Je kunt het proces "keukenzout lost op in water" beschouwen als een systeem in verandering.
Eerst heb je zout(s) en water(l) en daarna verschijnt een zoutoplossing:
NaCl(s) NaCl(aq) ΔH > 0
Het is niet echt een chemische reactie, maar er gebeurt wel iets met de deeltjes:
Het ionrooster wordt verbroken
De ionen worden gehydrateerd (omgeven door watermoleculen)
Het totaalproces is endotherm, (kost energie) en toch is het totaalproces spontaan. De reden hiervoor is de enorme toename van de entropie gedurende dit proces.
Het al dan niet spontaan verlopen van een chemische reactie heeft alles te maken met thermodynamische gegevens.
Processen zijn spontaan als er toename is van Entropie
Tweede hoofdwet thermodynamica
Processen zijn spontaan als er toename is van Entropie
Je kunt ook zeggen: als de mate van wanorde toeneemt bij een systeem dan kan het proces spontaan zijn, zelfs als heb je een endotherm proces.
Als ionen in een ionrooster zich van elkaar verwijderen en vrij kunnen gaan bewegen door de oplossing, dan neemt de mate van wanorde flink toe en dus de entropie S.
Oplossen van zout in water is dan ook duidelijk een spontaan proces, ook al kost het losmaken van de ionen flink wat energie.
Neem een explosie: een vaste stof, met veel orde (weinig entropie) verandert helemaal in gassen (veel wanorde, veel entropie); Explosie is zeer spontaan
Een reversibele reactie bestaat feitelijk uit twee reacties. Die twee reacties worden samengesteld tot één. In de reactievergelijking gaan de 2 pijlen van de twee reacties twee kanten op.
Verder mag je in het algemeen verwachten dat aan één kant van de pijlen de sterkere stoffen staan en aan de andere kant zwakkere.
Zoals het woord al suggereert: de sterkere stoffen hebben een sterkere neiging tot reageren dan de zwakkere.
En stoffen die reageren zullen voor een groot deel verdwijnen, terwijl de zwakke juist gevormd worden.
Heel bijzonder dus, speciaal voor chemische evenwichten geldt:
De sterken r(e)ageren ten gunste van de zwakken
En dat doen ze nog spontaan ook. Kom daar eens om in onze moderne samenleving!
De zwakke stoffen reageren ook wel (terug), maar met weinig kracht en weinig rendement.
Alleen met externe dwang kunnen zwakke stoffen gedwongen worden tot vollediger doorreageren.
Als dat gedaan wordt is er geen sprake meer van een spontane reactie.
Batterijen en accu's; elektrochemische cellen, galvanische elementen
Spontane redoxreacties verlopen normaal gesproken in direct contact tussen de deeltjes van de oxidator en de reductor,
maar kunnen dus ook indirect, op afstand, plaats vinden aan de oppervlaktes van de elektrodes.
Bijvoorbeeld in het geval van de Cu/Zn-elektrode.
Het zink lost spontaan op, vormt Zinkionen, met achterlaten van elektronen in de zinkstaaf die daardoor negatief opgeladen wordt.
De koperionen pakken elektronen van de koperstaaf, en worden koperatomen die zich meteen samenvoegen
met de hele koperstaaf die daardoor een positieve lading krijgt.
De zink-elektrode wordt langzaam dunner en de koper-electrode zal wat groeien.
In elektrochemische cellen (galvanische elementen) vindt dus een spontane omzetting plaats van chemische energie naar elektrische energie.
Sterke stoffen reageren (oxidator en reductor), via elektroden (indirect dus), terwijl er zwakkere producten worden gevormd.
De elektronen worden getransporteerd en overgedragen via externe geleidende verbindingen (stroomdraden en elektroden).
De beweging van de elektronen door de stroomdraden heet in feite: elektrische stroom.
De toepassingen kennen we allemaal wel: batterijtjes en accu's.
Bekijk de volgende evenwichten eens aan twee elektroden:
(aan de anode) red 1 (Cu)ox 1 (Cu2+) + elektronen (a)
(aan de cathode) ox 2 (Zn2+) + elektronen
red 2 (Zn) (b)
Als een batterij stroom levert (elektronen verstuurt), komen die elektronen van de negatieve elektrode en bewegen zich buitenom naar de positieve elektrode.
Bij evenwicht (a) domineert de vorming van Koper (het evenwicht ligt links).
Zodra de elektronen bij deze pool arriveren, kan het evenwicht zich nog meer naar links verschuiven.
Bij evenwicht (b) domineert de vorming van zinkionen.
Zodra elektronen daar wegtrekken, probeert dit evenwicht verder te verschuiven, ook naar links.
Deze twee processen gaan geruime tijd door, net zolang tot één van de reagentia (Koperstaaf of Zinkionen) op is.
De batterij noemen we dan 'leeg'.
Een batterijtje moet dus een sterke oxidator en een sterke reductor bevatten die niet direct met elkaar mogen reageren daarbinnen.
De elektronenoverdracht moet buitenom gaan, indirect dus via stroomdraden, anders heb je er niets aan.
NaCl(aq) ΔH > 0
ox 1 (Cu2+) + elektronen (a)
