Энтальпийный и энтропийный фактор

Энтальпийный и энтропийный фактор действуют независимо друг от друга и могут направлять процесс в противоположные стороны.

Так, при образовании химических связей выделяется тепло, ∆Н˂0, энтальпийный фактор способствует протеканию этого процесса, однако при этом понижается неупорядоченность системы (∆S˂0), то есть энтропийный фактор препятствует образованию связей.

Чтобы определить направление протекания процесса, то есть преобладание энтропии или энтальпии, необходимо установить изменение изобарно-изотермического потенциала, называется энергией Гиббса (∆G), которая включает в себя два этих фактора: ∆G=∆Нох. р-Т∆Sох. р

Используя ∆G можно сделать вывод о возможности самопроизвольного протекания процесса в изобарно-изотермических условиях.

Самопроизвольно протекают процессы, в которых ∆G уменьшается, то есть ∆G˂0. Если ∆G˃0, реакция может протекать только в сторону образования исходных веществ. Если ∆G=0, в системе наступает динамическое равновесие, начинается обратимая реакция, у которой скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.

Например, для процесса превращения лед→вода ∆Н˃0, следовательно, энтальпийный фактор способствует протеканию этого процесса влево. Но, так как вода имеет более неупорядоченную структуру, чем лед, энтропийный фактор способствует протеканию этого процесса вправо (∆S˃0).

Из выражения ∆G=∆Нох. р-Т∆Sох. р следует, что при низких температурах

∆Gлед→вода будет больше нуля, следовательно, процесс будет идти в обратном направлении, то есть из воды будет образовываться лед. При высоких температурах (-Т∆Sох. р) будет больше ∆Нох. р и ∆Gлед→вода будет меньше нуля, следовательно, из льда будет получаться вода.

При определенной температуре оба фактора уравновешиваются и ∆Нох. р=Т∆Sох. р и ∆G =0, система находится в равновесии. Эту температуру называют равновесной.

Рассмотрим реакцию получения аммиака N2(г)+3H2(г)↔2NH3(г); ∆Н˂0. Поскольку реакция образования аммиака (прямая) идет с выделением тепла (экзотермическая), то энтальпийный фактор способствует процессу образования аммиака. Однако в процессе прямой реакции уменьшается число молекул, следовательно, энтропия уменьшается и энтропийный фактор способствует процессу разложения аммиака, то есть протеканию обратной реакции, влево. При низких температурах реакция образования аммиака протекает самопроизвольно, так как решающую роль играет энтальпия. При высоких температурах ∆G определяется составляющей –Т∆S, а так как ∆S ˂0, то ∆G˃0 и процесс образования аммиака самопроизвольно не идет.

Реакция разложения бертолетовой соли 2КСlО3=2КСl+3О2, ∆Н˂0 –экзотермическая. А поскольку в результате реакции число частиц увеличивается, то есть, ∆S˃0,то оба фактора способствуют понижению энергии Гиббса. Это значит, что независимо от Т, процесс протекает самопроизвольно и необратимо.

Анализ изменения энтальпии и энтропии в процессе реакции (см. табл.) в ряде случаев позволяет сделать вывод о ее возможном протекании, не вычисляя энергию Гиббса.

Таблица