Fysische Chemie en Kinetiek
Samenvatting Hoorcolleges
4052FYSCKT
1|Pagina
FCK 2022-2023
,Inhoudsopgave
Algemeen ............................................................................................................................... 3
College 1 Opfrissing thermodynamica .................................................................................. 3
College 2 Mengsels en evenwichten ..................................................................................... 5
College 3 Gaswetten en kinetische gastheorie ..................................................................... 7
College 4 Fasen ..................................................................................................................... 12
College 5 en 7 Chemische kinetiek ...................................................................................... 15
College 6 Niet-ideale mengsels ........................................................................................... 21
College 9 Heterogene katalyse ............................................................................................ 25
College 8 & 10 Elektrochemie .............................................................................................. 29
College 12 Kinetiek en massatransport............................................................................... 34
College 13 Chemische kinetiek en massatransport ............................................................ 40
College 14 Elektrokatalyse ................................................................................................... 43
Bronvermelding.................................................................................................................... 46
2|Pagina
FCK 2022-2023
,Algemeen
Standaardcondities
T = 298.15 K, P = 1 bar, C = 1 M, 𝛾 = 1, pH = 0
Temperatuur omrekenen
𝑇 𝑇𝑐
= + 273.15
𝐾 ℃
Ideale gaswet en molair volume (per mol)
𝑉 𝑅𝑇
𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 → = 𝑉𝑚 =
𝑛 𝑃
Gasconstante, constante van Boltzmann en getal van Avogadro Gasconstante R
𝑅 = 𝑁𝐴 𝑘𝐵 Eenheid Waarde
𝐽 𝑑𝑒𝑒𝑙𝑡𝑗𝑒𝑠 𝐽 J/mol K 8.314
𝑅 = 8.314 ; 𝑁𝐴 = 6.022 ∙ 1023 ; 𝑘𝐵 = 1.38 ∙ 10−23
𝑚𝑜𝑙𝐾 𝑚𝑜𝑙 𝐾 3
m Pa/mol K 8.314
L-atm/mol K 0.08206
Molaire massa, getal van Avogadro en massa L-torr/mol K 62.36
𝑀 = 𝑁𝐴 𝑚
Faraday’s constante, elementaire lading (lading van een proton) en getal van Avogadro
𝐹 = 𝑒𝑁𝐴
𝐶 𝑑𝑒𝑒𝑙𝑡𝑗𝑒𝑠
𝐹 = 96485 𝑚𝑜𝑙 ; 𝑁𝐴 = 6.022 ∙ 1023 𝑚𝑜𝑙 ; 𝑒 = 1.60 ∙ 10−19 𝐶
Druk eenheden
Symbool Eenheid
Pa 1 N m-2 = 1 kg m-1 s-2
Atm 1 atm = 101,325 Pa
Bar 1 bar = 105 Pa
Torr 1 torr = 101,325/760 = 133.32 Pa
Psi 1 psi = 6,894.8 Pa
Energie batterij
[V] = [J/C]
[A] = [C/s]
College 1 Opfrissing thermodynamica
Potentiële energie is de energie opgeslagen in een object en wordt beïnvloed door:
• Bindingen in moleculen
• Interactie tussen moleculen (waterstofbruggen)
• Beweging van moleculen (vibratie, rotatie, translatie)
• Moleculaire vrijheid
3|Pagina
FCK 2022-2023
, Gibbs vrije energie G
Tijdens een reactie: ∆ = producten - reactanten
∆G = ∆H – T∆S
- ∆G: vrijgekomen energie dat voor arbeid gebruikt kan worden
Negatief: spontaan proces, de reactie kan arbeid verrichten (hoeft niet)
Positief: niet-spontaan proces
- ∆H: energie dat vrijkomt bij de reactie
Negatief: er komt energie vrij (exotherm) → maakt de reactie waarschijnlijker
Positief: er moet energie opgenomen worden (endotherm)
- T∆S energie dat niet beschikbaar is voor arbeid
Negatief: systeem verliest moleculaire vrijheid
Positief: systeem wint moleculaire vrijheid → maakt de reactie waarschijnlijker
Tabel
- °: onder standaardcondities
- f: absolute grootheid (H) is niet te bepalen, elementen worden als referentiepunt
gebruikt
- m: 𝑆° 𝑒𝑛 S𝑚 ° beide molaire entropie (per mol), maar de m geeft dit specifiek aan
Spontane reactie ∆𝐆 < 𝟎
−q reactie ∆Hreactie
∆Suniversum = ∆Sreactie + ∆Somgeving = ∆Sreactie + = ∆Sreactie − >0
T T
∆Hreactie − T∆Sreactie = ∆Greactie < 0
- Altijd spontaan als ∆Hreactie < 0 en ∆Sreactie > 0
- Nooit spontaan als ∆Hreactie > 0 en ∆Sreactie < 0
Enthalpie: temperatuur en druk afhankelijkheid
Vloeistoffen en vaste stoffen: beetje drukafhankelijk
∆𝐻𝑓 = ∆𝐻𝑓 ° + 𝐶𝑝 ∆𝑇 + 𝑉𝑚 ∆𝑃
Ideale gassen: niet drukafhankelijk
∆𝐻𝑓 = ∆𝐻𝑓 ° + 𝐶𝑝 ∆𝑇
Entropie: temperatuur en druk afhankelijkheid
Vaste stof: dichtheid vrijwel onafhankelijk van druk
𝑇
𝑆𝑚 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑 (𝑇, 𝑃) ≈ 𝑆𝑚 °𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑 + 𝐶𝑝 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑 ln( )
𝑇0
Vloeistof: dichtheid vrijwel onafhankelijk van druk
𝑇
𝑆𝑚 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑 (𝑇, 𝑃) ≈ 𝑆𝑚 °𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑 + 𝐶𝑝 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑 ln( )
𝑇0
Vloeistoffen en vaste stoffen houden hetzelfde aantal microtoestanden, waardoor S druk
onafhankelijk is
Gas: druk afhankelijkheid
𝑇 𝑃
𝑆𝑚 𝑔𝑎𝑠 (𝑇, 𝑃) ≈ 𝑆𝑚 °𝑔𝑎𝑠 + 𝐶𝑝 𝑔𝑎𝑠 ln ( ) − 𝑅 ln ( )
𝑇0 𝑃0
Hogere druk geeft meer moleculen per volume, waardoor er minder microtoestanden per
mol moleculen zijn wat leidt tot een verlaging van Sm
4|Pagina
FCK 2022-2023
Samenvatting Hoorcolleges
4052FYSCKT
1|Pagina
FCK 2022-2023
,Inhoudsopgave
Algemeen ............................................................................................................................... 3
College 1 Opfrissing thermodynamica .................................................................................. 3
College 2 Mengsels en evenwichten ..................................................................................... 5
College 3 Gaswetten en kinetische gastheorie ..................................................................... 7
College 4 Fasen ..................................................................................................................... 12
College 5 en 7 Chemische kinetiek ...................................................................................... 15
College 6 Niet-ideale mengsels ........................................................................................... 21
College 9 Heterogene katalyse ............................................................................................ 25
College 8 & 10 Elektrochemie .............................................................................................. 29
College 12 Kinetiek en massatransport............................................................................... 34
College 13 Chemische kinetiek en massatransport ............................................................ 40
College 14 Elektrokatalyse ................................................................................................... 43
Bronvermelding.................................................................................................................... 46
2|Pagina
FCK 2022-2023
,Algemeen
Standaardcondities
T = 298.15 K, P = 1 bar, C = 1 M, 𝛾 = 1, pH = 0
Temperatuur omrekenen
𝑇 𝑇𝑐
= + 273.15
𝐾 ℃
Ideale gaswet en molair volume (per mol)
𝑉 𝑅𝑇
𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 → = 𝑉𝑚 =
𝑛 𝑃
Gasconstante, constante van Boltzmann en getal van Avogadro Gasconstante R
𝑅 = 𝑁𝐴 𝑘𝐵 Eenheid Waarde
𝐽 𝑑𝑒𝑒𝑙𝑡𝑗𝑒𝑠 𝐽 J/mol K 8.314
𝑅 = 8.314 ; 𝑁𝐴 = 6.022 ∙ 1023 ; 𝑘𝐵 = 1.38 ∙ 10−23
𝑚𝑜𝑙𝐾 𝑚𝑜𝑙 𝐾 3
m Pa/mol K 8.314
L-atm/mol K 0.08206
Molaire massa, getal van Avogadro en massa L-torr/mol K 62.36
𝑀 = 𝑁𝐴 𝑚
Faraday’s constante, elementaire lading (lading van een proton) en getal van Avogadro
𝐹 = 𝑒𝑁𝐴
𝐶 𝑑𝑒𝑒𝑙𝑡𝑗𝑒𝑠
𝐹 = 96485 𝑚𝑜𝑙 ; 𝑁𝐴 = 6.022 ∙ 1023 𝑚𝑜𝑙 ; 𝑒 = 1.60 ∙ 10−19 𝐶
Druk eenheden
Symbool Eenheid
Pa 1 N m-2 = 1 kg m-1 s-2
Atm 1 atm = 101,325 Pa
Bar 1 bar = 105 Pa
Torr 1 torr = 101,325/760 = 133.32 Pa
Psi 1 psi = 6,894.8 Pa
Energie batterij
[V] = [J/C]
[A] = [C/s]
College 1 Opfrissing thermodynamica
Potentiële energie is de energie opgeslagen in een object en wordt beïnvloed door:
• Bindingen in moleculen
• Interactie tussen moleculen (waterstofbruggen)
• Beweging van moleculen (vibratie, rotatie, translatie)
• Moleculaire vrijheid
3|Pagina
FCK 2022-2023
, Gibbs vrije energie G
Tijdens een reactie: ∆ = producten - reactanten
∆G = ∆H – T∆S
- ∆G: vrijgekomen energie dat voor arbeid gebruikt kan worden
Negatief: spontaan proces, de reactie kan arbeid verrichten (hoeft niet)
Positief: niet-spontaan proces
- ∆H: energie dat vrijkomt bij de reactie
Negatief: er komt energie vrij (exotherm) → maakt de reactie waarschijnlijker
Positief: er moet energie opgenomen worden (endotherm)
- T∆S energie dat niet beschikbaar is voor arbeid
Negatief: systeem verliest moleculaire vrijheid
Positief: systeem wint moleculaire vrijheid → maakt de reactie waarschijnlijker
Tabel
- °: onder standaardcondities
- f: absolute grootheid (H) is niet te bepalen, elementen worden als referentiepunt
gebruikt
- m: 𝑆° 𝑒𝑛 S𝑚 ° beide molaire entropie (per mol), maar de m geeft dit specifiek aan
Spontane reactie ∆𝐆 < 𝟎
−q reactie ∆Hreactie
∆Suniversum = ∆Sreactie + ∆Somgeving = ∆Sreactie + = ∆Sreactie − >0
T T
∆Hreactie − T∆Sreactie = ∆Greactie < 0
- Altijd spontaan als ∆Hreactie < 0 en ∆Sreactie > 0
- Nooit spontaan als ∆Hreactie > 0 en ∆Sreactie < 0
Enthalpie: temperatuur en druk afhankelijkheid
Vloeistoffen en vaste stoffen: beetje drukafhankelijk
∆𝐻𝑓 = ∆𝐻𝑓 ° + 𝐶𝑝 ∆𝑇 + 𝑉𝑚 ∆𝑃
Ideale gassen: niet drukafhankelijk
∆𝐻𝑓 = ∆𝐻𝑓 ° + 𝐶𝑝 ∆𝑇
Entropie: temperatuur en druk afhankelijkheid
Vaste stof: dichtheid vrijwel onafhankelijk van druk
𝑇
𝑆𝑚 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑 (𝑇, 𝑃) ≈ 𝑆𝑚 °𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑 + 𝐶𝑝 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑 ln( )
𝑇0
Vloeistof: dichtheid vrijwel onafhankelijk van druk
𝑇
𝑆𝑚 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑 (𝑇, 𝑃) ≈ 𝑆𝑚 °𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑 + 𝐶𝑝 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑 ln( )
𝑇0
Vloeistoffen en vaste stoffen houden hetzelfde aantal microtoestanden, waardoor S druk
onafhankelijk is
Gas: druk afhankelijkheid
𝑇 𝑃
𝑆𝑚 𝑔𝑎𝑠 (𝑇, 𝑃) ≈ 𝑆𝑚 °𝑔𝑎𝑠 + 𝐶𝑝 𝑔𝑎𝑠 ln ( ) − 𝑅 ln ( )
𝑇0 𝑃0
Hogere druk geeft meer moleculen per volume, waardoor er minder microtoestanden per
mol moleculen zijn wat leidt tot een verlaging van Sm
4|Pagina
FCK 2022-2023
