Факторы, определяющие направленность процессов

Как уже отмечалось, чаще всего встречаются изобарно-изотермические процессы, поэтому остановимся подробнее на анализе уравнения Δ G = Δ Н – Т Δ S. Величина изменения энергии Гиббса складывается из энтальпийной составляющей Δ Н и энтропийной составляющей Т Δ S. Каждая из величин отражает влияние определенного фактора на возможность самопроизвольного протекания реакции.

Первый фактор – энергетический.

Из уравнения следует, что величина Δ G тем отрицательнее, чем отрицательнее Δ Н. Следовательно, самопроизвольному протеканию реакции способствует ее экзотермичность.

Второй фактор – структурный.

Из уравнения видно, что величина Δ G тем отрицательнее, чем положительнее Δ S. Следовательно, самопроизвольному протеканию процесса способствует увеличение неупорядоченности в системе.

Величина Δ G является как бы равнодействующей этих двух факторов. В зависимости от соотношения величин Δ Н и Т Δ S возможны следующие случаи:

Случай 1. Δ Н < 0, Δ S > 0. Оба фактора благоприятны и независимо от величин Δ Н, Δ S и Т процесс протекает в прямом направлении.

Случай 2. Δ Н > 0, Δ S < 0, т.е. оба фактора неблагоприятны. Независимо от абсолютных величин Δ Н, Δ S и Т процесс может протекать только в обратном направлении.

Случай 3. Δ Н > 0, Δ S > 0. Реакция будет протекать в прямом направлении, только если благоприятный фактор будет превышать неблагоприятный, то есть если | Т Δ S | > |Δ Н |. Понятно, что самопроизвольному протеканию процесса должно способствовать повышение температуры.

Случай 4. Δ Н < 0, Δ S < 0. В данном случае условие самопроизвольного течения реакции |Δ Н | > | Т Δ S |. Такие реакции протекают обычно при низких температурах.

Заключение

Термодинамика основана на двух законах (началах). Первый закон термодинамики представляет собой закон сохранения энергии и устанавливает взаимосвязь между количеством поглощенной теплоты, изменением внутренней энергии и совершаемой системой механической работы.

Термохимия – учение о тепловых эффектах химических реакций. Измерение тепловых эффектов проводится с помощью калориметра. В тех случаях, когда измерение теплового эффекта затруднено, он может быть рассчитан по следствиям из закона Гесса.

Второй закон термодинамики определяет направление самопроизвольного протекания процессов и закономерности химического равновесия.

Самопроизвольной называется химическая реакция, протекающая без какого-либо внешнего воздействия. Термодинамические расчеты позволяют предсказать, может ли данная реакция протекать самопроизвольно. В зависимости от условий, при которых происходит реакция, критериями самопроизвольного протекания являются:

Δ S > 0 - в изолированной системе;

Δ G < 0 - при постоянных температуре и давлении.

Направление процесса, протекающего в изобарно-изотермических условиях, определяется двумя факторами: энергетическим (тепловой эффект) и структурным (изменение энтальпии). Самопроизвольному протеканию процесса способствует Δ Н < 0, Δ S > 0. Если один из этих факторов является неблагоприятным (Δ Н > 0 или Δ S < 0), направление процесса определяется тем, какой из факторов преобладает.

Таким образом, в лекции рассмотрены вопросы, касающиеся определения принципиальной возможности химической реакции, но мы не касались вопроса об их скорости. Некоторые реакции, с точки зрения термодинамики, должны протекать полностью, но превращение веществ происходит бесконечно долго. От чего зависит скорость химической реакции, будет рассмотрено в следующей лекции.