17.7
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.
Spontaniczność procesu zależy od temperatury układu. Na przykład przejścia fazowe będą zachodzić samoistnie 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 odnoszące zmianę energii swobodnej do zmian entalpii i entropii procesu:

Spontaniczność procesu, odzwierciedlona w arytmetycznym znaku zmiany jego energii swobodnej, jest następnie określana przez znaki zmian entalpii i entropii oraz, w niektórych przypadkach, temperaturę bezwzględną. Ponieważ T jest temperaturą bezwzględną (kelwin), może ona przyjmować tylko wartości dodatnie. Istnieją zatem cztery możliwości w odniesieniu do znaków zmian entalpii i entropii:
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.
From Chapter 17:
Now Playing
Thermodynamics
22.5K Views
Thermodynamics
23.7K Views
Thermodynamics
27.3K Views
Thermodynamics
22.9K Views
Thermodynamics
18.0K Views
Thermodynamics
19.2K Views
Thermodynamics
28.1K Views
Thermodynamics
21.2K Views
Thermodynamics
11.3K Views
Thermodynamics
20.9K Views