Γιατί είναι θερμοδυναμικά δυνατό για να διαλύονται ορισμένα ιοντικά στερεά, παρόλο που η διαδικασία διαλύματος ενδοθερμικής;

Είναι αλήθεια ότι η διάλυση ορισμένων ιοντικών στερεών είναι μια ενδοθερμική διαδικασία, που σημαίνει ότι απορροφά τη θερμότητα από το περιβάλλον. Ωστόσο, το κλειδί για την κατανόηση του γιατί τα στερεά αυτά διαλύονται έγκειται στην έννοια του Gibbs Free Energy και τη σχέση του με την ενθαλπία (αλλαγή θερμότητας) και την εντροπία (διαταραχή).

Εδώ είναι μια κατανομή:

* Gibbs Free Energy (ΔG): Αυτή η θερμοδυναμική ποσότητα καθορίζει εάν μια διαδικασία είναι αυθόρμητη ή όχι. Ένα αρνητικό ΔG υποδεικνύει μια αυθόρμητη διαδικασία, ενώ ένα θετικό ΔG υποδεικνύει μια μη νυχτερινή διαδικασία.

* Ενθαλπία (ΔH): Αυτό αντιπροσωπεύει την αλλαγή θερμότητας μιας διαδικασίας. Ένα θετικό ΔH υποδηλώνει μια ενδοθερμική διαδικασία (απορροφάται η θερμότητα), ενώ ένα αρνητικό ΔH υποδεικνύει μια εξωθερμική διαδικασία (η θερμότητα απελευθερώνεται).

* εντροπία (ΔS): Αυτό μετρά τη διαταραχή ή την τυχαιότητα ενός συστήματος. Η διάλυση ενός στερεού σε ένα υγρό γενικά οδηγεί σε αύξηση της εντροπίας (περισσότερη διαταραχή).

Η εξίσωση: Η σχέση μεταξύ αυτών των ποσοτήτων δίνεται από:

ΔG =ΔH - TΔS

όπου:

* T είναι η θερμοκρασία στο Kelvin

Πώς η διάλυση μπορεί να είναι αυθόρμητη παρά το γεγονός ότι είναι ενδοθερμική:

* Η εντροπία οδηγεί τη διαδικασία: Παρόλο που η διάλυση ενός ιοντικού στερεού μπορεί να είναι ενδοθερμική (θετική ΔH), η αύξηση της εντροπίας (θετική ΔS) μπορεί να είναι αρκετά σημαντική για να ξεπεράσει την αλλαγή της ενθαλπίας, καθιστώντας τη συνολική αρνητική ελεύθερη ενέργεια Gibbs (ΔG <0). Αυτό σημαίνει ότι η διαδικασία είναι αυθόρμητη.

Παράδειγμα:

Σκεφτείτε τη διάλυση του τραπεζιού άλατος (NaCl) στο νερό. Η διαδικασία είναι ενδοθερμική, καθώς απορροφά τη θερμότητα από το περιβάλλον. Ωστόσο, τα ιόντα από το NaCl γίνονται πολύ διασκορπισμένα και τυχαία κατανεμημένα στο νερό, οδηγώντας σε σημαντική αύξηση της εντροπίας. Αυτή η αύξηση της εντροπίας υπερβαίνει την αλλαγή ενδοθερμικής ενθαλπίας, καθιστώντας τη διαδικασία διάλυσης αυθόρμητη σε θερμοκρασία δωματίου.

Συνοπτικά:

* Ο αυθορμητισμός μιας διαδικασίας καθορίζεται από την ελεύθερη ενέργεια του Gibbs, όχι μόνο την ενθαλπία.

* Παρόλο που μια διαδικασία είναι ενδοθερμική, μπορεί να είναι αυθόρμητη εάν η αύξηση της εντροπίας είναι αρκετά μεγάλη.

* Η διάλυση των ιοντικών στερεών συχνά οδηγεί σε σημαντική αύξηση της εντροπίας λόγω της διασποράς των ιόντων στον διαλύτη, καθιστώντας τη διεργασία θερμοδυναμικά ευνοϊκή.