Wydział: Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska

Rok: III

Kierunek: Inżynieria Środowiska

Grupa zajęciowa: IŚ1

Projekt 3

Zestaw I

Sprawozdanie z ćwiczeia z Geochemii Ogólnej

Data oddania pracy: 27.11.2012

Wykonały:

1. Prokop Anna IŚ5

2. Miodońska Alicja IŚ4

Kraków, 23.11.2012

Zadanie 1. Czy pirotyn jest trwałym minrałem w reakcji rozpuszczania?

Reakcja rozpuszczania przebiega nastepująco: FeS <=> Fe(2⁺) + S(2^-)

Założono warunki normalne, tj. T = 25^oC = 298,15 K i P = 1 atm dla których odczytano z tablic wartości entalpi (H^o) i entropi (S^o), które zestawiono w Tabeli nr 1.

	ΔH^0 [J/mol]	S^0 [J/mol*K]
Fe^2+	-89 100	-138
S^2-	33 000	-15
FeS	-10 0960*	60,79

Tabela nr 1. Zestawienie wartości entalpi i entropi odczytane z tablic termodynamicznych.

*w związku z tym, że w tabeli temodynamicznej nie ma podanej wartości entalpi (H^o) dla pirotynu uwzględniono w obliczeniach wartość entalpi (H^o) dla jego odmiany polimorficznej, tj. troilitu.

Obliczenia:

Zmiana entalpii reakcji:

ΔH⁰_reakcji = ΔH⁰_prod - ΔH⁰_subst = (ΔH⁰_Fe2++ ΔH⁰_S2-) - ΔH⁰_FeS

ΔH⁰_reakcj = (-89 100 + 33 000) – (-100 960) = 44 860 [J/mol] -> rekcja jest endotermiczna

Zmiana entropii reakcji:

ΔS⁰_reakcji = ΔS⁰_prod - ΔS⁰_subst = (ΔS⁰_Fe2++ ΔS⁰_S2-) - ΔS⁰_FeS

ΔS⁰_reakcji = (-138 + (-15)) – 60,79 = -213,79 [J/mol*K]

Zmiana energii swobodnej Gibbsa reakcji:

ΔG_reakcji = ΔH_reakcji - T*ΔS_rrakcji

ΔG_reakcji = 44 860 – 298,15 * (-213,79) = 108 601,5 [J/mol]

Wielkość zmiany energii swobodnej Gibbsa towarzyszącej reakcji chemicznej jest miarą siły napędowej reakcji i mówi nam o potencjalnym kierunku samorzutnego zachodzenia procesu:

• ΔG_reakcji < 0 reakcja ma tendencję do samorzutnego zachodzenia w prawo, zmierzając w kierunku równowagi

• ΔG_reakcji = 0 reakcja jest w stanie równowagi – stężenia reagentów nie ulegają zmianie

• ΔG_reakcji > 0 reakcja ma tendencję do samorzutnego zachodzenia w lewo, zmierzając w kierunku równowagi

Wnioski: Uwzględniając powyższe obliczenia i sformułowane warunki, stwierdzono, iż zapisana reakcja ma tendencję do samorzutnego zachodzenia w lewo (ΔG_reakcji > 0), tak więc FeS w warunkach normalnych jest trwałym minerałem.

Zadanie 2. Oblicz stałą równowagi K (równą w tym wypadku stałej rozpuszczalności K_sp) dla temperatury wody w studni 5^oC. Jeżeli założymy, że jedynym źródłem Fe i S w wodzie jest rozpuszczający się pirotyn to stężenie żelaza w wodzie studziennej wyniesie $\sqrt{}(K_{\text{sp}})$ [mol/dm³], ponieważ K_sp = [Fe²⁺] * [S^2-], [Fe²⁺] = [S^2-].

Dane:

T = 5⁰C = 278,15K

R = 8,314 [J/mol*K] -> stała gazowa

ΔG_reakcji = 108 601,5 [J/mol]

Oliczenia:

K_sp = K = e^-ΔG/RT

K₅ = e^{- 108 601,5 / (8,314 * 278,15)} = e^-46,9620168 = 4,024 * 10^-21

log K₅ = -20,395342

K₅ = 10^-20,395342

K_sp = 10^-20,395342

Stężenie Fe w wodzie studziennej:

$\sqrt{}(K_{\text{sp}})$ = $\sqrt{}$10^-20,395342 = 6,3435*10^-11 [mol/dm³]

Wnioski: Stała równowagi K₅ dla 5^oC wynosi ≈ 10^-20,395, natomiast stężenie Fe w takiej wodzie przy założeniu podanym w treści zadania wynosi 6,3435*10^-11 [mol/dm³].

Zadanie 3. Jeśli twoja woda studzienna ogrzeje się do 25^oC to, czy spowoduje to wytrącenie się pirotynu?

Dane:

T₅ = 5^oC = 278,15 K

T₂₅ = 25^oC = 298,15 K

R = 8,314 [J/mol*K] -> stała gazowa

ΔG_reakcji = 108 601,5 [J/mol]

K₅ = 10^-20,395342

ΔH⁰_reakcj = 44 860 [J/mol]

Obliczenia:

Metoda I:

K_sp = K = e^-ΔG/RT

K₂₅ = e^{- 108 601,5 / (8,314 * 298,15)} = e^-43,811783 = 9,3925 * 10^-20

log K₂₅ = -19,0272

K₂₅ = 10^-19,0272

Metoda II:

$\ln\frac{K_{5}}{K_{25}}\ $ = $\frac{- H^{o}}{R}$ * ($\frac{1}{T_{5}} - \ \frac{1}{T_{25}})$

$\ln\frac{K_{5}}{K_{25}}$ = $\frac{- 44\ 860}{8,314}$ * ($\frac{1}{278,15} - \ \frac{1}{298,15}$) = - 1,301

lnK₅ −  lnK₂₅ = -1,301

lnK₂₅ = 1,301 + lnK₅ = 1,301 + ln10^{−20, 395342}

lnK₂₅ = 1,301 + (-46,962) = -45,661

K₂₅ = e^-45,661 = 1,478 * 10^-20

log K²⁵ = -19,8303

K₂₅ = 10^-19,8303

Wnioski: Porównując wartości stałej równowagi (w tym wypadku równe stałej rozpuszczalności) dla temperatur 5^oC i 25^oC (odpowiednio K₅ i K₂₅) stwierdzono wzrost tych wartości wraz ze wzrostem temperatury (stała równowagi K reakcji endotermicznej (H > 0) rośnie ze wzrostem temperatury). Powoduje to, iż ogrzanie wody nie spowoduje wytrącenia się pirotynu.