Contents ...
udn網路城邦
認識有機反應—自由能Free Energy
2010/10/10 19:12
瀏覽2,049
迴響0
推薦1
引用0

這一章我們會特別去討論,造成某些反應這樣子進行,另一些反應那樣進行的規則。我們也會研究看是什麼因素控制反應速率,以及1個分子的結構與反應度如何影響速率。

 

有機化學啟迪169

1.         這一章我們會特別去討論,造成某些反應這樣子進行,另一些反應那樣進行的規則。我們也會研究看是什麼因素控制反應速率,以及1個分子的結構與反應度如何影響速率。

2.         我們還會去討論驅動某個反應產生的力量,例如產物與反應物的能量改變(Thermodynamics熱力學),以及分子從反應物轉變成產物的過程與速率(Kinetics動力學)

3.         反應剖面圖 Reaction Profiles(能量圖形Energy Diagrams ) 為了看清楚反應物變成產物的過程,我們把反應進行過程中每個「位能potential energy」的改變點,一一點在圖表中,連成一個能量曲線,建立出「反應剖面圖」。

       

4.         測量反應進行程度的標準是「反應座標reaction coordinate」。舉例來說,反應座標能說明一個被打斷的「化學鍵」在反應中曾經拉到多長,或者在反應中的1個原子從「sp3混成軌域」變成「sp2混成軌域」,它的「化學鍵角度」會張開多少。

5.         自由能Free Energy】一個分子內含的能量稱為它的自由能。自由能,是衡量一個分子或一群分子的位能標準,分為標準熱含量/(ΔH°)與標準亂度/(ΔS°)

ΔG°=ΔH°TΔS°

6.         雖然自由能ΔG°熱含量(ΔH°鍵能)(ΔS° 亂度)組成,大部分有機化學反應,當產物的莫耳數等於反應物的莫耳數時,反應過程的變化非常小。所以,位能(potential energy)的變化幾乎就等於熱含量的變化。

7.         熱含量化學鍵的鍵能有關,與分子系統到底多有秩序有關。

8.         對自由能的影響程度全看溫度,因為依據自由能公式要乘上溫度T(絕對溫度K)。隨著溫度增加,TΔS°的數值也變得愈來愈大,有時候甚至會超過熱含量ΔH°的數值。

n         翻譯編寫 Marye Anne Fox, James K. WhitesellOrganic Chemistry

n         圖片來源:Nivaldo J. TroIntroductory Chemistry

 

研析心得:

1.     一個分子內含的能量稱為它的自由能自由能ΔG°熱含量ΔH°ΔS°組成 

2.     熱含量,就是組成分子的原子互相吸引的能量,藏在化學鍵中,稱為「鍵能」;「熱含量的變化ΔH°」,就是比較化學反應前後,分子的鍵能有什麼變化?

3.     組成分子的每個原子會原地震動、旋轉,鍵結原子的化學鍵會擺動、伸縮,這些運動也會反映在整個分子的運動上,改變移動速率、碰撞率……,這些都就是分子系統「熵」或「亂度」的來源。

4.     「熵變化ΔS°」,就是比較化學反應前後,分子系統的穩定度有什麼變化?

5.     ΔG°=ΔH°TΔS°。為什麼一個分子的能量是,它的「熱含量」「溫度×亂度」?

6.     一個分子如果處在很高的溫度下,化學鍵不斷擺動、伸縮,這些運動會消耗化學鍵蘊藏的能量,所以,它的的能量「自由能ΔG°」,是化學鍵的能量「熱含量ΔH°」扣除掉分子系統的不穩定因素:化學鍵運動、整個分子運動的能量「溫度×亂度TΔS°」。

7.     相反地,如果溫度很低,分子的化學鍵的鍵長與角度很穩定,不太伸縮或擺動,那麼,它的能量「自由能ΔG°」就差不多是化學鍵蘊藏的能量「熱含量ΔH°」,因為分子化學鍵運動、組成原子的運動亂度「TΔS°」非常小。

8.     大部分有機化學反應,當「產物的莫耳數」等於「反應物的莫耳數」時,反應過程的變化非常小。所以,位能(potential energy)的變化幾乎就等於熱含量的變化。為什麼「當產物的莫耳數等於反應物的莫耳數時,反應過程的變化非常小」?

9.     「產物的莫耳數」等於「反應物的莫耳數」,代表「打斷的」與「重新鍵結的」化學鍵數量一樣,也就是分子有效碰撞,打斷化學鍵之後的碎片,很快就結合成新的分子。

10.  如果「產物的莫耳數」與「反應物的莫耳數」差距大,代表打斷的與重新鍵結的化學鍵數量差距很大,可能是許多小分子結合成大分子,也可能是大分子瓦解成許多小分子,這種落差顯示參與反應的分子系統比較不穩定。

注:分子系統如果很穩定,化學鍵很強健,就不容易被打斷、瓦解成許多小分子,或發生好幾個小分子重新鍵結成大分子。

9.         對自由能的影響程度全看溫度。隨著溫度增加,TΔS°的數值也變得愈來愈大,有時候甚至會超過熱含量ΔH°的數值。這會發生什麼狀況?

10.     亂度」是一個分子結構的破壞力量,「熱含量」是分子中所有原子互相鍵結的力量;如果「亂度×溫度」大於「熱含量」,「不穩定的力量」,超過「穩定的力量」,分子很可能會自發性地產生化學反應。

有誰推薦more

限會員,要發表迴響,請先登入