Посоката на спонтанни химични реакции
Аз закон на термодинамиката установява връзка между вътрешната енергия, топлина и работа, и дава възможност за изчисляване на топлинните ефекти на различните процеси, но има един голям недостатък: той не казва нищо за посоката на спонтанен процес поток. Всъщност, от гледна точка на I закон на термодинамиката Барон Мюнхаузен, опитвайки се на себе си и на коня извади от блатото на опашка, след като прекара известно количество енергия, което направих нищо лошо. Можете да дадете още един пример. Процесът на нагряване-охлаждаща вода е обратимо. Водата в каната могат да бъдат доведени до кипене с електрически ток, но по време на охлаждане на вода верига ток не възниква.
Отговорът дава право II на термодинамиката.
Всяко спонтанно протичащ процес (химическа реакция) се осъществява в резултат на съотношението на две основни направления:
1) тенденцията на системата, за да се намали техният запас от вътрешна енергия, да се разпределят този излишък на енергия в околната среда - на принципа на Berthelot-Томсен;
2) тенденцията на системата, за да се премести в най-голяма вероятност. т.е. най-стабилно състояние, характеризиращо се с максимална степен на разстройство, хаоса.
Първата тенденция отчита енталпия фактор се проявява във факта, че повечето от спонтанно възникващите реакции е екзотермична, DHR-ти <0.
Второ тенденция отчита фактора на ентропия, # 916; S> 0.
Ентропията S - функция на състоянието на системата, които определят неговите термодинамична вероятност и в този смисъл дадено състояние стабилност.
Физическият смисъл на ентропията установено статистически термодинамиката. Според уравнението на Болцман:
при което - Болцман константа, R - универсална постоянен газ, NA - брой на Авогадро; W - брой начини, че системата може да изпълнява своите macrostate или, с други думи, термодинамичната вероятността за macrostate на системата, която се определя от броя на микрочастици и методите на възможности за разпределение (молекули, атоми, йони и т.н.).
Статистическа тълкуване на ентропията означава, че за разлика от енергията, която е присъща на всяка отделна частица, ентропията отразява свойства на набор от частици. Отделни частица не е ентропия.
По този начин, ентропията характеризира заболяването, вероятността за наличие на системата е същата собственост на веществото или система. в зависимост от тяхното естество и условия като температура, налягане, енталпия и вътрешна енергия.
Както и при другите състояние функция, изчисление, като се използват стандартни стойности на ентропията S (J / K) и S 0 (J / мол х К).
Както и енергия, ентропия не се отнася до броя на експериментално определени стойности. В обратим процес срещащи се при изотермични условия, промяната в ентропията е:
В необратими процеси на неравенството:
Това означава, че потокът на необратим процес, ентропията се увеличава в резултат на прехода от работата в топлина.
По този начин, системата изпълнява максимално възможно работни обратими процеси. Когато един необратим процес, системата винаги прави по-малко работа.
Преходът на работа в топлина в необратим процес означава преход от наредено да неорганизирана форма на материята. Следователно възниква тълкуването на ентропията като мярка за разстройство в система:
С нарастване на разстройство в системата се увеличава ентропията и обратно, ентропията намалява система за поръчки.
Vneobratimyh процеси, включващи увеличаване на S, ентропията произведена (случва), се появи, например, когато изравняване концентрации.
Ентропията на една затворена система може да се променя и обмена на система с топлината на околната среда. т.е. Само на енергия.
Промяната на ентропията в резултат на топлообмен се нарича поток и ентропията е равна на:
където Q # 8209; топлината, която система се свързва с външната среда при температура Т.
общата промяна на ентропията на произведени количество sistemyopredelyaetsya ентропия (в необратим процес) и ентропията поток (придобити или освободен чрез топлообмен). В обратими процеси ентропията не се извършва и цялата си промяна се определя само от потока на ентропията.
Повечето се проведе в същността на процесите са необратими и са придружени от производството на ентропия.
В процеса на изпаряване на водата ентропията се увеличава по време на кристализацията - намалява. В реакциите на разпадане увеличава ентропията в реакции съединения - е намалена.
Ако процесът е обратим в изобарни-изотермични условия, следните отношения трябва да бъдат изпълнени:
Съотношението на количеството на лявата и дясната страна на тази експресия зависи от посоката на спонтанен процес.
Ако процесът се извършва в изобарни-изотермични условия, общият движеща сила на процеса се нарича Свободна енергия на Гибс или изобарен-изотермичен потенциал (ГД):
Gibbs енергия се измерва в J или кДж.
ГД знак определя посоката на спонтанен процес:
Ако DG <0, то процесс в принципе осуществим, в данных условиях он теоретически может идти самопроизвольно, а абсолютное значение разности ΔН ‑ ТΔS определяет движущую силу этого процесса.
Ако DG> 0, при тези условия, реакцията спонтанно възникне не може и обратната реакция е възможно, за който # 916; G <0.
Ако DG = 0, реакцията е обратима, е състояние на критерий на химически равновесие.
Анализ на съотношението на енталпията и ентропията фактори в уравнение (16) води до следните изводи:
1. При ниски температури, преобладава енталпия фактор и спонтанно се случи главно екзотермични процеси;
2. При високи температури, решаваща роля Терминът igraetentropiyny на уравнението, увеличаване в реакции на разпадане. Ето защо, при достатъчно високи температури не могат да съществуват сложни системи.
Предложеният подход позволява целенасочено избрани условия, при които процесът се извършва в предварително определена посока.
Като правило, в резултат на процеса е резултат от общия ефект на два фактора разглеждат. Например, атмосферно разпределението на газ възниква под действието на енталпията фактор # 916; Н <0 (стремление распределиться по поверхности Земли) и энтропийного фактора ΔS> 0 (желанието да се разпръсне в пространството).
Въз основа на горното материалът може да бъде формулиран закон II (начало) на термодинамиката: