Πώς βοηθά ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής για να εξηγήσει τη διάχυση μιας ουσίας σε όλη τη μεμβράνη;
1. Κλίση συγκέντρωσης και εντροπία:
* Μια κλίση συγκέντρωσης αντιπροσωπεύει μια κατάσταση χαμηλότερη εντροπία . Τα μόρια στο πλάι της μεμβράνης με υψηλότερη συγκέντρωση είναι πιο διατεταγμένα, ενώ εκείνα στο πλάι με χαμηλότερη συγκέντρωση είναι περισσότερο διασκορπισμένα.
* Η διάχυση τείνει στην αύξηση της εντροπίας Με μετακινούμενα μόρια από μια περιοχή υψηλής συγκέντρωσης σε μια περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης. Αυτό δημιουργεί μια πιο ομοιόμορφα κατανεμημένη, λιγότερο διατεταγμένη κατάσταση.
2. Αυθόρμητη κίνηση:
* Ο δεύτερος νόμος υπαγορεύει ότι οι διαδικασίες συμβαίνουν αυθόρμητα εάν οδηγήσουν σε αύξηση της συνολικής εντροπίας του συστήματος.
* Η διάχυση σε μια μεμβράνη είναι μια αυθόρμητη διαδικασία επειδή έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της εντροπίας. Τα μόρια γίνονται πιο διαταραγμένα και το συνολικό σύστημα γίνεται πιο τυχαίο.
3. Δωρεάν ενέργεια:
* Ο δεύτερος νόμος μπορεί να εκφραστεί από την άποψη της ελεύθερης ενέργειας, η οποία είναι η διαθέσιμη ενέργεια για εργασία. Ένα σύστημα θα κινηθεί αυθόρμητα προς μια κατάσταση χαμηλότερης ελεύθερης ενέργειας.
* Σε διάχυση, η ελεύθερη ενέργεια του συστήματος μειώνεται καθώς η κλίση συγκέντρωσης διαχέεται, καθιστώντας τη διαδικασία ευνοϊκή.
4. Μεμβράνες και εμπόδια:
* Οι μεμβράνες μπορούν να λειτουργήσουν ως εμπόδια στη διάχυση, αλλά δεν το εμποδίζουν εντελώς.
* Ο δεύτερος νόμος εξακολουθεί να ισχύει, αλλά ο ρυθμός διάχυσης επηρεάζεται από παράγοντες όπως η διαπερατότητα της μεμβράνης, το μέγεθος των μορίων και το μέγεθος της κλίσης της συγκέντρωσης.
Συνοπτικά:
Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής, με τα συστήματα οδήγησης προς την αυξημένη εντροπία, εξηγεί γιατί η διάχυση σε μια μεμβράνη συμβαίνει αυθόρμητα. Ευνοεί την κίνηση των μορίων από περιοχές υψηλής συγκέντρωσης σε χαμηλή συγκέντρωση, με αποτέλεσμα μια πιο διαταραγμένη και λιγότερο ενεργητική κατάσταση.
