3.1: Термодинаміка

Last updated
Save as PDF

Page ID: 20166

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Термодинамічні параметри при зміні стану необхідні для опису хімічного зв'язку, структури та реакції. Це справедливо і в неорганічній хімії, і найважливіші поняття в термодинаміці описані в цьому розділі. Навіть прості термодинамічні знання значно корисні для оцінки того, чи є структури сполук стабільними та ймовірністю спонтанних реакцій, а також для розрахунків теплоти реакції, визначення механізму реакції та розуміння електрохімії.

Ентальпія

Оскільки ентальпія - це тепловміст системи під постійним тиском, зміна\(\Delta\) Н негативна в екзотермічній реакції, а позитивна в ендотермічній реакції. Стандартна ентальпія реакції,\(\Delta\) H ⁰, - це зміна ентальпії між 1 моль продуктів і реагентів у стандартному стані (10 ⁵ Па і 298,15 К). Стандартна ентальпія освіти,\(\Delta\) H _f ⁰, з'єднання є стандартною реакційною ентальпією для утворення сполуки з його складових елементів. Оскільки ентальпія є функцією стану, то стандартна реакційна ентальпія розраховується шляхом визначення стандартної ентальпії утворення простих речовин, що дорівнює нулю. А саме,

\[\Delta H^{0} = \Sigma n \Delta H_{f}^{0}\; (product) - \Sigma n \Delta H_{f}^{0}\; (reactant)\]

Ентропія

Ентропія - це функція стану, і є критерієм, що визначає, чи можна досягти одного стану спонтанно з іншого стану. Другий закон термодинаміки стверджує, що ентропія, S, ізольованої системи збільшується при спонтанній зміні. А саме,

\[\Delta S > 0\]

Термодинамічно незворотний процес виробляє ентропію. Ентропія пов'язана з розладом системи в статистичній темодинаміці наступним чином:

\[S = k \ln W\]

k - константа Больцмана, а W - число розташування атомів або молекул системи з однаковою енергією, і відповідає ступеня розладу. Оскільки ентропія стає більшою, тим більше розлад системи.

Енергія Гіббса

Ця величина визначається як

\[\Delta G = \Delta H - T \Delta S\]

Спонтанна реакція виникає, коли енергія Гіббса реакції негативна при постійній температурі і тиску. Стандартна вільна енергія Гіббса\(\Delta\) G ⁰ пов'язана з постійною рівноваги K реакції.

\[A \xrightleftharpoons{K} B \ldotp\]

\[\Delta G^{0} = - RT \ln K\]

K більше 1, коли\(\Delta\) G ⁰ стає негативним, а реакція протікає вправо.