Przeczytaj
Czy można przewidzieć, czy reakcja będzie zachodzić samorzutnie, czy w sposób wymuszony?
Rozpatrując dany układ pod względem samorzutności zachodzących w nim reakcji, należy wziąć pod uwagę dwa konkurujące ze sobą czynniki, które determinują wszystkie procesy zachodzące we wszechświecie. Czynnik entropowy (entropia, Sentropia, S) to dążenie układu do wzrostu ilości produktów w stosunku do ilości substratów. Jego konsekwencją jest rozpad związku chemicznego na atomy i osiągnięcie możliwie jak największej różnorodności sposobów podziału energii pomiędzy powstającymi drobinami. Czynnik energetyczny (entalpia, deltaHentalpia, deltaH) z kolei to tendencja malejącej energii, a więc łączenia się atomów w cząsteczki. Aby móc przewidzieć, czy reakcja będzie zachodzić samorzutnie, czy w sposób wymuszony, należy posłużyć się wielkością, która zawiera w sobie zarówno zmianę entalpii, jak i zmianę entropii. Jest to entalpia swobodnaentalpia swobodna (funkcja Gibbsa), której zmiana wyrażana jest wzorem:
gdzie:
deltaG – zmiana entalpii swobodnej (funkcji Gibbsa) [];
deltaH - zmiana entalpii [];
deltaS – zmiana entropii [];
T – temperatura [K].
Jeżeli:
ΔG < 0 – proces zachodzi samorzutnie
Samorzutnie biegną wszystkie reakcje egzotermiczne, które charakteryzują się dodatnimi zmianami entropii. W sposób wymuszony będzie przebiegała reakcja w kierunku przeciwnym.
ΔG > 0 – proces jest wymuszony
W takich reakcjach przebieg samorzutny jest niemożliwy. W szczególności należą do nich reakcje endotermiczne, przebiegające ze zmniejszaniem się entropii. Samorzutnie będzie przebiegała reakcja w kierunku przeciwnym.
ΔG = 0 – układ jest w stanie równowagi termodynamicznej
W takim układzie nie obserwuje się przebiegu reakcji chemicznej, a zmiany entalpii procesu są równoważne zmianom entropii.
Jakie procesy zachodzą samorzutnie?
Proces samorzutnyProces samorzutny jest naturalnym procesem, który zachodzi bez wykonania pracy nad układem. Innymi słowy, nie jest potrzebny żaden zewnętrzny bodziec, aby przemiana samorzutna zaszła. Jednak mogą to być procesy zachodzące bardzo powoli, przez co może nam się wydawać, że nie zachodzą.
Jakie procesy zachodzą niesamorzutnie?
Proces wymuszony,Proces wymuszony, czyli inaczej przemiana niesamorzutna, następuje tylko w obecności zewnętrznego bodźca. Oznacza to, że aby zaszedł tego typu proces, nad układem musi zostać wykonana praca. Dla procesów tych charakterystyczna jest dodatnia wartość . Z kolei o samorzutności procesu informuje zmniejszająca się wartość entalpii swobodnej. Wartośc , oraz temperatury powinny być takie, aby wartość była ujemna.
Procesy niesamorzutne są możliwe wtedy, gdy do układu dostarczy się energię, w konsekwencji czego entalpia swobodna układu rośnie ( ma wartość dodatnią).
czynnik entalpowy ∆H | czynnik entropowy ∆S | zmiana entalpii swobodnej ∆G | temperatura | proces |
|---|---|---|---|---|
∆H < 0 | ∆S > 0 | dla każdego ∆H i ∆S ∆G < 0 | dowolna | samorzutny – zachodzi dzięki zmianie entropii i entalpii we wszystkich temperaturach |
∆H < 0 | ∆S < 0 | |∆H| > |T∆S| ∆G < 0 | niska | samorzutny tylko w niskich temperaturach – uwarunkowany wyłącznie zmianą entalpii |
∆G > 0 | wysoka | niesamorzutny | ||
∆H > 0 | ∆S > 0 | ∆G > 0 | niska | niesamorzutny |
|∆H| < |T∆S| ∆G < 0 | wysoka | samorzutny tylko w wysokich temperaturach – uwarunkowany wyłącznie zmianą entropii | ||
∆H > 0 | ∆S < 0 | ∆G > 0 | dowolna | niesamorzutny – niezależnie od temperatury |
Słownik
naturalny proces, który zachodzi bez wykonania pracy nad układem; nie jest potrzebny żaden zewnętrzny bodziec, aby przemiana samorzutna zaszła
inaczej przemiana niesamorzutna, następuje tylko w obecności zewnętrznego bodźca – aby zaszedł tego typu proces, do układu musi zostać dostarczona energia
efekt cieplny reakcji; zmiana entalpii jest oznaczana jako deltaH; jeżeli deltaH < 0, to proces jest egzotermiczny (układ oddaje ciepło do otoczenia), a jeżeli deltaH > 0, to proces jest endotermiczny (układ przyjmuje ciepło od otoczenia)
(funkcja, energia Gibbsa) miara samorzutności procesu (deltaG); jeśli deltaG < 0, to proces zachodzi samorzutnie, jeśli deltaG > 0, to proces jest wymuszony, a jeśli deltaG = 0 – układ jest w stanie równowagi, czyli procesy zachodzą w obu kierunkach
(gr. entropḗ „zwrócenie się”, „obrót”) fizyczna miara stopnia nieuporządkowania, nieuporządkowania układu, oznaczana jako S
Bibliografia
Inżynieria Biomedyczna. Wykład V, online: http://home.agh.edu.pl/%7Eradecka/doc/IB_wyk5_15.pdf, dostęp 21.05.2021.
Jóźwiak M., Kilka słów o entropii, online: http://www.chemia.uni.lodz.pl/acch/entropia1.pdf, dostęp: 21.05.2021.
Gumiński K., Podstawy termodynamiki fenomenologicznej, http://www2.chemia.uj.edu.pl/%7Ekozyra/dydaktyka/warsztat/termod_kg.html