WEBVTT 00:00:00.410 --> 00:00:01.510 Mám tuto reakci. 00:00:01.510 --> 00:00:05.520 Pokud bych měl mol metanu, který reaguje se dvěma moly kyslíku, 00:00:05.520 --> 00:00:09.705 dostal bych mol oxidu uhličitého a dva moly vody. 00:00:09.705 --> 00:00:14.780 A v tomto videu chceme zjistit, zda tato reakce probíhá samovolně. 00:00:14.780 --> 00:00:16.310 V minulém videu jsme se naučili, 00:00:16.310 --> 00:00:19.660 že pro odpověď na tuto otázku musíme zjistit Gibbsovu volnou energii 00:00:19.660 --> 00:00:21.620 nebo změnu v Gibbsově volné energii. 00:00:21.620 --> 00:00:25.320 A změnu v Gibbsově volné energii vypočítáme tak, 00:00:25.320 --> 00:00:27.990 že vezmeme změnu entalpie 00:00:27.990 --> 00:00:32.820 minus teplota, při které daná reakce probíhá, krát změna entropie. 00:00:32.820 --> 00:00:39.250 A pokud je toto menší než nula, pak jde o samovolnou reakci. 00:00:39.250 --> 00:00:41.860 Zajistil jsem nám jistý náskok. 00:00:41.860 --> 00:00:46.070 Spočítal jsem změnu entalpie této reakce, 00:00:46.070 --> 00:00:47.410 je přímo tady. 00:00:47.410 --> 00:00:48.460 Víme, jak to udělat. 00:00:48.460 --> 00:00:50.230 Už jsme to dělali před několika videi. 00:00:50.230 --> 00:00:54.880 Můžete si prostě dohledat slučovací tepla všech těchto produktů. 00:00:54.880 --> 00:00:58.180 Pro vodu toto teplo znásobíte dvěma, protože jí máte dva moly. 00:00:58.180 --> 00:01:00.510 A tak získáte slučovací tepla všech produktů 00:01:00.510 --> 00:01:03.780 a potom odečtete slučovací tepla všech reaktantů. 00:01:03.780 --> 00:01:08.350 Slučovací teplo kyslíku je 0, takže to se ani v rovnici neobjeví. 00:01:08.350 --> 00:01:11.590 A dostanete minus 890,3 kilojoulů. 00:01:11.590 --> 00:01:15.090 Tohle nám říká, že tato reakce je exotermická, 00:01:15.090 --> 00:01:18.250 že na této straně rovnice máme méně energie 00:01:18.250 --> 00:01:20.450 – tak to můžete vnímat – než na této straně. 00:01:20.450 --> 00:01:22.450 Takže nějaká energie se musela uvolnit. 00:01:22.450 --> 00:01:25.400 Mohli bychom to sem dokonce napsat, plus „E“ jako energie. 00:01:25.400 --> 00:01:27.980 Napíšu to sem, plus nějaká energie, která se uvolní. 00:01:27.980 --> 00:01:29.750 Proto je tedy tato reakce exotermní. 00:01:29.750 --> 00:01:32.010 Ale otázkou je – je samovolná? 00:01:32.010 --> 00:01:39.450 Abychom zjistili, zda probíhá samovolně, musíme také zjistit delta S, entropii. 00:01:39.450 --> 00:01:41.430 A abych nám s tím pomohl, 00:01:41.430 --> 00:01:48.140 dohledal jsem předem standardní molární entropie všech těchto molekul. 00:01:48.140 --> 00:02:00.510 Takže například standardní... ...napíšu je zde jinou barvou... 00:02:00.510 --> 00:02:04.980 Standardní – sem dáte takový malý symbol nuly... 00:02:04.980 --> 00:02:07.289 Standardní molární entropie. 00:02:07.289 --> 00:02:11.039 Když říkáme standardní, myslíme tím při 298 stupňů Kelvina. 00:02:11.039 --> 00:02:14.600 Vlastně bych neměl říkat stupně Kelvina... Je to při 298 kelvinech. 00:02:14.600 --> 00:02:17.440 Není nutné říkat stupně Kelvina, když mluvíte o kelvinech. 00:02:17.440 --> 00:02:21.880 Takže je to při 298 kelvinech, což je 25 stupňů Celsia, tedy pokojová teplota. 00:02:21.880 --> 00:02:24.690 To je důvod, proč je tato teplota považována za standardní. 00:02:24.690 --> 00:02:30.990 Takže standardní entropie metanu za pokojové teploty je rovna tomuto číslu. 00:02:30.990 --> 00:02:37.880 186 joulů na kelvin a mol. 00:02:37.880 --> 00:02:43.940 Takže pokud mám 1 mol metanu, mám entropii 186 joulů na kelvin. 00:02:43.940 --> 00:02:46.050 Pokud mám dva moly, znásobím ji dvěma. 00:02:46.050 --> 00:02:48.780 Pokud mám tři moly, znásobím ji třemi. 00:02:48.780 --> 00:02:53.620 Takže celkovou změnu entropie během této reakce zjistíme tak, 00:02:53.620 --> 00:02:57.833 že vezmeme celkovou standardní entropii produktů 00:02:57.833 --> 00:03:00.406 a odečteme celkovou standardní entropii reaktantů. 00:03:00.406 --> 00:03:02.770 Stejně jako jsme to dělali s entalpií. 00:03:02.770 --> 00:03:12.200 Takže toto bude 213,6 plus... Zde mám dva moly vody. 00:03:12.200 --> 00:03:17.810 Takže plus 2krát... Sem napíšu prostě 70. 00:03:17.810 --> 00:03:20.090 69,9 je téměř 70. 00:03:20.090 --> 00:03:21.800 Plus 2 krát 70. 00:03:21.800 --> 00:03:28.920 A pak odečtu entropii reaktantů, na této straně reakce. 00:03:28.920 --> 00:03:42.900 Takže entropie jednoho molu CH4 je 186, plus 2 krát 205. 00:03:42.900 --> 00:03:45.720 Jen od pohledu je toto číslo blízké tomuto, 00:03:45.720 --> 00:03:48.220 ale toto číslo je mnohem větší než toto. 00:03:48.220 --> 00:03:51.660 Kapalná voda má mnohem nižší... Toto je entropie kapalné vody. 00:03:51.660 --> 00:03:54.970 Má mnohem nižší entropii než plynný kyslík. 00:03:54.970 --> 00:03:55.730 To dává smysl. 00:03:55.730 --> 00:03:58.410 Protože kapalina má k dispozici méně stavů. 00:03:58.410 --> 00:04:02.080 Celá se rozprostře dole v nádobě, 00:04:02.080 --> 00:04:04.680 místo aby zaujala tvar místnosti a expandovala. 00:04:04.680 --> 00:04:08.230 Takže plyn bude mít přirozeně mnohem větší entropii než kapalina. 00:04:08.230 --> 00:04:13.930 Jen od pohledu vidíme, že produkty budou mít mnohem nižší entropii než reaktanty. 00:04:13.930 --> 00:04:15.400 Tady bude asi záporné číslo. 00:04:15.400 --> 00:04:19.430 Ale pojďme si to potvrdit. 00:04:19.430 --> 00:04:30.430 Takže máme 200... 213,6 plus 140, ano? 00:04:30.430 --> 00:04:31.270 2 krát 70. 00:04:31.270 --> 00:04:35.540 Plus 140 je rovno 353,6. 00:04:35.540 --> 00:04:39.930 Takže toto je 353,6. 00:04:39.930 --> 00:04:54.800 A potom od tohoto odečtu... takže 186 plus 2 krát 205, to je 596. 00:04:54.800 --> 00:04:58.900 Takže minus 596. A to je kolik? 00:04:58.900 --> 00:05:10.920 Takže sem dáme minus 596 a potom plus 353,6 a máme minus 242,4. 00:05:10.920 --> 00:05:21.900 Takže naše delta S se rovná minus 242,4 joulů na kelvin. 00:05:21.900 --> 00:05:23.800 Takže o tolik entropie přicházíme. 00:05:23.800 --> 00:05:26.020 Tyto jednotky vám teď nemusí dávat smysl. 00:05:26.020 --> 00:05:28.780 Vlastně jsou ty jednotky trochu libovolné. 00:05:28.780 --> 00:05:30.660 Systém je teď ale uspořádanější. 00:05:30.660 --> 00:05:32.920 A dává to smysl, protože zde máme spoustu plynu. 00:05:32.920 --> 00:05:38.230 Máme tři nezávislé molekuly, 1 zde a 2 molekuly kyslíku. 00:05:38.230 --> 00:05:42.340 A potom máme opět tři molekuly, ale voda je nyní kapalná. 00:05:42.340 --> 00:05:45.480 Takže dává smysl, že přicházíme o entropii. 00:05:45.480 --> 00:05:48.800 Je zde méně dostupných stavů, zvláště pro kapalinu. 00:05:48.800 --> 00:05:51.650 Ale pojďme zjistit, jestli je tato reakce samovolná. 00:05:51.650 --> 00:05:57.440 Takže naše delta G je rovno delta H... 00:05:57.440 --> 00:06:01.140 Uvolňuje se energie, takže to je minus 890. 00:06:01.140 --> 00:06:04.490 Jen se zbavím těch desetin. Nemusíme být tak přesní. 00:06:04.490 --> 00:06:06.350 Minus naše teplota... 00:06:06.350 --> 00:06:10.340 Řekněme, že máme pokojovou teplotu neboli 298 stupňů Kelvina. 00:06:10.340 --> 00:06:13.300 To je... měl bych prostě říct 298 kelvinů. 00:06:13.300 --> 00:06:15.990 Měl bych přestat říkat „stupně“, když mluvím o kelvinech. 00:06:15.990 --> 00:06:22.750 Je to 25 stupňů Celsia krát změna entropie. 00:06:22.750 --> 00:06:25.050 Toto bude minus. 00:06:25.050 --> 00:06:28.530 Teď můžete říct: „Fajn, minus 242, dáme to sem.“ 00:06:28.530 --> 00:06:30.280 Ale musíte být velmi, velmi opatrní. 00:06:30.280 --> 00:06:33.160 Toto tady je v kilojoulech. 00:06:33.160 --> 00:06:35.190 Toto tady je v joulech. 00:06:35.190 --> 00:06:37.540 Takže jestli chceme zapsat vše v kilojoulech, 00:06:37.540 --> 00:06:40.390 protože jsme tak už začali, pojďme to zapsat v kilojoulech. 00:06:40.390 --> 00:06:52.420 Takže je to 0,242 kilojoulů na kelvin. 00:06:52.420 --> 00:06:59.790 Takže nyní naše Gibbsova volná energie bude minus 890 kilojoulů minus 290... 00:06:59.790 --> 00:07:02.760 Takže minus a minus dá plus. 00:07:02.760 --> 00:07:08.480 A to dává smysl – entropie zvýší hodnotu Gibbsovy volné energie. 00:07:08.480 --> 00:07:12.100 A proto, jak víme, protože chceme získat číslo menší než nula, 00:07:12.100 --> 00:07:14.120 půjde tento příspěvek proti samovolnosti. 00:07:14.120 --> 00:07:20.470 Tak se podívejme, jestli přemůže entalpii, její exotermicitu. 00:07:20.470 --> 00:07:23.550 A vypadá to, že ne, protože když toto vynásobíte tímto, 00:07:23.560 --> 00:07:25.090 dostanete číslo menší než toto. 00:07:25.090 --> 00:07:27.560 Ale pojďme to prostě spočítat. 00:07:27.560 --> 00:07:31.830 Takže děleno 1000. 00:07:31.830 --> 00:07:40.420 To je naše změna entropie krát 298, to je naše teplota, to dává minus 72. 00:07:40.420 --> 00:07:47.360 Tento výraz se stane... pak sem dáme minus... takže je to plus 72,2. 00:07:47.360 --> 00:07:50.300 Takže toto je entropie při standardní teplotě. 00:07:50.300 --> 00:07:51.370 Takto vyjde. 00:07:51.370 --> 00:07:52.970 A toto je naše entalpie. 00:07:52.970 --> 00:07:57.810 Takže již vidíme, že entalpie je mnohem zápornější než kladné číslo, 00:07:57.810 --> 00:08:00.480 které jsme spočetli jako teplotu krát změnu entropie. 00:08:00.480 --> 00:08:04.530 Takže tento výraz převáží. 00:08:04.530 --> 00:08:07.010 Přestože během této reakce přicházíme o entropii, 00:08:07.010 --> 00:08:10.840 uvolňuje se tolik energie, že bude samovolná. 00:08:10.840 --> 00:08:17.370 Toto je určitě menší než nula, takže půjde o samovolnou reakci. 00:08:17.370 --> 00:08:20.670 Jak vidíte, tyto příklady na Gibbsovu volnou energii nejsou moc těžké. 00:08:20.670 --> 00:08:23.900 Jen musíte dohledat tyto hodnoty. 00:08:23.900 --> 00:08:28.000 A abyste je získali, buďto vám delta H dají... 00:08:28.000 --> 00:08:29.730 Ale my víme, jak si spočítat delta H. 00:08:29.730 --> 00:08:34.820 Prostě dohledáte slučovací tepla všech produktů, odečtete reaktanty 00:08:34.820 --> 00:08:38.120 a samozřejmě je znásobíte koeficienty. 00:08:38.120 --> 00:08:40.910 A potom, abyste zjistili změnu entropie, uděláte to samé. 00:08:40.910 --> 00:08:45.820 Musíte si dohledat standardní molární entropie produktů, znásobit koeficienty, 00:08:45.820 --> 00:08:49.960 odečíst reaktanty a potom prostě dosadit sem. 00:08:49.960 --> 00:08:51.850 A pak máte Gibbsovu volnou energii. 00:08:51.850 --> 00:08:54.640 A v tomto případě byla záporná. 00:08:54.640 --> 00:08:57.780 Nyní si můžete představit situaci, kdy teplota bude mnohem vyšší. 00:08:57.780 --> 00:09:00.120 Jako povrch Slunce nebo tak, 00:09:00.120 --> 00:09:08.140 kdy zde budete mít náhle místo 298 třeba 2000 nebo 4000 kelvinů. 00:09:08.140 --> 00:09:10.700 Poté budou věci náhle mnohem zajímavější. 00:09:10.700 --> 00:09:15.570 Pokud si představíte, že byste měli teplotu 40 000 kelvinů, 00:09:15.570 --> 00:09:20.140 pak náhle bude entropický člen, ztráta entropie, mnohem významnější. 00:09:20.150 --> 00:09:23.150 A tak tento výraz, tento kladný výraz, převáží. 00:09:23.150 --> 00:09:27.970 A možná by tato reakce nebyla při velmi, velmi vysoké teplotě samovolná. 00:09:27.970 --> 00:09:32.290 Další způsob, jak o tom přemýšlet: Reakce, během které se uvolňuje teplo... 00:09:32.290 --> 00:09:36.120 Uvolněné teplo není tolik rozhodující, 00:09:36.120 --> 00:09:39.980 když je již v prostředí i tak mnoho tepla nebo kinetické energie. 00:09:39.980 --> 00:09:43.870 Pokud by byla teplota dostatečně vysoká, reakce by nebyla samovolná, 00:09:43.870 --> 00:09:47.000 protože by možná entropický člen převážil. 00:09:47.000 --> 00:09:51.370 Ale chtěl jsem vám jen v tomto výpočtu ukázat, že to není příliš abstraktní. 00:09:51.370 --> 00:09:56.150 Můžete dohledat vše na internetu a potom zjistit, zda je nějaká reakce samovolná.