Ποια είναι η σχέση μεταξύ της ενθαλπίας (Η) και της εντροπίας μιας αντίδρασης που ποτέ δεν αυθόρμητη;
Βασικές έννοιες
* αυθόρμητες αντιδράσεις: Αυτές οι αντιδράσεις εμφανίζονται χωρίς εξωτερική είσοδο ενέργειας. Ευνοούνται από τους νόμους της θερμοδυναμικής.
* Gibbs Free Energy (G): Αυτό το θερμοδυναμικό δυναμικό προβλέπει τον αυθορμητισμό μιας αντίδρασης.
* ΔG <0: Η αντίδραση είναι αυθόρμητη (ευνοείται)
* ΔG> 0: Η αντίδραση είναι μη προσωπική (δεν ευνοείται)
* ΔG =0: Η αντίδραση είναι σε ισορροπία
* Ενθαλπία (h): Αντιπροσωπεύει την αλλαγή θερμότητας μιας αντίδρασης.
* ΔH <0: Εξαιρία αντίδραση (απελευθερώνει θερμότητα)
* ΔH> 0: Η ενδοθερμική αντίδραση (απορροφά τη θερμότητα)
* εντροπία: Μετρά τη διαταραχή ή την τυχαιότητα ενός συστήματος.
* ΔS> 0: Αύξηση της διαταραχής
* ΔS <0: Μείωση της διαταραχής
Η σχέση
Η εξίσωση ελεύθερης ενέργειας Gibbs συνδέει την ενθαλπία, την εντροπία και τη θερμοκρασία για τον προσδιορισμό του αυθορμητισμού:
ΔG =ΔH - TΔS
* t: Θερμοκρασία στο Kelvin.
Για μια αντίδραση που δεν είναι ποτέ αυθόρμητη (ΔG> 0), μία από τις ακόλουθες συνθήκες πρέπει να ισχύει:
1. δυσμενή ενθαλπία και εντροπία: Η αντίδραση είναι τόσο ενδοθερμική (ΔH> 0) και έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της εντροπίας (ΔS <0). Αυτό σημαίνει ότι η αντίδραση απαιτεί εισροή ενέργειας και γίνεται πιο διατεταγμένη, καθιστώντας την μη-άποψη σε όλες τις θερμοκρασίες.
2. Ευνοϊκή ενθαλπία αλλά δυσμενή εντροπία: Η αντίδραση είναι εξωθερμική (ΔH <0), αλλά η αλλαγή εντροπίας είναι αρνητική (ΔS <0). Αυτό σημαίνει ότι η αντίδραση απελευθερώνει τη θερμότητα αλλά γίνεται πιο διατεταγμένη. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, ο όρος ενθαλπίας (ΔH) μπορεί να κυριαρχήσει, καθιστώντας την αντίδραση αυθόρμητη. Ωστόσο, σε υψηλές θερμοκρασίες, ο όρος εντροπίας (TΔS) καθίσταται πιο σημαντικός και η αντίδραση καθίσταται μη-αδυναμία.
3. δυσμενή ενθαλπία αλλά ευνοϊκή εντροπία: Η αντίδραση είναι ενδοθερμική (ΔH> 0) αλλά έχει θετική αλλαγή εντροπίας (ΔS> 0). Αυτό σημαίνει ότι η αντίδραση απορροφά τη θερμότητα και γίνεται πιο διαταραγμένη. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, κυριαρχεί ο όρος ενθαλπίας (ΔH), καθιστώντας την αντίδραση μη-αδρανών. Ωστόσο, σε υψηλές θερμοκρασίες, ο όρος εντροπίας (TΔS) γίνεται πιο σημαντικός και η αντίδραση θα μπορούσε ενδεχομένως να γίνει αυθόρμητη.
Παράδειγμα:
Εξετάστε μια αντίδραση που σχηματίζει ένα πολύ διατεταγμένο κρυσταλλικό στερεό από τα συστατικά του στοιχεία. Αυτή η αντίδραση είναι πιθανώς ενδοθερμική (ΔH> 0) και έχει μείωση της εντροπίας (ΔS <0). Επειδή τόσο η ενθαλπία όσο και η εντροπία είναι δυσμενή, η αντίδραση θα έχει πάντα μια θετική ενέργεια ελεύθερης ενέργειας Gibbs (ΔG> 0) και δεν θα είναι ποτέ αυθόρμητη.
Συνοπτικά: Για να είναι μια αντίδραση μη-νησί, είτε οι αλλαγές ενθαλπίας και εντροπίας πρέπει να είναι δυσμενείς, είτε η δυσμενή αλλαγή ενθαλπίας πρέπει να κυριαρχεί σε σχέση με την ευνοϊκή αλλαγή εντροπίας σε όλες τις σχετικές θερμοκρασίες.
