Kasdieniniame gyvenime ir laboratorijose vyksta spontaniškos reakcijos ir transformacijos, o kitose - ne spontaniškos. Pavyzdžiui, visas degimas yra savaiminė reakcija, nes jį pradėjus, jis tęsis tol, kol bus sunaudotas visas kuras arba kol dings visas deguonis.
Kita vertus, elektrolizė yra nesavaiminis procesas, kurio metu elektros energija virsta chemine energija. Pavyzdys yra natrio chlorido (NaCl) elektrolizė. Kai praeina elektros srovė per šią išlydytą druską, vyksta redoksinės reakcijos ir susidaro metalinis natris (Nas) ir chloro dujos (Cl2 g)). Jei nustosime maitinti elektros srovę, reakcija nebus tęsiama savaime, o tai rodo, kad ji nėra savaiminė.
Reakcijos spontaniškumą galima išmatuoti naudojant Gibbso-Helmholco lygtis, pateiktas žemiau:
Ant ko:
∆G = laisvosios energijos kitimas;
∆H = entalpijos pokytis;
T = temperatūra Kelvine (visada teigiama);
∆S = entropijos pokytis.
Ši lygtis gavo savo pavadinimą, nes ją pasiūlė amerikiečių fizikas Dž. Willardas Gibbsas (1839–1903) ir vokiečių fizikas Hermannas Helmholtzas (1821–1894).
Norėdami geriau suprasti, kaip ši lygtis padeda mums nustatyti reakcijos spontaniškumą, trumpai apžvelkime kiekvieną iš joje dalyvaujančių sąvokų:
- ∆H (entalpijos kitimas): Enalpija (H) yra medžiagos energijos kiekis. Kol kas nežinoma, kaip tai nustatyti. Praktiškai pasiekiama išmatuoti proceso entalpijos kitimą (∆H) naudojant kalorimetrus. Šis variantas yra energija, kuri išsiskyrė arba absorbuota proceso metu.
- ∆S (entropijos variacija):Entropija (S) yra termodinaminis dydis, kuris matuoja sistemos sutrikimo laipsnį.
Pavyzdžiui, tirpstant ledui, molekulės pereina iš kietos į skystą būseną, kur yra didesnis dezorganizavimas. Tai reiškia, kad šiame procese entropija padidėjo (∆S> 0).
Gaminant amoniaką (NH3), 1 mol azoto dujos reaguoja su 3 mol vandenilio dujomis (t. Y. 4 mol molekulėmis reaguojančiose medžiagose), susidaro 2 mol amoniako:
N2 g) +3 H2 g) → 2 NH3 g)
Kadangi šiame procese molekulių skaičius dujų fazėje mažėja, dezorganizacija sumažėjo, o tai reiškia, kad sumažėjo ir entropija (∆S <0).
- ∆G (laisva energija): Laisva energija arba Gibso laisva energija (nes tai pasiūlė tik šis mokslininkas 1878 m.) yra naudinga sistemos energija, naudojama darbui atlikti.
Sistema turi pasaulinę energiją, tačiau tik dalis tos energijos bus naudojama darbui atlikti, tai vadinama laisva Gibso energija, kurią simbolizuoja G.
Pasak Gibbso, procesas laikomas spontanišku, jei jis atlieka darbą, tai yra, jei G sumažėja. Šiuo atveju galutinė transformacijos būsena bus stabilesnė nei pradinė, kai ∆G <0.
Remdamiesi tuo, galime daryti išvadą:
Mes taip pat galime pamatyti, ar procesas bus spontaniškas, pažvelgdami į algebrinį ∆H ir ∆S ženklą Gibbso-Helmholtzo lygtyje:
Jennifer Fogaça
Baigė chemiją
Šaltinis: Brazilijos mokykla - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/energia-livre-gibbs.htm