Химическое сродство

При решении задач этого раздела см. табл.4 приложения.

Самопроизвольно могут протекать реакции, сопровождающиеся не только выделением, но и поглощением теплоты.

Реакция, идущая при данной температуре с выделением теплоты, при другой температуре идет в обратном направлении, т.е. с поглощением теплоты. Здесь проявляется диалектический закон единства и борьбы противоположностей. С одной стороны, система стремится к упорядочению (агрегации), уменьшению Н, с другой стороны, система стремится к беспорядку (дезагрегации). Первая тенденция растет с понижением температуры, а вторая растет с повышением температуры. Тенденцию к беспорядку характеризует величина, которую называют энтропией.

Энтропия S, так же как внутренняя энергия U, энтальпия Н, объем V и др., является свойством вещества, пропорциональным его количеству. S, U, H, V обладают аддитивными свойствами, т.е. при соприкосновении систем суммируются. Энтропия отражает движение частиц вещества и является мерой неупорядоченности системы. Она возрастает с увеличением движения частиц: при нагревании, испарении, плавлении, расширении газа, при ослаблении или разрыве связей между атомами и т.п. Процессы, связанные с упорядоченностью системы: конденсация, сжатие, упрочнение связей, полимеризация и т.п. – ведут к уменьшению энтропии. Энтропия является функцией состояния, т.е. ее изменение ΔSзависит только от начального S₁ и конечного S₂состояния и не зависит от пути процесса

ΔS =Σn_iS _прод – Σn_jS _исход

ΔS = S₂ – S₁. Если S₂ > S₁,то S₁> 0. Если S₂ < S₁,то S₁< 0.

Так как энтропия растет с повышением температуры, то можно считать, что мера беспорядка ≈ТΔS.Энтропия выражается в Дж/моль∙К.Таким образом, движущая сила процесса складывается из двух сил: стремление к упорядочению Н и стремление к беспорядку ТS. При Р = const и Т = constобщую движущую силу процесса, которую обозначают ΔG, можно найти из соотношения:

ΔG = (Н₂ – Н₁) – (ТS₂ – ТS₁) = ΔН – ТΔS;

ΔG = ΔН – ТΔS.

Величина G называется изобарно-изотермическим потенциалом, или энергией Гиббса. Итак, мерой химического сродства является убыль G потенциала или ΔG, которая зависит от природы вещества, его количества и от температуры. Энергия Гиббса является функцией состояния, поэтому

ΔG =Σn_iG _прод – Σn_jG _исход.

Самопроизвольно протекающие процессы идут в сторону уменьшения любого потенциала и, в частности, в сторону уменьшения ΔG. Если ΔG < 0– процесс принципиально возможен, если ΔG > 0– процесс самопроизвольно проходить не может. Чем меньше ΔG, тем сильнее стремление к протеканию данного процесса и тем дальше он от состояния равновесия, при котором ΔG = 0и ΔG = ТΔS.

Из соотношения ΔG = ΔН – ТΔSвидно, что самопроизвольно могут протекать и процессы, для которых ΔН > 0(эндотермические). Это возможно, когда ΔS > 0, но | ТΔS| > |ΔН|, и тогда ΔG < 0. С другой стороны, экзотермические реакции (ΔН <0)самопроизвольно не протекают, если при ΔS < 0 окажется, что ΔG > 0.

Пример 1. Что имеет большую энтропию: 1 моль кристаллического вещества или 1 моль его паров при той же температуре?