Direcția de reacții chimice spontane

legea I a termodinamicii stabilește o relație între interne de energie, căldură și de muncă, și permite calcularea efectelor termice ale diferitelor procese, dar are un dezavantaj major: nu spune nimic despre direcția fluxului de proces spontan. Într-adevăr, din punctul de vedere al dreptului I al termodinamicii Baron Munchausen, încercând să se și calul scoate din mlaștină din coadă, după ce a petrecut o anumită cantitate de energie, am făcut nimic greșit. Puteți da un alt exemplu. Procesul de răcire cu apă de încălzire este reversibilă. Apa din cazan poate fi adus la fierbere cu un curent electric, dar în timpul curentului circuitului apei de răcire nu apare.

Răspunsul dă legea a II-a termodinamicii.

Orice curge spontan proces (reacție chimică) este realizată ca urmare a raportului dintre cele două tendințe principale:

1) tendința sistemului de a minimiza stocul lor de energie internă, să aloce acest surplus de energie în mediul înconjurător - principiul Berthelot-Thomsen;

2) tendința sistemului de a muta în cel mai probabil. și anume cea mai stare stabilă, caracterizată printr-un grad maxim de dezordine, haos.

Prima tendință ia în considerare factorul de entalpie se manifestă în faptul că cele mai multe dintre reacțiile care apar spontan este exotermă, DHR-lea <0.

2a tendință ia în considerare factorul de entropie, # 916; S> 0.

Entropia S - în funcție de starea sistemului, care determină probabilitatea termodinamică și, în acest sens, având în vedere stabilitatea statului.

Sensul fizic al entropiei stabilit termodinamicii statistice. Conform ecuației Boltzmann:

în care - Boltzmann, R - constanta universală a gazelor, NA - numărul lui Avogadro; W - numărul de moduri în care sistemul poate efectua macrostarea sau, cu alte cuvinte, probabilitatea termodinamică a macrostării sistemului, care este determinat de numărul de microparticule și metode de opțiuni de alocare (molecule, atomi, ioni, etc.).

Interpretarea statistică a entropiei înseamnă că, în contrast cu energia care este inerentă în fiecare particulă individuală, entropia reflectă proprietățile unui set de particule. particulă separată nu are nici o entropie.

Astfel, entropia caracterizează tulburarea, probabilitatea de existență a sistemului este aceeași proprietate a substanței sau a sistemului. în funcție de natura și condiții, cum ar fi temperatura, presiunea, entalpie și energia internă a acestora.

Ca și în cazul altor funcții de stat, un calcul utilizând valorile standard ale entropia S (J / K) și S 0 (J / mol × K).

Precum și energia, entropia nu se aplică la numărul de valori determinate experimental. Într-un proces reversibil care apar în condiții izoterme, variația entropiei este:

În procesele ireversibile inegalitatea:

Aceasta înseamnă că fluxul de proces ireversibil, entropia crește datorită trecerii lucrării în căldură.

Astfel, sistemul efectuează maxim procesele reversibile posibile de lucru. Atunci când un proces ireversibil, sistemul face întotdeauna mai puțin de lucru.

Tranziția de muncă în căldură într-un proces ireversibil înseamnă o tranziție de la un ordonat la o formă dezordonată a materiei. Prin urmare apare interpretarea entropiei ca o măsură a dezordinii într-un sistem:

Odată cu creșterea în tulburări crește sistemul de entropie și, invers, entropia scade pe măsură ce sistemul de comanda.

procese Vneobratimyh care implică o creștere S, entropia produsă (apare), apare, de exemplu, atunci când alinierea concentrațiilor.

Entropia unui sistem închis poate fi schimbat și schimbul de sistem cu caldura de mediu. și anume Numai energia.

Modificarea entropiei ca urmare a schimbului de căldură se numește un flux și entropia este dată de:

în care Q # 8209; căldura, pe care sistemul comunică cu mediul extern la temperatura T.

Schimbarea entropia totală a produs cantitatea sistemyopredelyaetsya entropie (într-un proces ireversibil) și fluxul de entropie (dobândită sau eliberat prin schimbul de căldură). În procesele reversibile entropia nu se realizează și toate schimbările ei este determinată doar de fluxul de entropie.

Cele mai multe au loc în natura proceselor sunt ireversibile și sunt însoțite de producerea de entropie.

În procesul de entropie evaporare a apei crește în timpul cristalizării - scade. In reacțiile de creșteri de descompunere entropie în compuși reacțiile - este redusă.

În cazul în care procesul este reversibil în condițiile izobare-izotermă, trebuie să fie îndeplinite următoarele relații:

Raportul dintre cantitatea de pe partea stângă și dreaptă a acestei expresii depinde de direcția procesului spontan.

În cazul în care procesul are loc în condițiile izobare-izotermă, forța totală de conducere a procesului se numește energia liberă Gibbs sau potențial izobară-izotermă (DG):

energia Gibbs se măsoară în J sau kJ.

DG semn determină direcția procesului spontan:

În cazul în care 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.

Dacă DG> 0, în aceste condiții, apar spontan reacția nu poate, și reacția inversă este fezabil, pentru care # 916; G <0.

Dacă DG = 0, reacția este reversibilă, este starea criteriului de echilibru chimic.

Analiza raportul factorilor entalpiei și entropiei în ecuația (16), conduce la următoarele concluzii:

1. La temperaturi scăzute, predomină factorul entalpiei și apar spontan procese în principal exotermice;

2. La temperaturi ridicate, un termen decisiv rolul igraetentropiyny al ecuației, crescând în reacțiile de descompunere. Prin urmare, la suficient de temperaturi ridicate nu pot exista sisteme sofisticate.

Abordarea propusă permite în mod intenționat selectați condițiile în care are loc procesul într-o direcție predeterminată.

Ca regulă generală, rezultatul procesului este rezultatul efectului total de doi factori considerați. De exemplu, distribuția gazului atmosferic are loc sub acțiunea factorului entalpiei # 916; H <0 (стремление распределиться по поверхности Земли) и энтропийного фактора ΔS> 0 (dorința de a dispersa în spațiu).

Bazat pe materialul de mai sus pot fi formulate Act II (debut) al termodinamicii: