Спонтанность процесса зависит от температуры системы. Фазовые переходы, например, будут действовать спонтанно в одном или другом направлении в зависимости от температуры данного вещества. Кроме того, некоторые химические реакции могут также проявлять зависящую от температуры спонтанность. Для иллюстрации этой концепции рассматривается уравнение, связывание свободного изменения энергии с изменениями энтальпии и энтропии процесса:
Спонтанность процесса, отраженная в арифметическом знаке его свободного изменения энергии, затем определяется признаками изменений энтальпии и энтропии и, в некоторых случаях, абсолютной температуры. Поскольку T является абсолютной (кельвин) температурой, она может иметь только положительные значения. Таким образом, существуют четыре возможности в отношении признаков энтальпии и изменений энтропии:
Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 16.4: Free Energy.
Чтобы реакция была самопроизвольной при постоянной температуре и давлении, изменение свободной энергии Гиббса, ΔG, должно быть меньше нуля. Знак ΔG зависит от знаков и относительных значений энтальпии, энтропии и температуры. Энтальпия способствует самопроизвольности, когда реакция выделяет тепло в окружающую среду, в то время как энтропия способствует самопроизвольности, когда в системе больше беспорядка.
Если ΔH отрицательно, а ΔS положительно, как в реакции между гидроксидом натрия и соляной кислотой, то ΔG отрицательно при всех температурах. Таким образом, экзотермические реакции, в которых энтропия системы возрастает, всегда являются самопроизвольными. Если и ΔH, и ΔS отрицательны, ΔG зависит от температуры.
Рассмотрим замерзание воды в лед, экзотермическую реакцию, при которой энтропия системы уменьшается. При температурах ниже точки замерзания вода самопроизвольно замерзает, выделяя тепло и становясь более упорядоченной. Таким образом, реакции с отрицательными изменениями энтальпии и энтропии протекают самопроизвольно только при низких температурах.
ΔG также зависит от температуры, если ΔH и ΔS положительны. Типичным примером является химический холодильник, в котором твердый нитрат аммония растворяется в воде, которая поглощает тепло из окружающей среды. Эта эндотермическая реакция протекает самопроизвольно при комнатной температуре из-за увеличения беспорядка в системе.
Таким образом, реакции с положительными изменениями энтальпии и энтропии происходят самопроизвольно только при более высоких температурах. Если бы температуру снизили так, что TΔS стало меньше, чем ΔH, то ΔG стало бы положительным, а сама реакция несамопроизвольной. Когда ΔH положительно, а ΔS отрицательно, ΔG всегда положительно, и реакция не является самопроизвольной для всех температур.
Related Videos
Thermodynamics
24.0K Просмотры
Thermodynamics
30.3K Просмотры
Thermodynamics
23.9K Просмотры
Thermodynamics
19.0K Просмотры
Thermodynamics
20.5K Просмотры
Thermodynamics
33.6K Просмотры
Thermodynamics
25.7K Просмотры
Thermodynamics
21.4K Просмотры
Thermodynamics
11.5K Просмотры
Thermodynamics
23.6K Просмотры