Направленность физико – химических процессов

Большинство процессов представляют собой два одновременно происходящих явления: передачу энергии и изменение в упорядоченности расположения частиц относительно друг друга. Частицам (молекулам, атомам, ионам) присуще стремление к беспорядочному движению, поэтому система стремится перейти из более упорядоченного состояния в менее упорядоченного. Так, если, например, баллон с газом соединить с сосудом, то газ из баллона будет распределяться по всему объему сосуда. При этом система из более упорядоченного состояния (с меньшим беспорядком) переходит в состояние менее упорядоченное (с большим беспорядком). Количественной мерой беспорядка является энтропия S.

Энтропия системы зависит от:

1. Объема системы. Чем больше объем, тем больше энтропия.

2. Давления. Чем больше давление, тем объем системы меньше, тем меньше энтропия.

3. Температуры. Чем больше температура, тем более беспорядочно двигаются молекулы, тем энтропия выше. При увеличении температуры, энтропия постоянно увеличивается. При уменьшении температуры энтропия уменьшается и при абсолютном 0 энтропия равна 0.

4. Агрегатного состояния вещества. S_газа >> S_{жидкости} > S_{твердого вещества.} При плавлении и кипении энтропия изменяется скачком.

5. От природы вещества. S_{графита} > S_алмаза.

6. От сложности молекул. Чем сложнее молекула, тем больше энтропия.

Для всех веществ энтропия всегда положительна. Для большинства веществ энтропия измерена и рассчитана и занесена в справочники.

Самопроизвольно, т.е. без затраты энергии извне, система может переходить только из менее устойчивого состояния в более устойчивое состояние. В химических процессах одновременно действуют 2 тенденции: 1) стремление частиц объединиться за счет прочных связей в более сложные, что уменьшает энтальпию системы и, 2) стремление частиц разъединиться, что увеличивает энтропию. Суммарный эффект этих двух противоположных тенденций в процессах, протекающих при постоянных температуре и давлении, отражает изменение энергии Гиббса G: . Характер изменения энергии Гиббса позволяет судить о принципиальной возможности или невозможности осуществления процесса. Условием принципиальной возможности процесса является неравенство DG < 0. Иными словами, самопроизвольно протекают реакции, если энергия Гиббса в исходном состоянии системы больше, чем в конечном. Увеличение энергии Гиббса DG > 0 свидетельствует о невозможности самопроизвольного осуществления процесса в данных условиях. Если же DG = 0, то система находится в состоянии химического равновесия.

Термодинамика может решить вопрос не только о том, может ли протекать данная реакция, но и обратима она или нет. Все реакции и физические процессы можно разделить на 4 типа:

1. Процессы, идущие с выделением тепла (Q > 0, Þ DН < 0) и увеличением энтропии (DS > 0). Определим знак DG. DG= DН (-) - Т(+)DS(+) в сумме -ТDS дает (-) Þ DG < 0. Этот процесс всегда может протекать и поэтому он является практически необратимым.

2. Процессы, идущие с выделением тепла (Q > 0, Þ DН <0), но уменьшением энтропии (DS < 0). Определим знак DG. DG= DН (-) - Т(+)DS(-) в сумме -ТDS дает (+) Þ DG зависит от температуры. При низких значениях температуры |DН| > |ТDS| Þ DG < 0 и процесс может протекать самопроизвольно в прямом направлении. При высоких значениях температуры |DН| < |ТDS| Þ DG > 0 и прямой процесс протекать не может, но обратный процесс может протекать самопроизвольно. Данные процессы являются обратимыми, и прямые процессы протекают при низких температурах.

3. Процессы, идущие с поглощением тепла (Q < 0, Þ DН > 0) и уменьшением энтропии (DS < 0). Определим знак DG. DG= DН (+) - Т(+)DS(-) в сумме -ТDS дает (+) Þ DG > 0 и такой процесс самопроизвольно протекать не может. . Самопроизвольно могут протекать обратные процессы.

4. Процессы, идущие с поглощением тепла (Q < 0, Þ DН > 0) и увеличением энтропии (DS > 0). Определим знак DG. DG= DН (+) - Т(+)DS(+) в сумме -ТDS дает (-) Þ DG зависит от температуры. При низких значениях температуры |DН| > |ТDS| Þ DG > 0 и прямой процесс протекать не может. При высоких значениях температуры |DН| < |ТDS| Þ DG < 0 и процесс может протекать самопроизвольно в прямом направлении. .

Таким образом, величина DG показывает, может ли процесс протекать самопроизвольно, а величины DН и DS показывают, является ли данный процесс обратимым или нет.

Дата добавления: 2014-09-26; просмотров: 285; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!