Back to chapter

17.7:

Sıcaklığın Serbest Enerji Üzerindeki Etkileri

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

Languages

Share

Bir reaksiyonun sabit sıcaklık ve basınçta kendiliğinden olması için Gibbs serbest enerjisindeki değişim, ΔG, sıfırdan küçük olmalıdır. ΔG’nin işareti işaretlere ve entalpi, entropi ve sıcaklığın göreceli değerlerine bağlıdır. Entalpi, reaksiyon çevreye ısı saldığında kendiliğindenliği desteklerken, sistemde daha fazla düzensizlik olduğunda entropi kendiliğindenliği destekler.Sodyum hidroksit ile hidroklorik asit arasındaki reaksiyonda olduğu gibi ΔH negatif ve ΔS pozitifse, ΔG tüm sıcaklıklarda negatiftir. Bu nedenle, sistemin entropisinin arttığı ekzotermik reaksiyonlar her zaman kendiliğinden olur. Hem ΔH hem de ΔS negatifse, ΔG sıcaklığa bağlıdır.Sistemin entropisinin azaldığı bir ekzotermik reaksiyon olan suyun buza dönüşmesini düşünün. Suyun donma noktasının altındaki sıcaklıklarda, su kendiliğinden donarak ısıyı açığa çıkarır ve daha düzenli hale gelir. Bu nedenle, negatif entalpi ve entropi değişiklikleri içeren reaksiyonlar yalnızca düşük sıcaklıklarda kendiliğinden gerçekleşir.ΔG, hem ΔH hem de ΔS pozitifse sıcaklığa da bağlıdır. Yaygın bir örnek, katı amonyum nitratın suda çözündüğü ve çevredeki ısıyı emdiği kimyasal bir soğuk pakettir. Bu endotermik reaksiyon, sistem bozukluğunun artması nedeniyle oda sıcaklığında kendiliğinden ilerler.Bu nedenle, pozitif entalpi ve entropi değişikliklerine sahip reaksiyonlar yalnızca daha yüksek sıcaklıklarda kendiliğinden gerçekleşir. Sıcaklık, TΔS ΔH’den küçük olacak şekilde düşürülürse, ΔG pozitif olur ve reaksiyon spontan olmaktan çıkar. ΔH pozitif ve ΔS negatif olduğunda, ΔG her zaman pozitiftir ve reaksiyon tüm sıcaklıklarda spontan değildir.

17.7:

Sıcaklığın Serbest Enerji Üzerindeki Etkileri

Bir işlemin spontanlığı, sistemin sıcaklığına bağlıdır. Örneğin, faz geçişleri, söz konusu maddenin sıcaklığına bağlı olarak kendiliğinden bir yönde veya diğerinde ilerleyecektir. Benzer şekilde, bazı kimyasal reaksiyonlar da sıcaklığa bağlı spontanlıklar gösterebilir. Bu kavramı açıklamak için, serbest enerji değişimini entalpi ve entropi değişimleriyle ilişkilendiren şu denklem dikkate alınır:

Bir sürecin spontanlığı, serbest enerji değişiminin aritmetik işaretinde yansıtıldığı gibi, daha sonra entalpi ve entropi değişikliklerinin işaretleri ve bazı durumlarda mutlak sıcaklık tarafından belirlenir. T mutlak (kelvin) sıcaklık olduğundan, yalnızca pozitif değerlere sahip olabilir. Bu nedenle, entalpi ve entropi değişikliklerinin işaretleri ile ilgili dört olasılık vardır:

  1. ΔH ve ΔS her ikisi de pozitiftir. Bu durum, sistem entropisinde bir artış içeren endotermik bir süreci tanımlar. Bu durumda, TΔS teriminin büyüklüğü ΔH‘den büyükse ΔG negatif olacaktır. Eğer TΔS terimi ΔH‘den küçükse, serbest enerji değişimi pozitif olacaktır. Böyle bir süreç, yüksek sıcaklıklarda spontan, düşük sıcaklıklarda ise spontan değildir.
  2. ΔH ve & # 916;S her ikisi de negatiftir. bu durum, sistem entropisinde bir azalma içeren ekzotermik bir süreci tanımlar. Bu durumda, TΔS teriminin büyüklüğü ΔH‘den küçükse ΔG, negatif olacaktır. Eğer TΔS teriminin büyüklüğü ΔH‘den büyükse, serbest enerji değişimi pozitif olacaktır. Böyle bir işlem düşük sıcaklıklarda spontan, yüksek sıcaklıklarda ise spontan değildir.
  3. ΔH pozitif ve ΔS negatiftir. Bu durum, sistem entropisinde bir azalma içeren endotermik bir süreci tanımlar. Bu durumda, ΔG sıcaklıktan bağımsız olarak pozitif olacaktır. Böyle bir işlem, tüm sıcaklıklarda spontan değildir.
  4. Δ H negatiftir ve ΔS pozitiftir. Bu durum, sistem entropisinde bir artış içeren ekzotermik bir süreci tanımlar. Bu durumda, ΔG sıcaklıktan bağımsız olarak negatif olacaktır. Böyle bir işlem, tüm sıcaklıklarda spontan gerçekleşir.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 16.4: Free Energy.