W poszukiwaniu właściwości, która może wiarygodnie przewidywać spontaniczność procesu, zidentyfikowano obiecującego kandydata: entropię. Procesy, które wiążą się ze wzrostem entropii układu (ΔS > 0) są bardzo często spontaniczne; Przykłady świadczące o czymś przeciwnym można jednak mnożyć. Rozszerzając rozważania nad zmianami entropii na otoczenie, można dojść do istotnego wniosku dotyczącego związku między tą właściwością a spontanicznością. W modelach termodynamicznych układ i otoczenie obejmują wszystko, czyli wszechświat, a więc prawdą jest, co następuje:
Aby zilustrować tę zależność, rozważmy ponownie proces przepływu ciepła między dwoma obiektami, z których jeden identyfikuje się jako system, a drugi jako otoczenie. Istnieją trzy możliwości takiego procesu:
Wielkości −qsys i qsys są równe, a ich przeciwstawne znaki arytmetyczne oznaczają utratę ciepła przez system i zysk ciepła przez otoczenie. Ponieważ w tym scenariuszu T sys > Tsurr, spadek entropii układu będzie mniejszy niż wzrost entropii otoczenia, a więc entropia wszechświata wzrośnie:
znaki arytmetyczne systemu qoznaczają przyrost ciepła przez system i utratę ciepła przez otoczenie. Wielkość zmiany entropii dla otoczenia będzie ponownie większa niż dla systemu, ale w tym przypadku oznaki zmian ciepła (czyli kierunek przepływu ciepła) dadzą ujemną wartość dla ΔSuniv. Proces ten polega na spadku entropii wszechświata.
Wyniki te prowadzą do głębokiego stwierdzenia dotyczącego związku między entropią a spontanicznością, znanego jako druga zasada termodynamiki: wszystkie spontaniczne zmiany powodują wzrost entropii wszechświata. Podsumowanie tych trzech relacji znajduje się w poniższej tabeli.
Druga zasada termodynamiki | |
ΔSuniv > 0 | spontaniczny |
ΔSuniv < 0 | niespontaniczne (spontaniczne w przeciwnym kierunku) |
ΔSuniv = 0 | w stanie równowagi |
W przypadku wielu realistycznych zastosowań otoczenie jest ogromne w porównaniu z systemem. W takich przypadkach ciepło uzyskane lub utracone przez otoczenie w wyniku jakiegoś procesu stanowi bardzo mały, prawie nieskończenie mały ułamek jego całkowitej energii cieplnej. Na przykład spalanie paliwa w powietrzu polega na przenoszeniu ciepła z układu (cząsteczek paliwa i tlenu ulegających reakcji) do otoczenia, które jest nieskończenie masywniejsze (atmosfera ziemska). W rezultacie, qsurr jest dobrym przybliżeniem qsys, a drugie prawo można sformułować w następujący sposób:
Równanie to jest przydatne do przewidywania spontaniczności procesu.
Ten tekst jest adaptacją <a href=”https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/16-3-the-second-and-third-laws-of-thermodynamics”>Openstax, Chemia 2e, Rozdział 16.2: Druga i Trzecia Zasada Termodynamiki.
Related Videos
Thermodynamics
22.6K Wyświetlenia
Thermodynamics
27.6K Wyświetlenia
Thermodynamics
22.2K Wyświetlenia
Thermodynamics
17.3K Wyświetlenia
Thermodynamics
19.2K Wyświetlenia
Thermodynamics
31.7K Wyświetlenia
Thermodynamics
24.3K Wyświetlenia
Thermodynamics
20.1K Wyświetlenia
Thermodynamics
10.5K Wyświetlenia
Thermodynamics
22.5K Wyświetlenia