_{2} (g) + O_{2} (g) ⟶ 2 S O_{3} (g) ΔG° = −141,82 kJ$

(e) $C S_{2} (g) ⟶ C S_{2} (l) ΔG° = −1,88 kJ$

43.

Reiknaðu jafnvægisfastann við uppgefið hitastig.

(a) $O_{2} (g) + 2 F_{2} (g) ⟶ 2 F_{2} O (g) (T = 100 °C)$

(b) $I_{2} (s) + {Br}_{2} (l) ⟶ 2 I Br (g) (T = 0,0 °C)$

(d) $N_{2} O_{3} (g) ⟶ N O (g) + N O_{2} (g) (T = −10,0 °C)$

(e) $Sn {Cl}_{4} (l) ⟶ Sn {Cl}_{4} (g) (T = 200 °C)$

44.

Reiknaðu jafnvægisfastann við uppgefið hitastig.

(a) $I_{2} (s) + {Cl}_{2} (g) ⟶ 2 I Cl (g) (T = 100 °C)$

(b) $H_{2} (g) + I_{2} (s) ⟶ 2 H I (g) (T = 0,0 °C)$

(d) $2 S O_{2} (g) + O_{2} (g) ⟶ 2 S O_{3} (g) (T = 675 °C)$

(e) $C S_{2} (g) ⟶ C S_{2} (l) (T = 90 °C)$

45.

$Skoðaðu eftirfarandi hvarf við 298 K: N_{2} O_{4} (g) ⇌ 2 N O_{2} (g) Kp = 0,142$

Hver er staðalbreyting fríorku við þetta hitastig? Lýstu því hvað gerist í upphafskerfinu, þar sem hvarfefni og myndefni eru við staðalaðstæður, þegar það nálgast jafnvægi.

46.

Ákvarðaðu eðlilegt suðumark (í kelvin) díklórmetans, CH₂ Cl₂. Finndu raunverulegt suðumark á netinu eða í annarri heimild og reiknaðu prósentuskekkju hitastigsins. Útskýrðu muninn á þessum tveimur gildum, ef einhver er.

47.

$Við hvaða aðstæður er N_{2} O_{3} (g) ⟶ N O (g) + N O_{2} (g) sjálfgengt?$

48.

Við stofuhita er jafnvægisfastinn (K_w) fyrir sjálfsjónun vatns $1.00 \times 10^{−14}$ . Notaðu þessar upplýsingar til að reikna staðalbreytingu fríorku fyrir hvarf vetnisjónar við hýdroxíðjón í vatnslausn til að mynda vatn. (Vísbending: Hvarfið er öfugt við sjálfsjónunarhvarfið.)

49.

Brennisteinsvetni er mengunarvaldur sem finnst í jarðgasi. Eftir að það hefur verið fjarlægt er því breytt í brennistein með hvarfinu $2 H_{2} S (g) + S O_{2} (g) ⇌ \frac{3}{8} S_{8} (s, tígullaga) + 2 H_{2} O (l)$ . Hver er jafnvægisfastinn fyrir þetta hvarf? Er hvarfið innvermið eða útvermið?

50.

Skoðaðu sundrun CaCO₃(s) í CaO(s) og CO₂(g). Hver er hlutþrýstingur CO₂ við jafnvægi við stofuhita?

51.

Á rannsóknarstofunni sleppa vetnisklóríð (HCl(g)) og ammoníak (NH₃(g)) oft úr flöskum með lausnum sínum og hvörfast til að mynda ammoníumklóríð (NH₄Cl(s)), hvítu skánina sem oft sést á glerbúnaði. Að því gefnu að fjöldi móla af hvorri lofttegund sem sleppur út í herbergið sé sá sami, hver er hámarkshlutþrýstingur HCl og NH₃ á rannsóknarstofunni við stofuhita? (Vísbending: Hlutþrýstingurinn verður jafn og er í hámarki við jafnvægi.)

52.

$Bensen er hægt að framleiða úr asetýleni. 3 C_{2} H_{2} (g) ⇌ C6H6(g). Ákvarðaðu jafnvægisfastann við 25 °C og við 850 °C. Er hvarfið sjálfgengt við annað hvort þessara hitastiga? Hvers vegna finnst ekki allt asetýlen sem bensen?$

53.

Koldíoxíð sundrast í CO og O₂ við háan hita. Hver er hlutþrýstingur súrefnis við jafnvægi í sýni við 1000 °C þar sem upphafsþrýstingur CO₂ var 1,15 atm?

54.

$Koltetraklóríð, mikilvægur iðnaðarleysir, er framleitt með klórun metans við 850 K. C H_{4} (g) + 4 {Cl}_{2} (g) ⟶ C {Cl}_{4} (g) + 4 H Cl (g)$

Hver er jafnvægisfastinn fyrir hvarfið við 850 K? Þyrfti að hita eða kæla hvarfílátið til að halda hitastigi hvarfsins stöðugu?

55.

$Edikssýra, CH3CO2H, getur myndað tvíliðu, (C H_{3} C O_{2} H) 2, í gasfasa. 2 C H_{3} C O_{2} H (g) ⟶ (C H_{3} C O_{2} H) 2 (g)$

Tvíliðunni er haldið saman af tveimur vetnistengjum með heildarstyrkinn 66,5 kJ á mól af tvíliðu.

This Lewis structure shows a six-sided ring structure composed of a methyl group single bonded to a carbon, which is double bonded to an oxygen atom in an upward position and single bonded to an oxygen atom in a downward position. The lower oxygen is single bonded to a hydrogen, which is connected by a dotted line to an oxygen that is double bonded to a carbon in an upward position. This carbon is single bonded to a methyl group to its right and to an oxygen in the upward position that is single bonded to a hydrogen that is connected by a dotted line to the double bonded oxygen on the left.

Við 25 °C er jafnvægisfastinn fyrir tvíliðunina $1.3 \times 10^{3}$ (þrýstingur í atm). Hvert er ΔS° fyrir efnahvarfið?

56.

Ákvarðaðu ΔG° fyrir eftirfarandi efnahvörf.

(a) $Antímonpentaklóríð sundrast við 448 °C. Efnahvarfið er: Sb {Cl}_{5} (g) ⟶ Sb {Cl}_{3} (g) + {Cl}_{2} (g)$

Jafnvægisblanda í 5,00 L kólfi við 448 °C inniheldur 3,85 g af SbCl₅, 9,14 g af SbCl₃ og 2,84 g af Cl₂.

(b) $Klórsameindir klofna samkvæmt þessu efnahvarfi: {Cl}_{2} (g) ⟶ 2 Cl (g)$

1,00% af Cl₂-sameindum klofna við 975 K og 1,00 atm þrýsting.

57.

Gefið er að ΔG_f° fyrir Pb²⁺ (aq) og Cl⁻ (aq) er −24,3 kJ/mól og −131,2 kJ/mól í sömu röð. Ákvarðaðu leysnimargfeldið, K_sp, fyrir PbCl₂(s).

58.

Ákvarðaðu staðalbreytingu fríorku, ΔG_f°, fyrir myndun S²⁻ (aq) þegar gefið er að ΔG_f° fyrir Ag⁺ (aq) og Ag₂S(s) eru 77,1 kJ/mól og −39,5 kJ/mól í sömu röð, og leysnimargfeldið fyrir Ag₂S(s) er $8 \times 10^{−51}$ .

59.

Ákvarðaðu staðalbreytingu vermis, breytingu óreiðu og breytingu fríorku fyrir umbreytingu demants í grafít. Ræddu hvort umbreytingin sé sjálfgeng með tilliti til breytinga á vermi og óreiðu. Útskýrðu hvers vegna það sést ekki að demantur breytist sjálfgengt í grafít.

60.

$Uppgufun eins móls af vatni við 298 K hefur staðalbreytingu fríorku upp á 8,58 kJ. H_{2} O (l) ⇌ H_{2} O (g) ΔG° = 8,58 kJ$

(a) Er uppgufun vatns við staðalaðstæður varmafræðinnar sjálfgeng?

(b) Ákvarðaðu jafnvægisfastann, K_p, fyrir þetta eðlisfræðilega ferli.

(c) Ákvarðaðu, með því að reikna ΔG, hvort uppgufun vatns við 298 K sé sjálfgeng þegar hlutþrýstingur vatns, P_H2O, er 0,011 atm.

(d) Ef uppgufun vatns væri alltaf ósjálfgeng við stofuhita myndi blautur þvottur aldrei þorna þegar hann er settur út. Til þess að þvottur þorni, hvert verður gildi P_H2O í loftinu að vera?

61.

Í sykurrofi krefst hvarf glúkósa (Glu) til að mynda glúkósa-6-fosfat (G6P) þess að ATP sé til staðar, eins og eftirfarandi jafna lýsir: $Glu + A T P ⟶ G_{6} P + A D P ΔG° = −17 kJ$

Í þessu ferli verður ATP að ADP, sem tekið er saman með eftirfarandi jöfnu: $A T P ⟶ A D P ΔG° = −30 kJ$

Ákvarðaðu staðalbreytingu fríorku fyrir eftirfarandi efnahvarf og útskýrðu hvers vegna ATP er nauðsynlegt til að knýja þetta ferli áfram: $Glu ⟶ G_{6} P$ ΔG° =?

62.

$Eitt af mikilvægu efnahvörfunum í lífefnafræðilega ferlinu sykurrofi er hvarf glúkósa-6-fosfats (G_{6} P) til að mynda frúktósa-6-fosfat (F6P): G_{6} P ⇌ F_{6} P ΔG° = 1,7 kJ$

(a) Er efnahvarfið sjálfgengt eða ósjálfgengt við staðalaðstæður varmafræðinnar?

(b) Staðalaðstæður varmafræðinnar gera ráð fyrir að styrkur G6P og F6P sé 1 M, en í dæmigerðri frumu eru þeir þó ekki nálægt þessum gildum. Reiknaðu ΔG þegar styrkur G6P og F6P er 120 μM og 28 μM í sömu röð, og ræddu hvort framhvarfið sé sjálfgengt við þessar aðstæður. Gerðu ráð fyrir að hitastigið sé 37 °C.

63.

Ákvarðaðu, án þess að framkvæma tölulega útreikninga, hvað af eftirfarandi mun minnka breytingu fríorku fyrir efnahvarfið, það er að segja gera hana minna jákvæða eða meira neikvæða, þegar hitastigið er hækkað. Útskýrðu.

(a) $N_{2} (g) + 3 H_{2} (g) ⟶ 2 N H_{3} (g)$

(b) $H Cl (g) + N H_{3} (g) ⟶ N H_{4} Cl (s)$

(d) $2 Fe (s) + 3 O_{2} (g) ⟶ {Fe}_{2} O_{3} (s)$

64.

Þegar ammóníumklóríði er bætt út í vatn og hrært, leysist það upp sjálfgengt og lausnin sem myndast virðist köld viðkomu. Ákvarðaðu, án þess að gera neina útreikninga, formerki ΔG, ΔH og ΔS fyrir þetta ferli og rökstuddu val þitt.

65.

$Mikilvæg uppspretta kopars er úr kopargrýtinu kopargljáa, sem er form af kopar(I)súlfíði. Þegar það er hitað brotnar {Cu}_{2} S niður og myndar kopar og brennistein, eins og eftirfarandi jafna lýsir: {Cu}_{2} S (s) ⟶ Cu (s) + S (s)$

(a) Ákvarðaðu ΔG° fyrir sundrun Cu₂S(s).

(b) Hvarf brennisteins við súrefni myndar brennisteinsdíoxíð sem eina myndefnið. Skrifaðu jöfnu sem lýsir þessu hvarfi og ákvarðaðu ΔG° fyrir ferlið.

(c) Framleiðsla kopars úr kopargljáa fer fram með því að brenna Cu₂S í lofti til að mynda Cu. Með því að sameina jöfnurnar úr liðum (a) og (b) skaltu skrifa jöfnuna sem lýsir brennslu kopargljáans og útskýra hvers vegna það að tengja þessi hvörf saman gerir framleiðslu koparsins að skilvirkara ferli.

66.

Hvað verður um ΔG (verður það neikvæðara eða jákvæðara) í eftirfarandi efnahvörfum þegar hlutþrýstingur súrefnis er aukinn?

(a) $S (s) + O_{2} (g) ⟶ S O_{2} (g)$

(b) $2 S O_{2} (g) + O_{2} (g) ⟶ 2 S O_{3} (g)$