ดังนั้นเราจึงมีเกณฑ์สองประการสำหรับความเป็นไปได้ของกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ - การเปลี่ยนแปลงในเอนทาลปี DH ซึ่งสะท้อนถึงปฏิกิริยาของอะตอม การก่อตัวของพันธะเคมี กล่าวคือ การเรียงลำดับบางอย่างของระบบ และ การเปลี่ยนแปลงในเอนโทรปี DS ซึ่งสะท้อนถึงแนวโน้มตรงกันข้ามกับการจัดเรียงอนุภาคแบบสุ่ม ถ้า DS=0 แรงขับเคลื่อนของกระบวนการจะเป็นความต้องการของระบบให้มีพลังงานภายในน้อยที่สุด กล่าวคือ เกณฑ์ของกระบวนการคือค่าเอนทาลปีหรือ DH ที่ลดลง<0.
ถ้า DH=0 แสดงว่าเป็นเกณฑ์ของการไหลที่เกิดขึ้นเองของกระบวนการ DS>0
เพื่อให้สามารถเปรียบเทียบเกณฑ์ทั้งสองนี้ในเชิงปริมาณได้ จำเป็นต้องแสดงในหน่วยเดียวกัน (DH - kJ, DS - J / K) แน่นอน เพื่อแสดงปัจจัยเอนโทรปีในหน่วยของพลังงาน มันจะต้องคูณด้วยอุณหภูมิ ทั้งหมดนี้มีเหตุผลมากขึ้นเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของ T มีส่วนทำให้ความผิดปกติในระบบเพิ่มขึ้น จากนั้น TDS คือปัจจัยเอนโทรปีของกระบวนการ DH คือปัจจัยเอนทาลปี ในสภาวะสมดุล ปัจจัยทั้งสองนี้ควรเท่ากัน:
ดีเอช=ทีดีเอส (8.12)
สมการนี้เป็นสากล และยังใช้กับสมดุลของไอของเหลวและการแปลงเฟสอื่นๆ ตลอดจนปฏิกิริยาเคมี ด้วยความเท่าเทียมกันนี้ จึงสามารถคำนวณการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีในกระบวนการสมดุลได้ เนื่องจากที่สมดุล:
อย่างไรก็ตาม เรามีความสนใจในเกณฑ์เชิงปริมาณของความเป็นไปได้พื้นฐานของกระบวนการ ในทางกลศาสตร์ เกณฑ์การตกของวัตถุคือศักย์โน้มถ่วงที่ลดลง ซึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางการเคลื่อนที่ของร่างกาย โดยการเปรียบเทียบ กระบวนการทางเคมีสามารถกำหนดลักษณะได้ด้วยศักยภาพของมัน ซึ่งควรลดลงในระหว่างกระบวนการที่เกิดขึ้นเอง ศักย์ไฟฟ้าที่อุณหภูมิและความดันคงที่นี้เรียกว่าศักย์ไฟฟ้ากิ๊บส์ไอโซบาริก-ไอโซเทอร์มอล G ศักย์ไฟฟ้าที่ลดลงนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการและเท่ากับงานสูงสุดที่สามารถรับได้โดยการส่งผ่านจากสถานะนี้ไปยังสภาวะสมดุล ( ลบการทำงานกับแรงกดดันภายนอก)
DG=W p สูงสุด (8.13)
นั่นคือพลังงานกิ๊บส์เป็นส่วนหนึ่งของผลกระทบด้านพลังงานของปฏิกิริยาเคมีที่สามารถเปลี่ยนเป็นงานได้เรียกว่าพลังงานอิสระ
ในกรณีนี้เงื่อนไขสำหรับความเป็นไปได้ของกระบวนการจะเป็น DG<0, но поскольку в состоянии равновесия DG=0, то из уравнения (1) получаем:
DG \u003d DH - TDS, (8.14)
ดังนั้นเราจึงกำหนด G = H - TS และสามารถวาดการเปลี่ยนแปลงได้ในระหว่างกระบวนการ (รูปที่ 8.5):
โดยที่ A เป็นสารตั้งต้น
B เป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา
ทางด้านซ้ายของกราฟ (8.5) - ค่า G ลดลงมีปฏิกิริยาโดยตรง สำหรับเธอ D.G.<0. Справа от положения равновесия идет обратная реакция, для нее DG<0. В состоянии равновесия DG=0.
ค่าของเอนทาลปีและปัจจัยเอนโทรปีส่งผลต่อกระบวนการอย่างไร?
กรณีต่อไปนี้เป็นไปได้ (รูปที่ 8.6):
1) ปฏิกิริยาคายความร้อน DH<0:
ก) DS>0 ดังนั้นสำหรับ T DG ใดๆ จะน้อยกว่าศูนย์และกระบวนการจะดำเนินต่อไปเสมอและจนจบ
ข) DS<0, в этом случае все будет зависеть от соотношения абсолютных значений энтальпийного и энтропийного фактора, DG<0 – реакция идет, DG>0 - ไม่มีปฏิกิริยา
ปฏิกิริยาคายความร้อนพร้อมกับเอนโทรปีลดลง เกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำ การเพิ่มขึ้นของ T ทำให้เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ (หลักการของ Le Chatelier)
2) ปฏิกิริยาดูดความร้อน DH>0:
a) DS>0 ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อ | ТDS|>|DH| จากนั้น DG>0 นั่นคือ ที่อุณหภูมิสูง
b) ถ้า DS<0, то DG>0 ที่อุณหภูมิใด ๆ และกระบวนการไม่สามารถดำเนินการได้เองตามธรรมชาติ
ตัวอย่างคือปฏิกิริยาของการเกิดออกซิเดชันของกลูโคสต่อ CO 2 และ H 2 O:
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 ®6CO 2 + 6H 2 O DH \u003d - 2810 kJ
ในกรณีนี้ เอนโทรปีเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ดังนั้น โดยหลักการแล้ว กระบวนการย้อนกลับไม่สามารถดำเนินการได้เองตามธรรมชาติ สำหรับการไหลของมันต้องใช้พลังงานจากภายนอก (การสังเคราะห์ด้วยแสง)
ควรสังเกตว่าในคำถามเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการดำเนินการตามกระบวนการ เกณฑ์ทางอุณหพลศาสตร์คือความจริงขั้นสูงสุด หากการเปลี่ยนแปลงของค่าพลังงานกิ๊บส์เป็นบวก DG>0 ไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาใดที่จะช่วยดำเนินการตามกระบวนการ เมื่อค่าพลังงานกิ๊บส์เปลี่ยนแปลง DG . ติดลบ<0 процесс может быть заморожен.
จนถึงตอนนี้ เราได้พิจารณากระบวนการที่เกิดขึ้นที่ความดันคงที่ หากเราหันไปใช้กระบวนการที่เกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่ เราจะได้ค่าศักย์ทางอุณหพลศาสตร์อีกค่าหนึ่ง - ศักย์ของเฮล์มโฮลทซ์:
DF = DU - TDS , (8.15)
ในการแก้ไขปัญหาความเป็นไปได้ของกระบวนการ สำหรับการคำนวณ DG พลังงานของ Gibbs จำเป็นต้องสร้างสิ่งที่ขึ้นอยู่กับและทำให้เป็นมาตรฐาน
ค่า DH ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน และในการประมาณครั้งแรก เราเชื่อว่าการพึ่งพาอาศัยกันนี้ไม่มีนัยสำคัญและใช้ค่ามาตรฐานของ DH° ค่าของ DS นอกจากความดันและอุณหภูมิแล้ว ยังขึ้นอยู่กับความเข้มข้นด้วย (S = S ° - RlnC) ดังนั้น ค่า DG จะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นด้วย และค่าเหล่านี้จะเปลี่ยนแปลงระหว่างกระบวนการ ลองพิจารณาการพึ่งพาอาศัยกันนี้
aA®bB (เพื่อความเรียบง่าย)
DG=DH - TDS สำหรับปฏิกิริยาใดๆ
สมมติว่า DH ขึ้นอยู่กับ T เล็กน้อย DH = DH° = bDH° f (B) - aDH° f (A)
DS = bS(B) – as(A) = b(S° B – Rln(B)) – a(S° A – Rln(A)),
การจัดกลุ่มใหม่และจดจำคุณสมบัติของลอการิทึม เราได้รับ:
DS= S° - Rln(B b /A a) ,
แทนสมการของ DG จะได้
DG=DH° - TDS° + Rln(B b /A a) = DG + RTln(B b /A a), (8.16)
นี่คือสมการแวนท์ ฮอฟฟ์ ไอโซเทอร์ม
โดยที่ DG ° \u003d DH ° - TDS ° คือศักย์ทางอุณหพลศาสตร์ที่กำหนดสำหรับความเข้มข้นของหน่วยหรือสำหรับสารบริสุทธิ์ นั่นคือ ศักย์ทางอุณหพลศาสตร์มาตรฐาน - ถูกกำหนดสำหรับความเข้มข้นของหน่วยของสารตั้งต้นและสารสุดท้าย และสำหรับความดันรวม 1 atm แต่อาจแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิที่แตกต่างกัน
คำถามเพื่อการควบคุมตนเอง
1. ปฏิกิริยาอะไรเรียกว่า: ก) คายความร้อน; b) ดูดความร้อน?
2. อะไรเรียกว่าผลความร้อนของปฏิกิริยา? มันแสดงอยู่ในหน่วยใด?
3. สิ่งที่เรียกว่าเอนทาลปี? อะไรคือสัญญาณของการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีสำหรับปฏิกิริยาคายความร้อนและปฏิกิริยาดูดความร้อน?
4. เงื่อนไขอะไรที่เรียกว่ามาตรฐาน?
5. กฎหมายของเฮสส์กำหนดขึ้นอย่างไร?
6. ความร้อนของการก่อตัวของสารเรียกว่าอะไร? ระบุผลสืบเนื่องแรกของกฎของเฮสส์
7. ความร้อนจากการเผาไหม้ของสารเรียกว่าอะไร? ระบุผลสืบเนื่องที่สองของกฎของเฮสส์
8. กำหนดกฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์
9. ระยะของระบบเคมีคืออะไร?
10. ฟังก์ชั่นสถานะของระบบเรียกว่าอะไรและขึ้นอยู่กับอะไร?
11. ผลของกระบวนการใดที่พลังงานภายในของระบบเพิ่มขึ้น? งานจะมีป้ายอะไรถ้า Q= 0 ?
12. พลังงานภายในระบบจะเพิ่มขึ้นหรือไม่ ถ้า Q = 0 และ W = 0?
13. ความร้อนที่จ่ายให้กับระบบ 200 kJ ระบบทำงานต้านแรงภายนอก เท่ากับ 150 kJ พลังงานภายในของระบบเปลี่ยนไปมากน้อยแค่ไหน? เครื่องหมายของ ΔU คืออะไร?
14. ให้ซัลเฟอร์ออกซิเดชันสองวิธีกับ SO 3 วาดไดอะแกรมเอนทาลปีสำหรับกระบวนการ
15. การปล่อยก๊าซจากสถานีระบายความร้อนและเครื่องยนต์สันดาปภายในประกอบด้วยไนโตรเจนออกไซด์ ปฏิกิริยาของการก่อตัวของพวกมันนั้นซับซ้อนมาก แต่ในรูปแบบที่ง่ายที่สุดพวกเขาสามารถแสดงด้วยสมการ:
ก) ½ N 2 + ½ O 2 = NO
6) ไม่ + ½ O 2 \u003d ไม่มี 2
กำหนดเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยาเหล่านี้ที่ 298 K และระบุว่าสิ่งใด และ: พวกมันดูดความร้อน ซึ่งเป็นคายความร้อน
16. ส่วนผสมของเทอร์ไมต์ประกอบด้วยผงอลูมิเนียมและ Fe 2 O 3 เขียนสมการของปฏิกิริยาระหว่างสารเหล่านี้และคำนวณเอนทาลปีของปฏิกิริยานี้
17. ยกตัวอย่างกระบวนการที่เกิดขึ้นเองพร้อมกับการลดลงของเอนทาลปีของระบบ (กระบวนการคายความร้อน)
18. ยกตัวอย่างของกระบวนการที่เกิดขึ้นเองพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของระบบจากสถานะที่มีคำสั่งมากกว่าเป็นสถานะที่มีคำสั่งน้อยกว่า
19. อะไรคือสัญญาณของเอนโทรปีของกระบวนการ: a) การระเหิดของไอโอดีน; b) การเปลี่ยนจากกระป๋องสีขาวเป็นสีเทา?
20. เป็นไปได้ไหมที่จะทำนายผลกระทบของอุณหภูมิที่มีต่อทิศทางของปฏิกิริยาเคมีหากทราบเอนทาลปีของมัน? สนับสนุนคำตอบของคุณด้วยตัวอย่างปฏิกิริยา
22. การเกิดออกซิเดชันของไนโตรเจนเกิดขึ้นเองตามสมการ:
½ N 2 + O 2 \u003d NO 2
ที่สถานะมาตรฐานของ N 2 , O 2 , และ NO 2 ที่ 298 K และอุณหภูมิอื่น ๆ ? สนับสนุนคำตอบของคุณด้วยการคำนวณ
23. อะไรคือความแตกต่างระหว่างพลังงานกิ๊บส์และพลังงานกิ๊บส์มาตรฐานของปฏิกิริยาเคมี?
|
ในระบบเคมี สารมีแนวโน้มที่จะมีพลังงานภายในน้อยที่สุด ปฏิกิริยาคายความร้อนเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เนื่องจากสารเมื่อเสร็จสิ้นจะมีพลังงานภายในน้อยที่สุด แต่ปฏิกิริยาดูดความร้อนก็เกิดขึ้นได้เองเช่นกัน - นี่คือการละลายของเกลือ
สถานะมาโครของระบบยิ่งมีความเป็นไปได้มากขึ้น ก็ยิ่งสามารถอธิบายไมโครสเตตได้มากขึ้นเท่านั้น เงื่อนไขสำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเอง:
1. ความต้องการของระบบเพื่อให้ได้ค่าพลังงานภายในขั้นต่ำ
2. ความต้องการของระบบไปสู่สถานะที่น่าจะเป็นไปได้มากขึ้น
แต่บ่อยครั้งที่มีการปะทะกันของปัจจัยที่กำหนดทั้งสองนี้ และเกิดสภาวะที่เรียกว่าสมดุลเคมีขึ้น ฟังก์ชันที่คำนึงถึงปัจจัยทั้งสองนี้ − กิ๊บส์พลังงาน.
กระบวนการเหล่านั้นดำเนินไปอย่างเป็นธรรมชาติ พลังงานกิ๊บส์มีค่าเท่ากับค่าลบ
ถ้าอุณหภูมิ เล็กจากนั้นเอนทาลปีจะเท่ากับพลังงานกิ๊บส์และปฏิกิริยาคายความร้อนจะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ
ถ้า สูงอุณหภูมิ จากนั้นพลังงานกิ๊บส์จะมีค่าเป็นลบและปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ กลับไม่ได้ปฏิกิริยาดำเนินไปจนกระทั่งการบริโภคสารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่งหมดไป
ย้อนกลับได้ไหลในทิศทางตรงกันข้ามกัน ในสภาวะสมดุลเคมี ระบบจะถึงค่าพลังงานต่ำสุดและพลังงานกิ๊บส์ตลอดจนค่าคงที่สมดุลเคมีจะเท่ากับ ศูนย์.
ค่าคงที่สมดุลเคมี การคำนวณ Kr และ Ks
พิจารณาปฏิกิริยาเคมีที่เป็นเนื้อเดียวกัน: ปฏิกิริยาดำเนินไปจนกว่าสารตั้งต้นจะหายไปโดยสมบูรณ์ และหยุดเมื่อถึงสภาวะสมดุลที่แน่นอน สภาวะสมดุลเคมี:
แรงกดดันสมดุลของผู้เข้าร่วมในปฏิกิริยา: ตามกฎของการกระทำมวล ค่าคงที่สมดุลแสดงในรูปของแรงกดดันบางส่วนมิติ . เปลี่ยนจำนวนโมลในระหว่างการทำปฏิกิริยา
เมื่อเขียนค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาต่างกัน จะพิจารณาเฉพาะแรงกดดันบางส่วนของผู้เข้าร่วมก๊าซในปฏิกิริยาเท่านั้น เนื่องจากความดันไอของเฟสควบแน่นมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับส่วนประกอบที่เป็นแก๊ส
ค่าคงที่สมดุลแสดงในรูปของความเข้มข้น
นอกจากนี้ยังมีที่ a-activity เศษส่วน n-mole
ความสัมพันธ์ระหว่างค่าคงที่สมดุล:
หลักการของเลอชาเตอลิเยร์
ภายใต้สภาวะคงที่ สมดุลทางเคมีในระบบสามารถคงอยู่ได้นานตามอำเภอใจ ในกรณีของการเปลี่ยนแปลงในสภาวะ (ความเข้มข้น อุณหภูมิ ความดัน) ปฏิกิริยาที่กำกับทิศทางตรงกันข้ามอย่างใดอย่างหนึ่งสามารถเร่งได้เร็วกว่าปฏิกิริยาอื่น หลังจากนั้นสมดุลจะเปลี่ยนไปและจะสร้างสภาวะสมดุลใหม่
หลักการของเลอชาเตอลิเยร์:หากระบบในสมดุลเคมีที่แท้จริงได้รับอิทธิพลจากภายนอกโดยการเปลี่ยนแปลงสภาวะใดๆ ที่กำหนดตำแหน่งสมดุล ระบบก็จะเปลี่ยนไปในทิศทางของปฏิกิริยา ซึ่งแน่นอนว่าผลกระทบของผลกระทบที่เกิดขึ้นจะลดลง
ตลอดชีวิตเราต้องเผชิญกับปรากฏการณ์ทางกายภาพและทางเคมีอยู่ตลอดเวลา ปรากฏการณ์ทางกายภาพตามธรรมชาตินั้นคุ้นเคยกับเรามากจนเราไม่ได้ให้ความสำคัญมากนักกับมันมาเป็นเวลานาน ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นในร่างกายของเราอย่างต่อเนื่อง พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาเคมีจะถูกใช้อย่างต่อเนื่องในชีวิตประจำวัน ในการผลิต และเมื่อปล่อยยานอวกาศ วัสดุหลายอย่างที่ใช้ทำสิ่งต่าง ๆ รอบตัวเราไม่ได้ทำในรูปแบบสำเร็จรูป แต่ทำด้วยความช่วยเหลือของ ปฏิกริยาเคมี. ในชีวิตประจำวัน มันไม่สมเหตุสมผลเลยที่เราจะเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้น แต่เมื่อเรียนฟิสิกส์และเคมีในระดับที่เพียงพอ ความรู้นี้ขาดไม่ได้ จะแยกแยะปรากฏการณ์ทางกายภาพออกจากปรากฏการณ์ทางเคมีได้อย่างไร? มีสัญญาณใดบ้างที่สามารถช่วยในการทำเช่นนี้?
ในปฏิกิริยาเคมี สารใหม่จะเกิดขึ้นจากสารบางชนิด ซึ่งแตกต่างจากสารเดิม โดยการหายไปของสัญญาณของครั้งแรกและลักษณะของสัญญาณของวินาที เช่นเดียวกับการปล่อยหรือการดูดซับพลังงาน เราสรุปได้ว่า มีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น
หากแผ่นทองแดงถูกเผา การเคลือบสีดำจะปรากฏขึ้นบนพื้นผิว การเป่าคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านน้ำปูนขาวทำให้เกิดตะกอนสีขาว เมื่อไม้ไหม้ หยดน้ำจะปรากฏบนผนังเย็นของภาชนะ เมื่อเผาแมกนีเซียม จะได้ผงสีขาว
ปรากฎว่าสัญญาณของปฏิกิริยาเคมีคือการเปลี่ยนสี, กลิ่น, การก่อตัวของตะกอน, ลักษณะของก๊าซ
เมื่อพิจารณาปฏิกิริยาเคมี จำเป็นต้องให้ความสนใจไม่เฉพาะกับวิธีการดำเนินการเท่านั้น แต่ยังต้องคำนึงถึงสภาวะที่ต้องปฏิบัติตามเพื่อให้ปฏิกิริยาเริ่มต้นและดำเนินต่อไป
ดังนั้น ต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขใดจึงจะเกิดปฏิกิริยาเคมีได้
สำหรับสิ่งนี้ ก่อนอื่น จำเป็นต้องนำสารที่ทำปฏิกิริยามาสัมผัส (รวมกัน ผสมให้เข้ากัน). ยิ่งสารถูกบดขยี้มากเท่าใด พื้นผิวของการสัมผัสก็จะยิ่งใหญ่ขึ้น ปฏิกิริยาระหว่างกันก็จะยิ่งเร็วขึ้นและแข็งขันมากขึ้น ตัวอย่างเช่น น้ำตาลก้อนติดไฟได้ยาก แต่เมื่อบดและพ่นในอากาศ น้ำตาลจะไหม้หมดภายในเสี้ยววินาที ทำให้เกิดการระเบิดขึ้น
ด้วยความช่วยเหลือของการละลาย เราสามารถแบ่งสารออกเป็นอนุภาคเล็กๆ บางครั้งการละลายเบื้องต้นของสารตั้งต้นช่วยให้เกิดปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารได้
ในบางกรณี การสัมผัสกับสาร เช่น เหล็กกับอากาศชื้น ก็เพียงพอแล้วสำหรับการเกิดปฏิกิริยา แต่บ่อยครั้งที่การสัมผัสสารเพียงครั้งเดียวไม่เพียงพอสำหรับสิ่งนี้: ต้องเป็นไปตามเงื่อนไขอื่น ๆ
ดังนั้นทองแดงจึงไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในบรรยากาศที่อุณหภูมิต่ำประมาณ 20˚-25˚С เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาของทองแดงผสมกับออกซิเจนจึงจำเป็นต้องหันไปใช้ความร้อน
ความร้อนมีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีในลักษณะต่างๆ ปฏิกิริยาบางอย่างต้องการความร้อนอย่างต่อเนื่อง ความร้อนหยุด - ปฏิกิริยาเคมีหยุดลง ตัวอย่างเช่น การให้ความร้อนคงที่เป็นสิ่งจำเป็นในการย่อยสลายน้ำตาล
ในกรณีอื่น การให้ความร้อนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้นเท่านั้น ซึ่งจะทำให้เกิดแรงกระตุ้น จากนั้นปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นโดยไม่ให้ความร้อน ตัวอย่างเช่น เราสังเกตความร้อนดังกล่าวในระหว่างการเผาไหม้ของแมกนีเซียม ไม้ และสารที่ติดไฟได้อื่นๆ
เว็บไซต์ที่มีการคัดลอกเนื้อหาทั้งหมดหรือบางส่วน จำเป็นต้องมีลิงก์ไปยังแหล่งที่มา
จากนี้ไปภายใต้สภาวะไอโซบาริก-ไอโซเทอร์มอลในระบบที่แยกได้เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติซึ่งกระบวนการเหล่านั้นมาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี
ที่จริงแล้ว ในระบบที่แยกออกมา การถ่ายเทความร้อนเป็นไปไม่ได้ ดังนั้น DH = 0 และ DG » -T×DS นี่แสดงว่าถ้า DS>0 แล้ว DG< 0 и, следовательно, процесс может самопроизвольно протекать в прямом направлении.
อีกรูปแบบหนึ่งของกฎ II ของอุณหพลศาสตร์:
การถ่ายเทความร้อนที่ไม่ได้รับการชดเชยจากวัตถุที่มีความร้อนน้อยกว่าไปยังวัตถุที่มีความร้อนมากกว่านั้นเป็นไปไม่ได้
เป็นไปได้ที่จะคำนวณพลังงานอิสระของปฏิกิริยา (การเปลี่ยนแปลงของพลังงานอิสระของปฏิกิริยา) ไม่เพียงแต่โดยใช้สมการกิบส์ (16) แต่ยังใช้ กิ๊บส์พลังงานฟรีของการก่อตัวของสาร (ข้อมูลตาราง)
การเปลี่ยนแปลงมาตรฐานในพลังงานกิ๊บส์ (พลังงานกิ๊บส์) ของการก่อตัวของสสารเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงพลังงานกิ๊บส์ของการก่อตัวของสาร 1 โมลในสถานะมาตรฐานจากสารง่าย ๆ ที่สอดคล้องกันซึ่งถ่ายในสถานะมาตรฐานด้วย ในกรณีนี้ พลังงานกิ๊บส์มาตรฐานของการก่อตัวของสารธรรมดาในรูปแบบที่เสถียรที่สุดจะถูกนำมาเท่ากับศูนย์: ΔG o arr (H 2) = 0; ΔG หรือ (O 2) = 0.
เมื่อคำนวณเอนโทรปีและพลังงานกิ๊บส์ของปฏิกิริยาเคมี กฎของเฮสส์ชี้นำโดยกฎของเฮสส์
ดังนั้นสำหรับปฏิกิริยา:
aA + bB = cC + dD
| (17) | |
| (18) |
กระบวนการที่พลังงานกิ๊บส์ลดลง ΔG p-i< 0, называются ออกแรง,และเมื่อพลังงานกิ๊บส์เพิ่มขึ้น ∆G p-i > 0 เรียกว่า เอนเดอร์โกนิก,พวกมันไม่ไหลตามธรรมชาติ
กระบวนการ Endergonic เกิดขึ้นตามธรรมชาติหากเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา exergonic บางประเภท:
ตัวอย่างเช่นในร่างกายเกิดปฏิกิริยา:
กลูโคส + ฟรุกโตส = ซูโครส + น้ำ; ΔG 0 p-i \u003d +21 kJ
นี่เป็นปฏิกิริยาเอนเดอร์โกนิกเพราะ ΔG o p-i > 0 มันเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา exergonic:
ATP + H 2 O \u003d ADP + H 3 RO 4; ΔG o p-i = -30.5 kJ
ตารางที่ 1 แสดงความเป็นไปได้ (หรือเป็นไปไม่ได้) ของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองสำหรับสัญญาณ DH และ DS ที่หลากหลาย
การพัฒนาของพืชและสัตว์เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ มาพร้อมกับการก่อตัวของโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้น ดังนั้นจึงนำไปสู่การลดลงของเอนโทรปี ΔS< 0. Это возможно только потому, что неограниченно используется энергия Солнца, и энтальпийный фактор преодолевает противодействующий развитию энтропийный фактор.
พลังงานชีวภาพ
ในกระบวนการของชีวิต ร่างกายมนุษย์ได้รับและใช้พลังงาน แม้แต่ในช่วงพักผ่อน ร่างกายของผู้ใหญ่ยังใช้ความร้อนประมาณ 6,000 กิโลจูลต่อวัน ซึ่งชดเชยด้วยพลังงานจากอาหารที่รับประทานเข้าไป พลังงานเมตาบอลิซึมขั้นต่ำนี้เทียบได้กับพลังงาน หลอดไฟฟ้ากำลังขับ 70 วัตต์
การเคลื่อนไหวใด ๆ ของร่างกาย งานใด ๆ แม้แต่การย่อยอาหารก็เพิ่มการปลดปล่อยความร้อน ดังนั้นด้วยความอ่อนโยน งานทางกายภาพคนต้องการ 840-12,000 kJ ต่อวันและในกรณีที่รุนแรง - 16700-20900 kJ ต่อวัน
เป็นที่ยอมรับว่าในระหว่างการออกซิเดชั่นของสารอาหารหลัก 1 กรัมจะมีการปล่อยความร้อนออกมาในปริมาณต่อไปนี้: ไขมัน - 39.5 kJ, คาร์โบไฮเดรต - 17.1 kJ, โปรตีน - 22.3 kJ
เพื่อรักษาสมดุลพลังงาน บุคคลต้องการพลังงานจำนวนเท่ากับความร้อนที่กำหนด เมื่อทราบองค์ประกอบของสารอาหารแต่ละชนิดและเอนทาลปีของการเผาไหม้ จึงสามารถคำนวณปริมาณอาหารที่จำเป็นสำหรับโภชนาการของมนุษย์ได้ ด้วยการบริโภคสารอาหารที่มากเกินไปหรือไม่มีเหตุผล ส่วนหนึ่งของผลิตภัณฑ์จะไม่ถูกดูดซึมและถูกสะสมโดยร่างกายในคลังเก็บในรูปแบบของเนื้อเยื่อใต้ผิวหนังที่มีไขมันทำให้เกิดโรคอ้วน
พิจารณาปัญหาสถานการณ์เป็นตัวอย่าง
ภารกิจสถานการณ์ที่ 1
หญิงสาวร่างผอมไม่สามารถต้านทานในงานปาร์ตี้และกินไขมัน 40 กรัมและคาร์โบไฮเดรต 60 กรัมเป็นส่วนหนึ่งของเค้ก คำนวณปริมาณพลังงานที่จะปล่อยออกมาในร่างกายของผู้หญิงคนนี้และเวลาที่ผู้หญิงควรทำแอโรบิกเพื่อชดเชยส่วนเกิน การใช้พลังงานระหว่างแอโรบิกคือ 1420 kJ/ชั่วโมง
วิธีการแก้.
ปริมาณพลังงาน (ความร้อน) ทั้งหมดที่ปล่อยออกมาในร่างกายของผู้หญิงคนนี้เท่ากับ:
40 x 39.5 + 60 x 17.1 = 2606 กิโลจูล
หารปริมาณพลังงานด้วยการบริโภคเราได้รับ:
คำถามนี้สามารถตอบได้ด้วยความช่วยเหลือจากกฎของเฮสส์ หากเราพิจารณาสภาวะในร่างกายมนุษย์ให้ใกล้เคียงกับมาตรฐาน และการเกิดออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรต (เช่น กลูโคส) จะถูกจำกัดและดำเนินการตามสมการ:
C 6 H 12 O 6 (ของแข็ง) + 6O 2 (แก๊ส) \u003d 6CO 2 (แก๊ส) + 6H 2 O (ของเหลว)
แล้วตามผลสืบเนื่องแรกของกฎของเฮสส์:
\u003d (6 × CO 2 + 6 × H 2 O) - C 6 H 12 O 6 \u003d
\u003d (6 × (-394) + 6 × (-286)) - (-1274) \u003d -2806 kJ / mol
ค่ามาตรฐานของเอนทาลปีของปฏิกิริยาสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของสาร 1 โมล ในกรณีที่สารจำนวนต่างกันผ่านการเปลี่ยนแปลง เอนทาลปีของปฏิกิริยาจะเท่ากับ:
โดยที่ n คือปริมาณของสาร
ในกรณีนี้ปริมาณกลูโคสคือ:
,
และปริมาณพลังงาน (เอนทาลปีของปฏิกิริยา):
DH = 0.33×(-2806) » -926 กิโลจูล
แหล่งพลังงานหลักสำหรับกระบวนการทางชีววิทยาหลายอย่าง - จากการสังเคราะห์โปรตีนและการขนส่งไอออนไปจนถึงการหดตัวของกล้ามเนื้อและกิจกรรมทางไฟฟ้าของเซลล์ประสาท - คือปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของ ATP:
ATP + H 2 O \u003d ADP + H 3 RO 4; DG 0 \u003d -30.5 kJ / mol
ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยา exergonic ภายใต้สภาวะมาตรฐาน ปฏิกิริยาจะดำเนินไปในทิศทางไปข้างหน้าด้วยการปล่อยพลังงาน
ในบางกรณี ปฏิกิริยาเอนเดอร์โกนิกสามารถดำเนินไปในทิศทางข้างหน้าได้เช่นกัน ดังนั้นปฏิกิริยาของฟอสโฟรีเลชั่นโดยตรงของกลูโคสกับการก่อตัวของกลูโคส -6- ฟอสเฟตจึงเป็นเอนเดอร์โกนิก:
1) กลูโคส + H 3 RO 4 กลูโคส-6-ฟอสเฟต + H 2 O;
ΔG 0 \u003d +13.8 kJ / mol
เพื่อให้ปฏิกิริยาดังกล่าวดำเนินต่อไปในทิศทางไปข้างหน้า จะต้องควบคู่กับปฏิกิริยา exergonic (2) ค่าของพลังงานอิสระซึ่งมีโมดูลัสมากกว่าที่จำเป็นสำหรับกลูโคสฟอสโฟรีเลชัน:
2) ATP + H 2 O ADP + H 3 RO 4 ΔG 0 \u003d -30.5 kJ / mol
เมื่อรวมกระบวนการ (1) และ (2) เข้าด้วยกัน กลูโคสฟอสโฟรีเลชั่นจะดำเนินไปได้อย่างง่ายดายภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยา:
3) กลูโคส + เอทีพี กลูโคส-6-ฟอสเฟต + ADP
ΔG 0 \u003d -16.7 kJ / โมล
ตัวอย่างการแก้ปัญหา
ภารกิจ #1
ปฏิกิริยาบางอย่างดำเนินไปพร้อมกับเอนโทรปีที่ลดลง กำหนดเงื่อนไขที่อาจเกิดปฏิกิริยานี้ขึ้นเองได้
วิธีการแก้.
เงื่อนไขสำหรับการเกิดปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองคือการลดลงของพลังงานกิ๊บส์ นั่นคือ DG< 0. Изменение DG можно рассчитать по формуле:
เนื่องจากเอนโทรปีลดลงระหว่างปฏิกิริยา (DS< 0), то энтропийный фактор препятствует самопроизвольному протеканию данной реакции. Таким образом, самопроизвольное протекание данной реакции может обеспечить только энтальпийный фактор. Для этого необходимо выполнение следующих условий:
1) DH< 0 (реакция экзотермическая);
2) 
.
งาน #2
ปฏิกิริยาการสลายตัวแบบดูดความร้อนเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ประเมินการเปลี่ยนแปลงของเอนทาลปี เอนโทรปี และพลังงานกิ๊บส์ฟรี
วิธีการแก้.
1) เนื่องจากปฏิกิริยาดูดความร้อน ดังนั้น DH > 0
2) ในปฏิกิริยาการสลายตัว เอนโทรปีจะเพิ่มขึ้น ดังนั้น DS > 0
3) ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองหมายความว่า DG< 0.
งาน #3
คำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของการสังเคราะห์ทางเคมีในแบคทีเรีย Thiobacillus denitrificans:
6KNO 3 (ของแข็ง) + 5S (ของแข็ง) + 2CaCO 3 (ของแข็ง) \u003d 3K 2 SO 4 (ของแข็ง) + 2CaSO 4 (ของแข็ง) + 2CO 2 (แก๊ส) + 3N 2 (แก๊ส)
ตามค่าของเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของสาร:
กำหนดประเภท (exo- หรือดูดความร้อน) ปฏิกิริยานี้เป็นของ
วิธีการแก้.
ให้เราเขียนนิพจน์สำหรับผลที่ตามมาของกฎเฮสโดยคำนึงถึงความจริงที่ว่าเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของกำมะถันและไนโตรเจนมีค่าเท่ากับศูนย์:
\u003d (3 × K 2 SO 4 + 2 × CaSO 4 + 2 × CO 2) -
- (6× KNO 3 + 2× CaCO 3) = 3×(-1438) + 2×(-1432) +
2 × (-393.5) - \u003d -2593 kJ.
เพราะ< 0, то реакция экзотермическая.
งาน #4
คำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยา:
2C 2 H 5 OH (ของเหลว) \u003d C 2 H 5 OC 2 H 5 (ของเหลว) + H 2 O (ของเหลว)
ตามค่าของเอนทาลปีมาตรฐานของการเผาไหม้สาร:
C 2 H 5 OH \u003d -1368 kJ / mol;
C 2 H 5 OC 2 H 5 \u003d -2727 kJ / mol
วิธีการแก้.
ให้เราเขียนนิพจน์สำหรับผลที่สองของกฎของเฮสส์โดยคำนึงถึงความจริงที่ว่าเอนทาลปีมาตรฐานของการเผาไหม้น้ำ (ออกไซด์สูงสุด) เท่ากับศูนย์:
2× C 2 H 5 OH - C 2 H 5 OC 2 H 5 =
2× (-1368) - (-2727) = -9 กิโลจูล
ผลที่ตามมาจากกฎของเฮสส์ทำให้สามารถคำนวณไม่เพียง แต่เอนทาลปีของปฏิกิริยามาตรฐานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงค่าของเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวและการเผาไหม้ของสารจากข้อมูลทางอ้อม
งาน #5
กำหนดมาตรฐานเอนทาลปีของการเกิดคาร์บอนมอนอกไซด์ (II) จากข้อมูลต่อไปนี้:
วิธีการแก้.
สมการ (1) แสดงว่าการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีมาตรฐานสำหรับปฏิกิริยานี้สอดคล้องกับเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของ CO 2
ให้เราเขียนนิพจน์สำหรับผลสืบเนื่องแรกจากกฎของ Hess สำหรับปฏิกิริยา (2):
CO = CO 2 -.
แทนที่ค่าและรับ:
CO \u003d -293.5 - (-283) \u003d -110.5 kJ / mol
ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้ด้วยวิธีอื่น
การลบสมการที่สองออกจากสมการแรก เราได้:
งาน #6
คำนวณเอนโทรปีมาตรฐานของปฏิกิริยา:
CH 4 (แก๊ส) + Cl 2 (แก๊ส) \u003d CH 3 Cl (แก๊ส) + HCl (แก๊ส)
ตามค่าของเอนโทรปีมาตรฐานของสาร:
วิธีการแก้.
เราคำนวณเอนโทรปีมาตรฐานของปฏิกิริยาตามสูตร (17):
\u003d (CH 3 Cl + HCl) - (CH 4 + Cl 2) \u003d 234 + 187 - (186 +
+ 223) = 12 J/(โมล×K)
งาน #7
คำนวณพลังงานกิ๊บส์มาตรฐานของปฏิกิริยา:
C 2 H 5 OH (ของเหลว) + H 2 O 2 (ของเหลว) \u003d CH 3 COH (แก๊ส) + 2H 2 O (ของเหลว)
ตามข้อมูลต่อไปนี้:
พิจารณาว่าปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติภายใต้สภาวะมาตรฐานหรือไม่
วิธีการแก้.
เราคำนวณพลังงานกิ๊บส์มาตรฐานของปฏิกิริยาตามสูตร (18):
\u003d ( CH 3 COH + 2 × H 2 O) - ( C 2 H 5 OH + H 2 O 2) \u003d -128 + 2 × (-237) - [(-175) + (-121)] \ u003d -306 กิโลจูล/โมล
เพราะ< 0, то самопроизвольное протекание данной реакции возможно.
C 6 H 12 O 6 (ของแข็ง) + 6O 2 (แก๊ส) \u003d 6CO 2 (แก๊ส) + 6H 2 O (ของเหลว)
ข้อมูลที่ทราบ:
วิธีการแก้.
เราคำนวณค่าของเอนทาลปีมาตรฐานและเอนโทรปีของปฏิกิริยาโดยใช้ผลสืบเนื่องแรกจากกฎของเฮสส์:
6× CO 2 + 6× H 2 O - C 6 H 12 O 6 - 6 O 2 =
6×(-393.5) + 6×(-286) - (-1274.5) - 6×0 = -2803 kJ;
6× CO 2 + 6× H 2 O - C 6 H 12 O 6 - 6× O 2 =
6×214 + 6×70 - 212 - 6×205 = 262 J/K = 0.262 kJ/K
เราพบพลังงานกิ๊บส์มาตรฐานของปฏิกิริยาจากความสัมพันธ์:
T× = -2803 kJ - 298.15 K×0.262 kJ/K =
งาน #9
คำนวณพลังงานกิ๊บส์มาตรฐานของปฏิกิริยาไฮเดรชั่นอัลบูมินในซีรัมที่ 25 0 Сซึ่ง DH 0 = -6.08 kJ/mol; DS 0 \u003d -5.85 J / (โมล × K) ประมาณการการมีส่วนร่วมของปัจจัยเอนทาลปีและเอนโทรปี
วิธีการแก้.
เราคำนวณพลังงานกิ๊บส์มาตรฐานของปฏิกิริยาตามสูตร:
DG 0 = DH 0 - T×DS 0 .
แทนค่า เราได้รับ:
DG 0 \u003d -6.08 kJ / mol - 298 K × (-5.85 × 10 - 3) kJ / (mol × K) \u003d
4.34 กิโลจูล/โมล
ในกรณีนี้ ปัจจัยเอนโทรปีป้องกันไม่ให้ปฏิกิริยาดำเนินต่อไป ในขณะที่ปัจจัยเอนทาลปีมีส่วนสนับสนุน ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองเป็นไปได้ถ้า 
กล่าวคือที่อุณหภูมิต่ำ
งาน #10
กำหนดอุณหภูมิที่ปฏิกิริยาการทำให้เสียสภาพของทริปซินจะเกิดขึ้นเองถ้า = 283 kJ/mol, = 288 J/(mol×K)
วิธีการแก้.
อุณหภูมิที่กระบวนการทั้งสองมีความน่าจะเป็นเท่ากันนั้นพบได้จากความสัมพันธ์:
ในกรณีนี้ ปัจจัยเอนทาลปีป้องกันไม่ให้ปฏิกิริยาดำเนินต่อไป ในขณะที่ปัจจัยเอนโทรปีส่งเสริมปฏิกิริยานั้น ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองเป็นไปได้โดยมีเงื่อนไขว่า:
ดังนั้น เงื่อนไขสำหรับการเกิดขึ้นเองของกระบวนการคือ T > 983 K
คำถามเพื่อการควบคุมตนเอง
1. ระบบเทอร์โมไดนามิกคืออะไร? คุณรู้จักระบบเทอร์โมไดนามิกประเภทใด
2. ระบุพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ที่คุณรู้จัก อันไหนวัดได้? ซึ่งนับไม่ถ้วน?
3. กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์คืออะไร? ชื่อของกระบวนการที่เกิดขึ้นเมื่อหนึ่งในพารามิเตอร์คงที่คืออะไร?
4. กระบวนการใดที่เรียกว่าคายความร้อน? ดูดความร้อนคืออะไร?
5. กระบวนการใดที่เรียกว่าย้อนกลับได้? ซึ่งกลับไม่ได้?
6. คำว่า "สถานะของระบบ" หมายถึงอะไร? สถานะของระบบคืออะไร?
7. ระบบใดที่อุณหพลศาสตร์คลาสสิกศึกษา? ระบุสมมุติฐานที่หนึ่งและสองของเทอร์โมไดนามิกส์
8. ตัวแปรใดบ้างที่เรียกว่าฟังก์ชันสถานะ? แสดงรายการฟังก์ชันของรัฐที่คุณรู้จัก
9. พลังงานภายในคืออะไร? สามารถวัดพลังงานภายในได้หรือไม่?
10. เอนทาลปีคืออะไร? มิติของมันคืออะไร?
11. เอนโทรปีคืออะไร? มิติของมันคืออะไร?
12. กิ๊บส์พลังงานฟรีคืออะไร? จะคำนวณได้อย่างไร? อะไรที่สามารถกำหนดได้โดยใช้ฟังก์ชันนี้?
13. ปฏิกิริยาอะไรที่เรียกว่า exergonic? endergonic ตัวไหน?
14. กำหนดกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ ความเท่าเทียมกันของความร้อนและการทำงานคืออะไร?
15. กำหนดกฎของเฮสส์และผลที่ตามมา เอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัว (การเผาไหม้) ของสารคืออะไร?
16. กำหนดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ กระบวนการใดเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติในระบบที่แยกได้
ตัวเลือกงานสำหรับ โซลูชันอิสระ
ตัวเลือกหมายเลข 1
1. คำนวณเอนทัลปีมาตรฐานของปฏิกิริยาเคมีสังเคราะห์ที่เกิดขึ้นในแบคทีเรีย Nitrosomonas:
NH 3 (แก๊ส) + 1.5O 2 (แก๊ส) \u003d HNO 2 (สารละลาย) + H 2 O (ของเหลว)
C 2 H 6 (แก๊ส) + H 2 (แก๊ส) \u003d 2CH 4 (แก๊ส)
โดยใช้ค่าต่อไปนี้:
3. คำนวณพลังงานกิ๊บส์มาตรฐานของปฏิกิริยาไฮเดรชั่น b-lactoglobulin ที่ 25 0 Сซึ่ง DH 0 = -6.75 kJ, DS 0 = -9.74 J/K
ตัวเลือกหมายเลข 2
1. คำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยาออกซิเดชันของไกลซีนที่เป็นของแข็ง:
NH 2 CH 2 COOH (ทีวี) + 1.5O 2 (แก๊ส) \u003d 2CO 2 (แก๊ส) + H 2 O (ของเหลว) + NH 3 (แก๊ส)
โดยใช้ค่าเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของสาร:
ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนหรือดูดความร้อนหรือไม่?
C 2 H 2 (แก๊ส) + 2H 2 (แก๊ส) \u003d C 2 H 6 (แก๊ส)
โดยใช้ค่าต่อไปนี้:
3. คำนวณพลังงานกิ๊บส์มาตรฐานของปฏิกิริยาการลดทอนความร้อนของไคโมทริปซิโนเจนที่ 50 0 C โดยที่ DH 0 = 417 kJ, DS 0 = 1.32 kJ/K ประมาณการการมีส่วนร่วมของปัจจัยเอนทาลปีและเอนโทรปี กำหนดอุณหภูมิที่กระบวนการนี้เป็นไปได้
C 12 H 22 O 11 (สารละลาย) + 12O 2 (แก๊ส) \u003d 12CO 2 (แก๊ส) + 11H 2 O (ของเหลว)
2. คำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันของเบนซีนกับไซโคลเฮกเซนในสองวิธีคือ ใช้ค่าของเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวและการเผาไหม้ของสาร:
ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนหรือดูดความร้อนหรือไม่?
3. ประเมินความเป็นไปได้ของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองของการเปลี่ยนกรดไพรูวิกเป็นอะซีตัลดีไฮด์และคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV):
CH 3 COCOOH (p - p) \u003d CH 3 COH (แก๊ส) + CO 2 (แก๊ส)
ประมาณการการมีส่วนร่วมของปัจจัยเอนทาลปีและเอนโทรปี กำหนดอุณหภูมิที่กระบวนการนี้เป็นไปได้
ตัวเลือกหมายเลข 4
1. คำนวณเอนทัลปีมาตรฐานของการสังเคราะห์ทางเคมีที่เกิดขึ้นในแบคทีเรีย autotrophic Beggiatoa และ Thiothrix ตามระยะและทั้งหมด:
2H 2 S (แก๊ส) + O 2 (แก๊ส) \u003d 2H 2 O (ของเหลว) + 2S (ของแข็ง);
2S (ของแข็ง) + 3O 2 (แก๊ส) + 2H 2 O (ของเหลว) \u003d 2H 2 SO 4 (ของเหลว)
2. คำนวณเอนทาลปีมาตรฐานและเอนโทรปีของปฏิกิริยา:
3C 2 H 2 (แก๊ส) \u003d C 6 H 6 (ของเหลว)
โดยใช้ข้อมูลต่อไปนี้:
ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนหรือดูดความร้อนหรือไม่?
3. ประเมินบทบาทของเอนทาลปีและปัจจัยเอนโทรปีสำหรับปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของยูเรีย:
CO (NH 2) 2 (สารละลาย) + H 2 O (ของเหลว) \u003d 2NH 3 (สารละลาย) + CO 2 (สารละลาย)
ข้อมูลที่ทราบ:
กำหนดอุณหภูมิที่ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ
ตัวเลือกหมายเลข 5
1. คำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยาออกซิเดชันของไกลซีนในสารละลาย:
2NH 2 CH 2 COOH (สารละลาย) + 3O 2 (แก๊ส) \u003d CO (NH 2) 2 (สารละลาย) + 3H 2 O (ของเหลว) + 3CO 2 (แก๊ส)
โดยใช้ค่าเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของสาร:
ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนหรือดูดความร้อนหรือไม่?
2. คำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยา:
C 6 H 5 NO 2 (ของเหลว) + 3H 2 (แก๊ส) \u003d C 6 H 5 NH 2 (ของเหลว) + 2H 2 O (ของเหลว)
โดยใช้ค่าเอนทาลปีมาตรฐานของการเผาไหม้สาร:
ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนหรือดูดความร้อนหรือไม่?
3. คำนวณพลังงานกิ๊บส์มาตรฐานของปฏิกิริยาการทำให้เสียสภาพของทริปซินที่ 50 0 С ซึ่ง DH 0 = 283 kJ, DS 0 = 288 J/K ประมาณการการมีส่วนร่วมของปัจจัยเอนทาลปีและเอนโทรปี กำหนดอุณหภูมิที่กระบวนการนี้เป็นไปได้
ตัวเลือกหมายเลข 6
1. คำนวณเอนทัลปีมาตรฐานของการสังเคราะห์ทางเคมีที่เกิดขึ้นในแบคทีเรีย autotrophic Thiobacillus Thioparus:
5Na 2 S 2 O 3 × 5H 2 O (ของแข็ง) + 7O 2 (แก๊ส) \u003d 5Na 2 SO 4 (ของแข็ง) + 3H 2 SO 4 (ดี) + 2S (ของแข็ง) + 22H 2 O (ดี .),
ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนหรือดูดความร้อนหรือไม่?
2. คำนวณเอนทาลปีมาตรฐานและพลังงานกิ๊บส์ของปฏิกิริยา:
CH 3 COH (ของเหลว) + H 2 (แก๊ส) = C 2 H 5 OH (ของเหลว)
ตามข้อมูลต่อไปนี้:
3. กำหนดความเป็นไปได้ของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองของการไฮโดรไลซิสของ glycyl-glycine dipeptide:
NH 2 CH 2 CONHCH 2 COOH (p - p) + H 2 O (ของเหลว) \u003d 2NH 2 CH 2 COOH (p-p)
ไกลซิล-ไกลซีน
ภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน ถ้า:
ประมาณการการมีส่วนร่วมของปัจจัยเอนทาลปีและเอนโทรปี กำหนดอุณหภูมิที่กระบวนการนี้เป็นไปได้
ตัวเลือกหมายเลข 7
1. คำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของ CH 3 OH จากข้อมูลต่อไปนี้:
CH 3 OH (ของเหลว) + 1.5O 2 (แก๊ส) = CO 2 (แก๊ส) + 2H 2 O (ของเหลว) DH 0 = -726.5 kJ;
C (แกรไฟต์) + O 2 (แก๊ส) \u003d CO 2 (แก๊ส) DH 0 \u003d -394 kJ;
H 2 (แก๊ส) + 0.5O 2 (แก๊ส) \u003d H 2 O (ของเหลว) DH 0 \u003d -286 kJ
2. คำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของการเผาไหม้คาร์บอนไดซัลไฟด์ CS 2 จากข้อมูลต่อไปนี้
CS 2 (ของเหลว) + 3O 2 (แก๊ส) \u003d CO 2 (แก๊ส) + 2SO 2 (แก๊ส) DH 0 \u003d -1078 kJ;
SO 2 (แก๊ส) + 0.5O 2 (แก๊ส) \u003d SO 3 (แก๊ส) DH 0 \u003d -98 kJ
3. คำนวณ DG 0 ของกระบวนการ:
ATP + อะลานีน + ไกลซีน \u003d ADP + H 3 RO 4 + อะลานิลไกลซีน
ถ้าทราบ:
ATP + H 2 O \u003d ADP + H 3 RO 4 DG 0 \u003d -30.5 kJ / mol;
อะลานีน + ไกลซีน \u003d อะลานีลไกลซีน + H 2 O DG 0 \u003d 17.2 kJ / mol
กำหนดทิศทางของกระบวนการ
ตัวเลือกหมายเลข 8
1. คำนวณค่า DH 0 สำหรับปฏิกิริยาที่เป็นไปได้ของการแปลงกลูโคส:
1) C 6 H 12 O 6 (p - p) \u003d 2C 2 H 5 OH (p - p) + 2CO 2 (แก๊ส);
2) C 6 H 12 O 6 (สารละลาย) \u003d 2C 3 H 6 O 3 (สารละลาย)
ข้อมูลที่ทราบ:
ปฏิกิริยาใดต่อไปนี้ปล่อยพลังงานมากที่สุด
2. คำนวณเอนทาลปีมาตรฐานและเอนโทรปีของปฏิกิริยา:
C 3 H 6 (แก๊ส) + H 2 (แก๊ส) \u003d C 3 H 8 (แก๊ส)
โดยใช้ค่าต่อไปนี้:
3. ประเมินความเป็นไปได้ของการเกิดออกซิเดชันที่เกิดขึ้นเองของคลอโรฟอร์ม CHCl 3 ด้วยออกซิเจนในบรรยากาศ:
CHCl 3 (แก๊ส) + O 2 (แก๊ส) \u003d CO 2 (แก๊ส) + HCl (แก๊ส) + Cl 2 (แก๊ส)
ภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน ถ้า:
ประมาณการการมีส่วนร่วมของปัจจัยเอนทาลปีและเอนโทรปี กำหนดอุณหภูมิที่กระบวนการนี้เป็นไปได้
ตัวเลือกหมายเลข 9
1. คำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของ Ca 3 (PO 4) 2 จากข้อมูลต่อไปนี้:
3CaO (ของแข็ง) + P 2 O 5 (ของแข็ง) \u003d Ca 3 (PO 4) 2 (ของแข็ง) DH 0 \u003d -739 kJ;
P 4 (ของแข็ง) + 5O 2 (แก๊ส) \u003d 2P 2 O 5 (ของแข็ง) DH 0 \u003d -2984 kJ;
Ca (ของแข็ง) + 0.5O 2 (แก๊ส) \u003d CaO (ของแข็ง) DH 0 \u003d -636 kJ
2. เมื่อละลายกรดซัลฟิวริก 49 กรัมในน้ำ 800 กรัม อุณหภูมิของสารละลายจะเพิ่มขึ้น 11.8 0 องศาเซลเซียส โดยให้ความร้อนจำเพาะของสารละลายเท่ากับ 3.76 J / (g × K) ให้คำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของการละลาย ของกรดซัลฟิวริก
3. ประเมินความเป็นไปได้ของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเอง:
2CO (แก๊ส) + 2H 2 O (ของเหลว) \u003d CH 3 COOH (ของเหลว) + O 2 (แก๊ส)
ภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน ถ้า:
ประมาณการการมีส่วนร่วมของปัจจัยเอนทาลปีและเอนโทรปี กำหนดอุณหภูมิที่กระบวนการนี้เป็นไปได้
ตัวเลือกหมายเลข 10
1. คำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของการเกิดเอทานอลจากข้อมูลต่อไปนี้
DH 0 หมดไฟ C 2 H 5 OH (ของเหลว) \u003d -1368 kJ / mol;
C (แกรไฟต์) + O 2 (แก๊ส) = CO 2 (แก๊ส) +394 kJ;
H 2 (แก๊ส) + 0.5O 2 (แก๊ส) = H 2 O (ของเหลว) +286 kJ
2. คำนวณเอนทาลปีมาตรฐานและพลังงานกิ๊บส์ของปฏิกิริยา:
C 4 H 8 (แก๊ส) + 2O 2 (แก๊ส) \u003d 2CH 3 COOH (ของเหลว)
ตามข้อมูลต่อไปนี้:
3. คำนวณพลังงานกิ๊บส์มาตรฐานของปฏิกิริยาการให้น้ำของไข่อัลบูมินที่ 25 0 С ซึ่ง DH 0 = -6.58 kJ/mol, DS 0 = -9.5 J/(mol×K) ประมาณการการมีส่วนร่วมของปัจจัยเอนทาลปีและเอนโทรปี กำหนดอุณหภูมิที่กระบวนการนี้เป็นไปได้
ตัวเลือกหมายเลข 11
1. คำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยา:
4NH 3 (แก๊ส) + 5O 2 (แก๊ส) \u003d 4NO (แก๊ส) + 6H 2 O (แก๊ส)
โดยใช้ค่าเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของสาร:
ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนหรือดูดความร้อนหรือไม่?
2. ในร่างกายมนุษย์ การเกิดออกซิเดชันของเอทานอลดำเนินไปในสองขั้นตอน:
1) C 2 H 5 OH (สารละลาย) + 0.5O 2 (แก๊ส) \u003d CH 3 COH (สารละลาย) + H 2 O (ของเหลว) DH 0 \u003d -256 kJ;
2) CH 3 COH (p - p) + 0.5O 2 (แก๊ส) = CH 3 COOH (p - p) DH 0 = -237 kJ
3. ที่ 37 0 C ค่า DH 0 และ DG 0 สำหรับการไฮโดรไลซิสของ ATP คือ +24.3 และ -30.5 kJ/mol ตามลำดับ คำนวณเอนโทรปีมาตรฐานของปฏิกิริยานี้และกำหนดอุณหภูมิที่กระบวนการนี้เป็นไปได้
ตัวเลือกหมายเลข 12
1. ระหว่างปฏิกิริยาออกซิเดชันของแอมโมเนีย
4NH 3 (แก๊ส) + 3O 2 (แก๊ส) \u003d 2N 2 (แก๊ส) + 6H 2 O (ของเหลว)
เกิดไนโตรเจน 2.24 ลิตรและปล่อยความร้อน 76.5 กิโลจูล คำนวณ NH 3 ถ้า H 2 O = -286 kJ/mol
2. คำนวณเอนทาลปีมาตรฐานและเอนโทรปีของปฏิกิริยา:
CO (แก๊ส) + 3H 2 (แก๊ส) \u003d CH 4 (แก๊ส) + H 2 O (แก๊ส)
โดยใช้ค่าต่อไปนี้:
3. กำหนดทิศทางของกระบวนการ
การเปลี่ยนแปลงของเอนทาลปีระหว่างปฏิกิริยาเคมีไม่สามารถเป็นเกณฑ์สำหรับความเป็นไปได้หรือความเป็นไปไม่ได้ของปฏิกิริยาที่กำหนด เนื่องจากปฏิกิริยาสามารถดำเนินไปเองตามธรรมชาติไม่เพียงแค่การปล่อยเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการดูดซับความร้อนระหว่างปฏิกิริยาเคมีด้วย การพิจารณาประเด็นนี้ในอุณหเคมีเป็นไปตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ โดยใช้แนวคิดของเอนโทรปีของสาร S ที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา และเอนโทรปีของปฏิกิริยาเคมี ΔS แนวคิดของเอนโทรปีสามารถตีความได้ทั้งในแง่ของระดับของลำดับในระบบและในแง่ของอุณหพลศาสตร์ทางสถิติ (สมการของโบลต์ซมันน์)
เกณฑ์สากลสำหรับความเป็นไปได้ของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองคือหน้าที่ของสถานะของระบบเช่นเดียวกับพลังงานกิ๊บส์ ΔG ถ้าเกิดปฏิกิริยา ΔG< 0, то такая реакция может протекать самопроизвольно, если же ΔG >0 แล้วไม่มี ข้อความนี้เป็นเงื่อนไขทางอุณหพลศาสตร์สำหรับการเกิดขึ้นเองของปฏิกิริยาเคมี หากสำหรับกระบวนการทางเคมีบางอย่าง ΔG = 0 แสดงว่าสถานะของระบบเรียกว่าสมดุล ค่าคงที่สมดุล K เท่ากับ = 1
ระบบอุณหพลศาสตร์ในสภาวะสมดุลเคมีได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ ได้แก่ อุณหภูมิ ความดัน ปริมาณของสาร ในกรณีนี้ ระบบจะสร้างใหม่ตามลำดับ ซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยหลักการของ Le Chatelier
ข้อกำหนดและคำจำกัดความ
ระบบอุณหพลศาสตร์เรียกว่าชุดของวัตถุที่สามารถถ่ายเทความร้อนและมวลระหว่างกันได้ กรณีพิเศษของระบบอุณหพลศาสตร์คือระบบเคมีที่มีกระบวนการทางเคมีเกิดขึ้น
ถึง พารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์(หรือตัวแปร) ของระบบ ได้แก่ ความดัน p ปริมาตร V อุณหภูมิ T จำนวนโมลของสาร ν บางครั้งก็รวมถึงปริมาณความร้อน Q ที่จ่ายให้กับระบบหรือนำออกจากระบบจากภายนอก พารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์หลักเชื่อมโยงกันด้วยสมการ Mendeleev-Clapeyron ที่รู้จักกันดี: pV = ν RT
ถึง ฟังก์ชันทางอุณหพลศาสตร์สถานะของระบบคือ: พลังงานภายใน U, เอนทาลปี H, ความจุความร้อนที่ความดันคงที่ c p , ความจุความร้อนที่ปริมาตรคงที่ c v , เอนโทรปี S, พลังงานกิ๊บส์ฟรี G.
กฎข้อที่หนึ่ง อุณหพลศาสตร์ระบุว่าความร้อนที่ส่งไปยังระบบถูกใช้ไปในการเพิ่มพลังงานภายในของระบบและในการทำงานกับแรงภายนอก โดยเฉพาะในการขยายระบบ:
กำลังภายในยู คือ ปริมาณพลังงานทั้งหมดในระบบ ไม่รวมศักย์ไฟฟ้าและพลังงานจลน์ของระบบโดยรวม พลังงานภายในของระบบถูกกำหนดโดยพลังงานของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล พลังงานของอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในอะตอม พลังงานของการสั่นสะเทือนภายในโมเลกุลของอะตอมและกลุ่มอะตอม ปฏิกิริยาทางไฟฟ้า พลังงานในนิวเคลียร์ ฯลฯ ดังนั้นจึงไม่สามารถกำหนดค่าสัมบูรณ์ของพลังงานภายในได้
ความร้อน Q ที่จ่ายจากภายนอกหรือนำออกจากระบบ เป็นตัวแปรทางอุณหพลศาสตร์ การเปลี่ยนแปลงในสถานะของระบบที่เกิดจากสิ่งนี้มีลักษณะโดยการเปลี่ยนแปลงในฟังก์ชันสถานะที่สอดคล้องกันซึ่งเรียกว่า เอนทัลปีระบบ H: ΔH = ΔU + pΔV
เช่นเดียวกับกรณีของพลังงานภายใน มันเป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดค่าสัมบูรณ์ของเอนทัลปี
ความร้อน ผลของปฏิกิริยาเคมีเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของระบบเคมี ΔH อันเป็นผลมาจากการผ่านของปฏิกิริยา
ปฏิกิริยาดูดความร้อนเรียกว่าปฏิกิริยาพร้อมกับการดูดกลืนพลังงานซึ่งมีลักษณะเป็นค่าบวกของผลกระทบทางความร้อนที่อุณหภูมิที่กำหนดΔH\u003e 0
ปฏิกิริยาคายความร้อนเรียกว่าปฏิกิริยาพร้อมกับการปลดปล่อยพลังงาน มีลักษณะเป็นค่าลบของผลกระทบทางความร้อนที่อุณหภูมิที่กำหนด ΔN< 0.
ภายใต้ เงื่อนไขมาตรฐานเข้าใจหลักสูตรของปฏิกิริยาเคมีดังนี้ p \u003d 1.013 10 5 Pa, T \u003d 298 K, ν \u003d 1 โมล ฟังก์ชันมาตรฐานของสถานะของระบบ ΔНº 298 , ΔUº 298 , ΔGº 298 จะแสดงในระบบ SI ในหน่วย kJ/mol
มาตรฐาน เอนทาลปีของการก่อตัวΔНº ตัวอย่าง 298 หรือ ΔНº f .298 คือ ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาการเกิดสารเชิงซ้อนจากสารธรรมดา ลดลงสู่สภาวะมาตรฐาน เอนทาลปีของการก่อตัวของสารธรรมดาถือเป็นศูนย์
ครั้งแรก กฎหมายเทอร์โมเคมี: ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาของการก่อตัวของสารเชิงซ้อนจากสารธรรมดามีค่าเท่ากันในค่าสัมบูรณ์ แต่ตรงกันข้ามกับเครื่องหมายกับผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาการสลายตัวของสารประกอบที่กำหนดให้เป็นสารธรรมดา: ΔНº arr = –ΔНº การสลายตัว
กฎข้อที่สองของเทอร์โมเคมี: ผลทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมี , การไหลที่ความดันคงที่หรือที่ปริมาตรคงที่ ไม่ได้ขึ้นอยู่กับจำนวน ลำดับ และลักษณะของขั้นกลาง แต่จะถูกกำหนดโดยสถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายของระบบเท่านั้น
ผลที่ตามมาจากกฎข้อที่สองของเทอร์โมเคมี: ผลกระทบความร้อนของปฏิกิริยาเคมีเท่ากับผลรวมของเอนทาลปีของการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาลบด้วยผลรวมของเอนทัลปีของการก่อตัวของสารตั้งต้นที่อุณหภูมิที่กำหนด:
ΔН x.r = ΣΔН อาร์ prod – ΣΔН ตอบกลับ
เอนทาลปีของการก่อตัวของสารธรรมดาจะถือว่าเป็นศูนย์
ผลที่สองจากกฎข้อที่สองของเทอร์โมเคมี: ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีเท่ากับผลรวมของเอนทาลปีของการเผาไหม้ของสารตั้งต้นลบด้วยผลรวมของเอนทาลปีของการเผาไหม้ผลิตภัณฑ์ที่อุณหภูมิที่กำหนด:
ΔН x.r = ΣΔН ปฏิกิริยาที่เผาไหม้ – ΣΔН เผาไหม้ แยง.
เอนทาลปีของการเผาไหม้ของสารที่ไม่ติดไฟจะถือว่าเป็นศูนย์
ภายใต้ ความจุความร้อนทำความเข้าใจปริมาณความร้อนที่ต้องรายงานไปยังระบบเพื่อเพิ่มอุณหภูมิ 1 K มีความจุความร้อนที่ความดันคงที่ c p \u003d ΔH / ΔT ความจุความร้อนที่ปริมาตรคงที่ c v \u003d ΔU / ΔT มีความเกี่ยวข้องกันในลักษณะนี้:
c p = c v + R .
กฎเทอร์โมเคมีของเคียร์ชอฟฟ์: ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีที่อุณหภูมิหนึ่ง ΔН Т1 สัมพันธ์กับผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเดียวกันที่อุณหภูมิต่างกัน ΔН Т2 ผ่านการเปลี่ยนแปลงความจุความร้อนของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นของปฏิกิริยา Δс р ดังนี้:
ΔН Т2 = ΔН Т1 + ΣΔс р ΔT.
รวมหรือ ผลกระทบความร้อนทั้งหมดปฏิกิริยา รวมถึงการมีส่วนร่วมของเอนทาลปีที่แท้จริงของปฏิกิริยาเคมี ΔH c.r. , เอนทาลปีเปลี่ยนแปลงอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ΔН Т และการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีระหว่างการเปลี่ยนเฟสในระบบ ΔН f.p. : ΔN = ΔN ch.r. + ΔН Т + ΔН f.p.
ที่สำคัญที่สุดสำหรับเทอร์โมเคมีคือสูตรต่อไปนี้ กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์: เปลี่ยน เอนโทรปีสำหรับการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในระบบ จะเท่ากับอัตราส่วนของความร้อนที่ไหลเข้าสู่ระบบ Q (เช่น ΔН) ต่ออุณหภูมิสัมบูรณ์ Т: ΔS = ΔН/Т
เอนโทรปี S คือการวัดเชิงปริมาณของระดับความผิดปกติของระบบ ตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ เอนโทรปีถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงด้วยการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของระบบ ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างเอนโทรปีของสารเฉพาะภายใต้เงื่อนไขบางประการ ตัวอย่างเช่น ภายใต้มาตรฐาน ΔSº และการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีอันเป็นผลมาจากกระบวนการบางอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปฏิกิริยาเคมีภายใต้สภาวะมาตรฐาน ΔSº ch.r. . สามารถพบได้จากนิพจน์ที่คล้ายกับผลที่ตามมาของกฎข้อที่สองของเทอร์โมเคมี: ΔS x.r = ΣΔSº prod - ΣΔSº reag
สมการ Boltzmannการแสดงทางสถิติของเอนโทรปีได้รับ:
โดยที่ R คือค่าคงที่แก๊สสากล และ W คือความน่าจะเป็นทางอุณหพลศาสตร์ของการดำเนินการตามสถานะที่กำหนดของระบบ (จำนวนไมโครสเตตที่ระบบนี้สามารถรับรู้ได้)
พลังงานฟรี Gibbs G เป็นฟังก์ชันของสถานะของระบบ รวมทั้งเอนทาลปีและเอนโทรปี การเปลี่ยนแปลงในกระบวนการทางเคมีนั้นกำหนดโดยนิพจน์: ΔG = ΔN – ТΔS .
สภาวะทางอุณหพลศาสตร์ของการไหลที่เกิดขึ้นเองปฏิกิริยาเคมีประกอบด้วยข้อกำหนดในการลดพลังงานกิ๊บส์อิสระ: ถ้าเกิดปฏิกิริยา ΔG< 0, то такая реакция может протекать самопроизвольно в прямом направлении, если же ΔG >0 แล้วไม่มี
สภาวะสมดุลเคมีมีลักษณะเฉพาะ ค่าคงที่สมดุลปฏิกิริยาเคมีซึ่งเท่ากับอัตราส่วนของอัตราคงที่ของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับ: K p \u003d k ตรง / k arr
ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาสัมพันธ์กับพลังงานกิ๊บส์อิสระ: ΔG = – RT · ln K р ถ้า K p = 1 แล้ว ΔG = 0 และปฏิกิริยามีแนวโน้มที่จะดำเนินไปในทั้งสองทิศทางเท่ากัน ถ้า K p > 1 แล้ว ΔG< 0, и реакция смещена в сторону образования продуктов. Если K р < 1, то ΔG >0 ปฏิกิริยาดำเนินไปในทิศทางของการก่อตัวของรีเอเจนต์เป็นหลัก กล่าวคือ ปฏิกิริยาย้อนกลับมีอิทธิพลเหนือกว่า
หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ประกอบด้วยสิ่งต่อไปนี้: หากอิทธิพลภายนอกถูกกระทำต่อระบบเทอร์โมไดนามิกในสภาวะสมดุลทางเคมี ระบบจะถูกจัดเรียงใหม่ในลักษณะที่ผลกระทบของอิทธิพลภายนอกจะลดลง