3.1: Термодинаміка

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

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.