Πώς επηρεάζει η θερμοκρασία τον αυθορμητισμό μιας αντίδρασης;
Gibbs Free Energy and Spontonity:
* Gibbs Free Energy (ΔG): Αυτή η θερμοδυναμική ποσότητα καθορίζει εάν μια αντίδραση θα συμβεί αυθόρμητα.
* ΔG <0: Η αντίδραση είναι αυθόρμητη (ευνοείται) υπό τις δεδομένες συνθήκες.
* ΔG> 0: Η αντίδραση είναι μη προσωπική (δεν ευνοείται).
* ΔG =0: Η αντίδραση είναι σε ισορροπία.
Η σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας, της ενθαλπίας και της εντροπίας:
Η εξίσωση ελεύθερης ενέργειας Gibbs συνδέει τη θερμοκρασία, την ενθαλπία και την εντροπία:
ΔG =ΔH - TΔS
όπου:
* ΔH: Αλλαγή στην ενθαλπία (απορροφάται η θερμότητα ή απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης)
* t: Θερμοκρασία στο Kelvin
* ΔS: Αλλαγή στην εντροπία (αλλαγή διαταραχής ή τυχαιότητας)
Πώς η θερμοκρασία επηρεάζει τον αυθορμητισμό:
* εξωθερμικές αντιδράσεις (ΔH <0): Η θερμότητα απελευθερώνεται.
* αύξηση της θερμοκρασίας: Αυτό καθιστά τον όρο -Τδ πιο αρνητικό, ευνοώντας τον αυθορμητισμό.
* μείωση της θερμοκρασίας: Αυτό καθιστά τον όρο -TΔS λιγότερο αρνητικό, ενδεχομένως καθιστώντας την αντίδραση μη -αδρανών.
* ενδοθερμικές αντιδράσεις (ΔH> 0): Η θερμότητα απορροφάται.
* αύξηση της θερμοκρασίας: Αυτό καθιστά τον όρο -TΔS πιο αρνητικό, καθιστώντας την αντίδραση πιο πιθανό να είναι αυθόρμητη.
* μείωση της θερμοκρασίας: Αυτό καθιστά τον όρο -TΔS λιγότερο αρνητικό, καθιστώντας την αντίδραση λιγότερο πιθανό να είναι αυθόρμητη.
Ο ρόλος της εντροπίας:
* Αύξηση στην εντροπία (ΔS> 0): Τα προϊόντα είναι πιο διαταραγμένα από τα αντιδραστήρια.
* Υψηλότερη θερμοκρασία: Κάνει το -TΔS να είναι πιο αρνητικό, ευνοώντας τον αυθορμητισμό.
* Μείωση στην εντροπία (ΔS <0): Τα προϊόντα είναι πιο διατεταγμένα από τα αντιδραστήρια.
* χαμηλότερη θερμοκρασία: Κάνει το -TΔS όρο λιγότερο αρνητικό, ενδεχομένως να κάνει την αντίδραση μη -άποψη.
Περίληψη:
* Ο αυθορμμισμός ευνοείται από:
* Εξοθερμικές αντιδράσεις σε χαμηλότερες θερμοκρασίες
* ενδοθερμικές αντιδράσεις σε υψηλότερες θερμοκρασίες
* αντιδράσεις με αύξηση της εντροπίας (διαταραχή) σε υψηλότερες θερμοκρασίες
* Ο αυθορμητισμός παρεμποδίζεται από:
* Εξοθερμικές αντιδράσεις σε υψηλότερες θερμοκρασίες
* ενδοθερμικές αντιδράσεις σε χαμηλότερες θερμοκρασίες
* Αντιδράσεις με μείωση της εντροπίας (σειρά) σε υψηλότερες θερμοκρασίες
Παράδειγμα:
Η τήξη του πάγου είναι μια ενδοθερμική διαδικασία (ΔH> 0) με αύξηση της εντροπίας (ΔS> 0). Είναι μόνο αυθόρμητο σε θερμοκρασίες άνω των 0 ° C (273 K) επειδή ο όρος -TΔS γίνεται πιο αρνητικός σε υψηλότερες θερμοκρασίες, ξεπερνώντας το θετικό ΔH.
Συμπερασματικά, η επίδραση της θερμοκρασίας στον αυθορμητισμό είναι πολύπλοκη, ανάλογα με τις αλλαγές ενθαλπίας και εντροπίας της αντίδρασης. Είναι σημαντικό να εξεταστεί τόσο η ενθαλπία όσο και η εντροπία, μαζί με τη θερμοκρασία, για να προβλέψουμε εάν μια αντίδραση θα προχωρήσει αυθόρμητα.
