17.7:

17.7: Wpływ temperatury na darmową energię

Name: Wpływ temperatury na darmową energię
Uploaded: 2020-09-24T15:06:52+00:00
Duration: 2 min 11 s
Description: Spontaniczność procesu zależy od temperatury systemu. Na przykład przejścia fazowe będą przebiegać spontanicznie w jednym lub drugim kierunku, w zależności od temperatury danej substancji. P

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Chemistry

Effects of Temperature on Free Energy

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Previous Video

17.6: Gibbs Free Energy

Next Video

17.8: Calculating Standard Free Energy Changes

24,844 Views

•

02:11 min

•

September 24, 2020

Spontaniczność procesu zależy od temperatury systemu. Na przykład przejścia fazowe będą przebiegać spontanicznie w jednym lub drugim kierunku, w zależności od temperatury danej substancji. Podobnie, niektóre reakcje chemiczne mogą również wykazywać spontaniczność zależną od temperatury. Aby zilustrować tę koncepcję, rozważono równanie łączące zmianę energii swobodnej ze zmianami entalpii i entropii dla procesu:

Spontaniczność procesu, odzwierciedlona w arytmetycznym znaku zmiany jego swobodnej energii, jest następnie określana przez znaki zmian entalpii i entropii oraz, w niektórych przypadkach, temperaturę bezwzględną. Ponieważ T jest temperaturą bezwzględną (kelwinów), może mieć tylko wartości dodatnie. Istnieją zatem cztery możliwości w odniesieniu do znaków zmian entalpii i entropii:

Zarówno ΔH, jak i ΔS są dodatnie. Ten stan opisuje proces endotermiczny, który wiąże się ze wzrostem entropii systemu. W takim przypadku ΔG będzie ujemne, jeśli wielkość składnika TΔS jest większa niż ΔH. Jeśli składnik TΔS jest mniejszy niż ΔH, zmiana energii swobodnej będzie dodatnia. Taki proces jest spontaniczny w wysokich temperaturach i niespontaniczny w niskich temperaturach.
Zarówno ΔH, jak i ΔS są ujemne. Ten stan opisuje proces egzotermiczny, który wiąże się ze spadkiem entropii systemu. W takim przypadku ΔG będzie ujemne, jeśli wielkość składnika TΔS jest mniejsza niż ΔH. Jeśli wielkość członu TΔS jest większa niż ΔH, zmiana energii swobodnej będzie dodatnia. Taki proces jest spontaniczny w niskich temperaturach i niespontaniczny w wysokich temperaturach.
ΔH jest dodatnie, a ΔS jest ujemne. Ten stan opisuje proces endotermiczny, który wiąże się ze spadkiem entropii systemu. W takim przypadku ΔG będzie dodatnie niezależnie od temperatury. Taki proces jest niespontaniczny we wszystkich temperaturach.
ΔH jest ujemne, a ΔS jest dodatnie. Ten stan opisuje proces egzotermiczny, który wiąże się ze wzrostem entropii systemu. W takim przypadku ΔG będzie ujemne niezależnie od temperatury. Taki proces jest spontaniczny we wszystkich temperaturach.

Ten tekst jest adaptacją z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 16.4: Wolna Energia.

Transcript

Aby reakcja była spontaniczna przy stałej temperaturze i ciśnieniu, zmiana energii swobodnej Gibbsa, ΔG, musi być mniejsza od zera.

Znak ΔG zależy od znaków i względnych wartości entalpii, entropii i temperatury.

Entalpia sprzyja spontaniczności, gdy reakcja uwalnia ciepło do otoczenia, podczas gdy entropia sprzyja spontaniczności, gdy w systemie jest więcej nieporządku.

Jeżeli ΔH jest ujemne, a ΔS jest dodatnie, jak w reakcji wodorotlenku sodu z kwasem solnym, ΔG jest ujemne we wszystkich temperaturach. Tak więc reakcje egzotermiczne – w których wzrasta entropia układu – są zawsze spontaniczne.

Jeśli zarówno ΔH, jak i ΔS są ujemne, ΔG zależy od temperatury. Weźmy pod uwagę zamarzanie wody w lód, reakcję egzotermiczną, w której entropia układu maleje.

W temperaturach poniżej punktu zamarzania woda zamarza samoistnie, uwalniając ciepło i stając się bardziej uporządkowana. Zatem reakcje z ujemnymi zmianami entalpii i entropii są spontaniczne tylko w niskich temperaturach.

ΔG jest również zależne od temperatury, jeśli zarówno ΔH, jak i ΔS są dodatnie.

Typowym przykładem jest chemiczny zimny okład, w którym stały azotan amonu rozpuszcza się w wodzie, która pochłania ciepło z otoczenia. Ta reakcja endotermiczna przebiega spontanicznie w temperaturze pokojowej z powodu wzrostu nieporządku systemu. Zatem reakcje z dodatnimi zmianami entalpii i entropii są spontaniczne tylko w wyższych temperaturach.

Gdyby temperatura została obniżona tak, że TΔS stanie się mniejsze niż ΔH, ΔG będzie dodatnie, a reakcja stanie się niespontaniczna.

Gdy ΔH jest dodatnie, a ΔS jest ujemne, ΔG jest zawsze dodatnie, a reakcja jest niespontaniczna we wszystkich temperaturach.