Μια χημική αντίδραση έχει θετική τιμή Η και S υπό ποιες συνθήκες είναι η αυθόρμητη;
Κατανόηση των εννοιών
* Αλλαγή ενθαλπίας (ΔH): Αυτό μετρά τη θερμότητα που απορροφάται ή απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης. Ένα θετικό ΔH σημαίνει ότι η αντίδραση είναι ενδοθερμική (απορροφά θερμότητα).
* Αλλαγή εντροπίας (ΔS): Αυτό μετρά τη μεταβολή της διαταραχής ή της τυχαιότητας του συστήματος. Ένα θετικό ΔS σημαίνει ότι τα προϊόντα είναι πιο διαταραγμένα από τα αντιδραστήρια.
* Gibbs Free Energy (ΔG): Αυτό καθορίζει τον αυθορμητισμό μιας αντίδρασης. Ένα αρνητικό Δg υποδεικνύει μια αυθόρμητη αντίδραση, ενώ ένα θετικό ΔG υποδηλώνει μια μη-νυχτερινή αντίδραση.
Η εξίσωση
Η σχέση μεταξύ αυτών των παραγόντων συνοψίζεται από την εξίσωση Gibbs Free Energy:
ΔG =ΔH - TΔS
όπου:
* T είναι η θερμοκρασία στο Kelvin.
Πώς ένα θετικό ΔH και ΔS μπορεί να οδηγήσει σε αυθορμμίτη
* ενδοθερμικές αντιδράσεις: Ένα θετικό ΔH σημαίνει ότι η αντίδραση απορροφά τη θερμότητα από το περιβάλλον. Αυτό καθιστά την αντίδραση λιγότερο ευνοϊκή σε χαμηλότερες θερμοκρασίες.
* Αυξημένη διαταραχή: Ένα θετικό ΔS σημαίνει ότι τα προϊόντα είναι πιο διαταραγμένα από τα αντιδραστήρια. Αυτό ευνοεί τον αυθορμητισμό καθώς αυξάνει την τυχαιότητα του συστήματος.
Ο βασικός παράγοντας:θερμοκρασία
* υψηλή θερμοκρασία: Σε υψηλές θερμοκρασίες, ο όρος TδS στην εξίσωση Gibbs Free Energy κυριαρχεί. Εάν το TDS είναι αρκετά μεγάλο για να ξεπεράσει το θετικό ΔH, το συνολικό ΔG γίνεται αρνητικό, καθιστώντας την αντίδραση αυθόρμητη.
Συνοπτικά
Μια χημική αντίδραση με θετική ΔH (ενδοθερμική) και θετική ΔS (αυξημένη διαταραχή) μπορεί να είναι αυθόρμητη υπό την ακόλουθη προϋπόθεση:
* σε επαρκώς υψηλές θερμοκρασίες: Ο αυξημένος όρος εντροπίας (TδS) μπορεί να αντισταθμίσει την αλλαγή ενδοθερμικής ενθαλπίας (ΔH), καθιστώντας την αντίδραση αυθόρμητη.
Παράδειγμα
Η τήξη του πάγου είναι μια ενδοθερμική διαδικασία (θετική ΔH) και οδηγεί σε αύξηση της διαταραχής (θετική ΔS). Η τήξη του πάγου είναι αυθόρμητη σε θερμοκρασίες πάνω από το σημείο κατάψυξης (0 ° C ή 273 K) επειδή η αύξηση της εντροπίας που οδηγείται από την υψηλότερη θερμοκρασία ξεπερνά την ενδοθερμική φύση της διαδικασίας.
