Ποια είναι η σχέση μεταξύ της ενθαλπίας H και της εντροπίας S μιας αντίδρασης που αυθόρμητη σε υψηλότερες θερμοκρασίες αλλά όχι χαμηλότερες θερμοκρασίες;
Κατανόηση του αυθορμητισμού
* αυθόρμητες αντιδράσεις είναι αυτά που συμβαίνουν φυσικά χωρίς εξωτερική παρέμβαση. Είναι θερμοδυναμικά ευνοούνται.
* ΜΗ ΣΤΟΜΕΝΟ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ απαιτούν εισροή ενέργειας για να προχωρήσουν.
Gibbs Free Energy (G)
Ο αυθορμητισμός μιας αντίδρασης καθορίζεται από την Gibbs Free Energy Change (ΔG), η οποία συνδυάζει ενθαλπία και εντροπία:
* ΔG =ΔH - TΔS
Οπου:
* ΔG:Αλλαγή στην ελεύθερη ενέργεια Gibbs (αρνητική για αυθόρμητες αντιδράσεις)
* ΔH:Αλλαγή στην ενθαλπία (αλλαγή θερμότητας)
* T:Θερμοκρασία στο Kelvin
* ΔS:Αλλαγή στην εντροπία (αλλαγή στη διαταραχή)
Επεξήγηση για αυθορμητικότητα υψηλότερης θερμοκρασίας
* ενδοθερμικές αντιδράσεις (ΔH> 0): Η αντίδραση απορροφά τη θερμότητα από το περιβάλλον.
* αντιδράσεις εντροπίας (ΔS> 0): Η αντίδραση οδηγεί σε αύξηση της διαταραχής.
Για να είναι μια αντίδραση αυθόρμητη σε υψηλότερες θερμοκρασίες αλλά όχι σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, οι ακόλουθες συνθήκες πρέπει να έχουν:
1. ΔH> 0 (endothermic): Η αντίδραση απαιτεί εισροή θερμότητας.
2. ΔS> 0 (αύξηση εντροπίας): Η αντίδραση γίνεται πιο διαταραγμένη.
Πώς η θερμοκρασία επηρεάζει τον αυθορμητισμό
* σε χαμηλότερες θερμοκρασίες: Ο όρος ενθαλπίας (ΔH) κυριαρχεί στην εξίσωση ελεύθερης ενέργειας Gibbs. Δεδομένου ότι το ΔH είναι θετικό, το ΔG θα είναι επίσης θετικό, καθιστώντας την αντίδραση μη-αδρανών.
* σε υψηλότερες θερμοκρασίες: Ο όρος εντροπίας (TΔS) γίνεται πιο σημαντικός. Δεδομένου ότι το ΔS είναι θετικό, ο όρος TΔS γίνεται αρκετά μεγάλος για να ξεπεράσει το θετικό ΔH, καθιστώντας το ΔG αρνητικό και την αντίδραση αυθόρμητη.
Παράδειγμα:
Η τήξη του πάγου είναι ένα καλό παράδειγμα.
* ΔH> 0 (endothermic): Απαιτείται θερμότητα για να λιώσει τον πάγο.
* ΔS> 0 (αύξηση εντροπίας): Το υγρό νερό είναι πιο διαταραγμένο από τον συμπαγές πάγο.
Σε χαμηλές θερμοκρασίες, ο όρος της ενθαλπίας κυριαρχεί, καθιστώντας το πάγο να λιώνει μη οπτικά. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες, ο όρος εντροπίας γίνεται πιο σημαντικός, καθιστώντας την αυθόρμητη τήξη.
Συνοπτικά
Για μια αντίδραση να είναι αυθόρμητη σε υψηλότερες θερμοκρασίες αλλά όχι σε χαμηλότερες θερμοκρασίες:
* Πρέπει να είναι endothermic (ΔH> 0) , που σημαίνει ότι απορροφά τη θερμότητα.
* Πρέπει να οδηγήσει σε μια αύξηση στην εντροπία (ΔS> 0) , που σημαίνει ότι γίνεται πιο διαταραγμένη.
Ο όρος εντροπίας γίνεται όλο και πιο σημαντικός καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, τελικά ξεπερνώντας τον όρο ενθαλπίας και καθιστώντας την αντίδραση αυθόρμητη.
