Thermodynamica Basisbegrippen

Thermodynamica (4 punten)

• Bestudeert de relatie tussen energie, arbeid en warmte
• Deze drie grootheden hebben dezelfde eenheid (kg⋅m²/s² of joule, J).

Basisbegrippen

• Systeem: Deel van het universum dat bestudeerd wordt.
  • Open systeem: Vrije uitwisseling van materie en energie met omgeving.
  • Gesloten systeem: Geen uitwisseling van materie, wel van energie met omgeving.
  • Gecontroleerd (geïsoleerd) systeem: Geen uitwisseling van materie of energie met omgeving.
• Omgeving: Deel van het universum dat invloed heeft op het systeem.

Energie

• Energie: Maat voor de capaciteit van een systeem om warmte of arbeid te leveren (symbool E).
• Kinetische energie: Energie gerelateerd aan beweging.
• Thermische energie: Vorm van kinetische energie gerelateerd aan willekeurige moleculaire beweging. De energie stijgt met de temperatuur en toenemende beweging van moleculen/ionen.
• Potentiële energie: Energie gerelateerd aan krachten (aantrekking/afstoting).
• Chemische energie: Vorm van potentiële energie gerelateerd aan chemische bindingen en intermoleculaire krachten.
• Arbeid (W): Proces waarbij een kracht een voorwerp over een afstand verplaatst (eenheid joule).
  • Volume arbeid: Optreedt wanneer het aantal gasmoleculen in een systeem verandert.
  • Werk wordt geleverd of opgenomen door het systeem. Als het volume toeneemt, is de arbeid negatief, de energie van het systeem daalt. Als het volume afneemt, is de arbeid positief, de energie van het systeem stijgt.

Warmte (Q)

• Warmte: Energie die wordt uitgewisseld als gevolg van een temperatuurverschil (eenheid joule).
• Endotherme processen: systeem neemt warmte op (Q positief).
• Exotherme processen: systeem geeft warmte af (Q negatief).

Energie-verandering in een systeem

• Inwendige energie (AU): Verandering in de totale energie van een systeem.
• Formula: AU = Q + W.
  • AU is positief indien de inwendige energie van het systeem toeneemt.
  • AU is negatief indien de inwendige energie van het systeem afneemt.
• Q is positief bij endotherme processen (warmte wordt opgenomen door het systeem)
• Q is negatief bij exotherme processen (warmte wordt afgegeven door het systeem)
• W is positief als het volume afneemt
• W is negatief als het volume toeneemt

Wet van Hess

• De enthalpieverandering van een reactie is gelijk aan de som van de enthalpieveranderingen van de deelreacties.

Entropie (S)

• Entropie is een maat voor wanorde in een systeem.
• Stijgt bij een toename van het volume en de temperaturen die toestaan dat moleculen zich meer kunnen bewegen.
• Kleinste waarde in vaste toestand, grootste waarde in gasvormige toestand.
• Meer moleculen (meer stoffen) betekent hogere entropie.

2e wet van thermodynamica

• Entropie van geïsoleerde systemen kan niet afnemen (behalve voor open/gesloten systemen)
• Energie kan niet helemaal goed worden gebruikt uit een systeem, er wordt steeds enige energie verloren.

Vrije Energie (Gibbs vrije energie, G)

• G = H - TS
  • G (vrije energie) geeft de spontaanheid van een reactie aan. - Als G<0 dan is de reactie spontaan (ga hiermee door.) - Als G>0 is de reactie niet spontaan zonder input van energie(ga hier niet mee door).
• Bepaalt of een reactie spontaan kan verlopen.