Monday, December 31, 2012

由於人人獨立自主、擁有一技之長的社會產物,自由能的位置比較高,必須額外增加能量,增強每個社會分子的碰撞力量,才能跨越「平衡狀態」到「產物」之間的能量門檻

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化學反應的ΔG的意義
2011/11/22 18:36:34瀏覽420|回應0|推薦1
我們已經學會如何計算各種反應條件下的化學反應的自由能變化ΔG,舉例來說,用一氧化碳與氫氣合成甲醇的反應,計算結果顯示,5.0atmCO(g)3.0atmH2(g)反應形成CH3OH(l)是自發性反應,這有什麼意義?
化學原理啟迪253
化學反應的ΔG的意義
The Meaning of ΔG for a Chemical Reaction
1. 我們已經學會如何計算各種反應條件下的化學反應的自由能變化ΔG,舉例來說,用一氧化碳與氫氣合成甲醇的反應,計算結果顯示,5.0atmCO(g)3.0atmH2(g)反應形成CH3OH(l)是自發性反應,這有什麼意義?
2. 這是不是說,如果我們把壓力5atm1mole CO(g)與壓力3.0atm2.0molesH2(g) 混合放在細頸瓶中,就會產生1.0moleCH3OH(l) ?答案是不會。
3. 不是說這是自發性反應嗎?為什麼會這樣?雖然1moleCH3OH(l)的自由能低於5.0atm1moleCO(g)3.0atm2.0molesH2(g) 是事實,但是整個反應過程中,系統存在著比1mole甲醇更要低的自由能的位置。
4. 簡單地說,系統藉由進入平衡狀態達到最低自由能的目標,而不是藉由反應完全來達到目標。系統達到平衡位置(達成平衡),反應進行的細頸瓶內還殘餘一些未反應的CO(g)H2(g)
5. 即使「1.0moleCH3OH(l),與「5atm 1mole CO(g)3.0atm2.0moles H2 (g)」相比,1.0moleCH3OH(l)」確實自由能比較低,但這個反應系統仍會停在產生少於1.0moleCH3OH(l)的平衡位置,也就是反應還沒有完全就停下來了,那個停止點就是系統最低自由能的位置。
6. 我們將探討一個物理的例子來說明這個現象,圖(a)的球會滾落到B點。圖(a)是比喻物質狀態的改變。舉例來說,在25左右冰會自發性地完全溶解成水,因為整個反應過程,水的自由能最低,反應唯一選擇是停在液態水這個最低自由能位置,沒有任何中間產物的自由能比它還低。
7. 化學反應系統的情況就不同了,圖(b)的球沒有辦法達到B點,因為還有一個更低的位能在C點,就像球的運動模式,一個化學系統會追求可能達成的最低自由能the lowest possible free energy,也就是它的平衡位置。
8. 因此雖然特定反應的ΔG告訴我們,在某些反應條件下,反應會比較有利於移往反應物或產物,但這並不代表這個系統會進行反應變成純粹的產物(如果ΔG是負的),或是反應物完全保留不進行反應(如果ΔG是正的)。
9. 事實上,這個反應會自發性地進入平衡位置,這是系統能夠達到的最低自由能狀態。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl Chemical Principles
研究心得:
1. 「自由能G」是指「限制物質分子自由的能力」。
2. 反應的「自由能變化ΔG」是正的,代表限制反應物質分子自由活動的能量很強,組成分子的原子沒辦法重新組合變成新的物質,反應無法進行;
3. 反應的「自由能變化ΔG」是負的,代表限制反應物質分子自由活動的能量很弱,組成分子的原子會自發性地重新組合成新的物質,反應會自發性地進行。
4. 但是,一個反應的「自由能變化ΔG」是負的,不代表反應物質會完全變成產物,為什麼?因為「平衡狀態的自由能」比「產物的自由能」還低,這就好像圖(b)斜坡在抵達「產物B點」前,還有一個凹槽,這個凹槽代表自由能最低的平衡狀態。
5. 舉例來說,我們計算發現5.0atm的一氧化碳CO(g)3.0atm的氫氣H2(g)反應形成甲醇CH3OH(l)是自發性反應;我們主觀認為,所有的反應物質COH2應該全都變成甲醇CH3OH(l),但是事實並不是這樣。
6. 真正的結果是,一部份的COH2變成甲醇CH3OH,還有一部份的COH2保持原本的狀態,沒有起反應;COH2CH3OH三種氣體並存混合的狀態,就是平衡狀態,也是最低自由能的狀態。
7. 因為「甲醇的能量位置」比「平衡狀態的能量位置」高,如果我們希望5.0atm的一氧化碳CO(g)3.0atm的氫氣H2(g)能完全反應、通通變成甲醇CH3OH(l),那就要增加密度,也就是縮小體積、增加壓力,或者增加熱能、催化劑等等,才能增強分子碰撞的力量,跨越「平衡狀態」到「產物」之間能量門檻。
8. 自由能變化ΔG提供的資訊是,在某些反應條件下,反應會比較有利於移往反應物或產物方向進行,但這並不代表這個系統會進行反應變成純粹的產物(如果ΔG是負的),或是反應物完全保留不進行反應(如果ΔG是正的);事實上,反應會自發性地進入平衡位置,平衡狀態這是系統能夠達到的最低自由能狀態。
9. 台灣民主化以後,廢除黨禁、報禁,廢除萬年國代,開放言論自由、新聞自由,社會變得更公平正義,社會的自由能變化ΔG是負的,百姓應該人人追求獨立自主?但實際上並不是這樣。
10. 有些人變得獨立自主,追求頂尖的專業能力,變成台灣之光;但是有些人只想巴著權貴或派系不放,鞏固既得利益。這是台灣社會目前的平衡狀態,也是最低自由能狀態。
11. 巴結權貴或派系,分不法黨產,鞏固既得利益、擺爛,比較自由自在,約束人類言行的「自由能」比較低;學習專業技能,克服自己的弱點,需要忍耐、毅力、理性,比較不自由,約束人類言行的「自由能」比較高。
12. 由於人人獨立自主、擁有一技之長的社會產物,自由能的位置比較高,必須額外增加能量,增強每個社會分子的碰撞力量,才能跨越「平衡狀態」到「產物」之間的能量門檻。
13. 增加每個社會分子能量的方法包括:一、我們必須增加各級學校藝術與體育方面的專業訓練,讓每個學生五育均衡並重、文武雙全,人人有一技之長;二、我們應該讓記者與媒體主管有各種「證照制度」,要通過不同等級的證照檢驗,以確保新聞品質的專業。
14. 三、我們應該淘汰不適任的大學教授,聘請國外一流的學術大師到台灣任教,提升台灣的學術水準。四、立法委員也應該要有個公開、公平的考核標準,四年結算下來倒數的那五名立委,應該永遠退出政壇,這樣才能夠提升台灣的立法品質,提升立法效率,維護社會的法治與公平正義。
15. 至於資深司法官,我們人民就不用要求,因為他們的長官與大學教授,絕大部分都是獨裁者蔣經國踐踏人權的共犯,當黨國權貴的奴才已經養成了生活習慣,並且傳染給下一代,無論怎麼教育都不可能改變他們的奴性與知識水準,只能等他們自然死亡。
( 知識學習科學百科 )
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引用
引用網址:http://blog.udn.com/article/trackback.jsp?uid=Gabriel33&aid=5863612



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