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17.7: 温度对自由能的影响
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温度对自由能的影响
 
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17.7: 温度对自由能的影响

过程的自发性取决于系统的温度。 例如,相变将根据所涉物质的温度自动朝一个或另一个方向前进。 同样,一些化学反应也可能表现出温度相关的自发性。 为了说明这一概念,我们考虑了将自由能更改与过程的焓和熵更改相关的方程:

Eq1

过程的自发性 (如其自由能变化的算术符号所反映) 随后由焓和熵变化的迹象以及在某些情况下绝对温度决定。 由于 T 是绝对 (开氏) 温度,因此它只能有正值。 因此,对于焓和熵变化的迹象,存在四种可能性:

  1. ΔH 和 ΔS 都是正数。 此条件描述了涉及系统熵增加的吸热过程。 在这种情况下,如果 TΔS 术语的大小为大于 ΔH ,则 n ü ΔG 为负。 如果 TΔS 术语是小于 ΔH ,则自由能的变化将是正数。 这样的过程在高温下是自发的,在低温下是非自发的。
  2. ΔH Ω 和 ΔS Ω 均为负。 此条件描述了放热过程,它涉及到系统熵的减少。 在这种情况下,如果 TΔS 术语的大小为小于 ΔH ,则 n ü ΔG 为负。 如果 TΔS 术语的大小为大于 ΔH ,则自由能的变化将是正数。 这样的过程在低温下是自发的,在高温下是非自发的。
  3. ΔH 为正, ΔS 为负。 此条件描述了吸热过程,它涉及到系统熵的减少。 在这种情况下,无论温度如何, ΔG 都将为正值。 这样的过程在所有温度下都是非自发的。
  4. ΔH 为负, ΔS 为正。 此条件描述了涉及系统熵增加的放热过程。 在这种情况下,无论温度如何, ΔG 都将为负。 这样的过程在所有温度下都是自发的。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第16.4节:自由能。  

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