Ποιες συνθήκες είναι πιο πιθανό να οδηγήσουν σε αυθόρμητη χημική αντίδραση ή διαδικασία στην εξίσωση ελεύθερης ενέργειας Gibbs που είναι ΔG ΔH TΔS;
* αρνητική ΔG: Μια αυθόρμητη αντίδραση θα έχει αρνητική αλλαγή ενέργειας Gibbs (ΔG <0). Αυτό σημαίνει ότι τα προϊόντα έχουν χαμηλότερη ελεύθερη ενέργεια από τα αντιδραστήρια.
παράγοντες που οδηγούν σε αρνητικό ΔG:
1. Εξοθερμικές αντιδράσεις (ΔH <0): Οι αντιδράσεις που απελευθερώνουν τη θερμότητα (αρνητική αλλαγή ενθαλπίας) συμβάλλουν στον αυθορμητισμό. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το σύστημα χάνει ενέργεια, καθιστώντας τα προϊόντα πιο σταθερά.
2. αυξημένη εντροπία (ΔS> 0): Οι αντιδράσεις που αυξάνουν τη διαταραχή ή την τυχαία (θετική αλλαγή εντροπίας) ευνοούν επίσης τον αυθορμητισμό. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα προϊόντα έχουν περισσότερες πιθανές ρυθμίσεις από τα αντιδραστήρια, καθιστώντας τα πιο πιθανή.
Ας αναλύσουμε την εξίσωση:
* ΔH (ενθαλπία): Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ένα αρνητικό ΔH (εξωθερμική) ευνοεί τον αυθορμητισμό.
* t (θερμοκρασία): Η θερμοκρασία διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο. Μια υψηλότερη θερμοκρασία ενισχύει την επίδραση της εντροπίας.
* ΔS (εντροπία): Ένα θετικό ΔS (αύξηση της διαταραχής) ευνοεί τον αυθορμητισμό.
Εδώ είναι πώς αλληλεπιδρούν αυτοί οι παράγοντες:
* Εξοθερμικές αντιδράσεις με αυξανόμενη εντροπία (ΔH <0, ΔS> 0): Αυτές οι αντιδράσεις είναι πάντα αυθόρμητες σε όλες τις θερμοκρασίες.
* ενδοθερμικές αντιδράσεις με αυξανόμενη εντροπία (ΔH> 0, ΔS> 0): Αυτές οι αντιδράσεις γίνονται αυθόρμητες σε υψηλές θερμοκρασίες. Ο θετικός όρος εντροπίας γίνεται μεγαλύτερος από τον θετικό ενθαλπία, με αποτέλεσμα αρνητικό ΔG.
* εξωθερμικές αντιδράσεις με μειωμένη εντροπία (ΔH <0, ΔS <0): Αυτές οι αντιδράσεις είναι αυθόρμητες σε χαμηλές θερμοκρασίες. Ο αρνητικός όρος ενθαλπίας κυριαρχεί στον αρνητικό όρο εντροπίας.
* ενδοθερμικές αντιδράσεις με μειωμένη εντροπία (ΔH> 0, ΔS <0): Αυτές οι αντιδράσεις δεν είναι ποτέ αυθόρμητες. Τόσο οι όροι ενθαλπίας όσο και εντροπίας συμβάλλουν σε ένα θετικό ΔG.
Συνοπτικά, μια αντίδραση είναι πιο πιθανό να είναι αυθόρμητη όταν:
* απελευθερώνει θερμότητα (εξωθερμική, ΔH <0).
* αυξάνει τη διαταραχή (θετική εντροπία, ΔS> 0)
* Η θερμοκρασία είναι αρκετά υψηλή για να ξεπεραστεί οποιαδήποτε δυσμενή αλλαγή ενθαλπίας (για ενδοθερμικές αντιδράσεις).
Λάβετε υπόψη ότι η εξίσωση Gibbs Free Energy παρέχει μια θερμοδυναμική πρόβλεψη του αυθορμητισμού. Άλλοι παράγοντες, όπως η κινητική της αντίδρασης, μπορούν επίσης να επηρεάσουν τον ρυθμό με τον οποίο συμβαίνει μια αντίδραση.
