Η μετατροπή του υγρού H2O σε αέριο απαιτεί ενέργεια, αλλά γιατί η εξάτμιση είναι μια αυθόρμητη αντίδραση;
1. Αυθόρμητες αντιδράσεις και εντροπία
* αυθόρμητες αντιδράσεις: Αυτές οι αντιδράσεις εμφανίζονται φυσικά χωρίς εξωτερική είσοδο ενέργειας.
* εντροπία: Ένα μέτρο διαταραχής ή τυχαιότητας σε ένα σύστημα.
Το κλειδί για την κατανόηση αυτού είναι εντροπία . Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι η συνολική εντροπία ενός απομονωμένου συστήματος αυξάνεται πάντα με την πάροδο του χρόνου.
2. Η εξάτμιση και η εντροπία αυξάνονται
* υγρό νερό: Τα μόρια νερού είναι σφιχτά συσκευασμένα και σχετικά διατεταγμένα.
* υδρατμός: Τα μόρια του νερού είναι ευρέως διαχωρισμένα και πιο διαταραγμένα.
Όταν εξατμίζεται το νερό, τα μόρια του νερού μεταβαίνουν από μια πιο διατεταγμένη κατάσταση υγρού σε μια λιγότερο διατεταγμένη αέρια κατάσταση. Αυτή η αύξηση της διαταραχής οδηγεί σε αύξηση της εντροπίας.
3. Ο ρόλος της ενέργειας
* Εισαγωγή ενέργειας: Ενώ η εξάτμιση απαιτεί ενέργεια για να σπάσει τους δεσμούς μεταξύ των μορίων του νερού, αυτή η ενέργεια παρέχεται συνήθως από το περιβάλλον (π.χ. θερμότητα από τον ήλιο, αέρα).
* Η ενέργεια δεν είναι ο μοναδικός παράγοντας: Ο συνολικός αυθορμητισμός μιας αντίδρασης καθορίζεται τόσο από την ενθαλπία (μεταβολές της θερμότητας) όσο και από την εντροπία. Η εξάτμιση είναι αυθόρμητη επειδή η αύξηση της εντροπίας υπερβαίνει την ενέργεια που απαιτείται για να σπάσει τους δεσμούς.
4. Ισορροπία
* Ποσοστό εξάτμισης έναντι ποσοστού συμπύκνωσης: Σε οποιαδήποτε δεδομένη θερμοκρασία, τα μόρια του νερού κινούνται συνεχώς μεταξύ των υγρών και των καταστάσεων ατμών. Η εξάτμιση και η συμπύκνωση συμβαίνουν ταυτόχρονα.
* Ισορροπία: Όταν ο ρυθμός εξάτμισης ισούται με τον ρυθμό συμπύκνωσης, επιτυγχάνεται μια κατάσταση ισορροπίας. Αυτή η ισορροπία δεν σημαίνει ότι η εξάτμιση σταματά, αλλά μάλλον ότι υπάρχει ισορροπία μεταξύ των δύο διαδικασιών.
Συνοπτικά
Η εξάτμιση είναι μια αυθόρμητη αντίδραση, επειδή η αύξηση της εντροπίας λόγω της μετάβασης σε μια λιγότερο διατεταγμένη κατάσταση αντισταθμίζει την ενέργεια που απαιτείται για να σπάσει τους δεσμούς μεταξύ των μορίων του νερού. Η ενέργεια που απαιτείται για την εξάτμιση παρέχεται συνήθως από το περιβάλλον, καθιστώντας τη διαδικασία δυνατή.
