Б. Энтальпия и энтропия

Теплота реакции ΔH и изменение свободной энергии ΔG не всегда имеют сравнимые значения. В действительности известны реакции, протекающие спонтанно (ΔG меньше 0) несмотря на то, что являются эндотермическими (ΔH больше 0). Это происходит потому, что на прохождение реакции оказывает влияние изменение степени упорядоченности системы. Мерой изменения упорядоченности системы служит изменение энтропии ΔS.

Энтропия системы тем выше, чем больше степень неупорядоченности (беспорядка) системы. Таким образом, если процесс идёт в направлении увеличения неупорядоченности системы (а повседневный опыт показывает, что это наиболее вероятный процесс), ΔS — величина положительная. Для увеличения степени порядка в системе (ΔS больше 0) необходимо затратить энергию. Оба этих положения вытекают из фундаментального закона природы — второго закона термодинамики. Количественно зависимость между изменениями энтальпии, энтропии и свободной энергии описывается уравнением Гиббса-Гельмгольца:

ΔG = ΔН — Т×ΔS

Поясним зависимость этих трёх величин на двух примерах.

Взрыв гремучей смеси (1) — это взаимодействие двух газов — кислорода и водорода — с образованием воды. Как и многие окислительно-восстановительные реакции (см. Окислительно-восстановительные процессы), это сильно экзотермический процесс (т. е. ΔН меньше 0). В то же время в результате реакции возрастает степень упорядоченности системы. Газ с его хаотически мигрирующими молекулами перешёл в более упорядоченное состояние — жидкую фазу, при этом число молекул в системе уменьшилось на 1/3. В результате увеличения степени упорядоченности (ΔS меньше 0) член уравнения — Т×ΔS — величина положительная, однако это с избытком компенсируется ростом энтальпии: в итоге происходит высоко экзергоническая реакция (ΔG меньше 0).

При растворении в воде поваренной соли (2) ΔH — величина положительная, температура в сосуде с раствором, т. е. в объёме раствора, снижается. Тем не менее процесс идёт спонтанно, поскольку степень упорядоченности системы уменьшается. В исходном состоянии ионы Na+ и Cl- занимали фиксированные положения в кристаллической решётке. В растворе они перемещаются независимо друг от друга в произвольных направлениях. Снижение упорядоченности (ΔS меньше 0) означает, что член уравнения — Т×ΔS имеет знак минус. Это компенсирует ΔH и в целом ΔG — величина отрицательная. Подобные процессы принято называть энтропийными.


Основы биохимии. Физическая химия / Энтальпия и энтропия

Статьи раздела «Энтальпия и энтропия»:

Следущая статья   |   — Вернуться в раздел


Practical Forensic Microscopy: A Laboratory Manual / Forensic Microscopy: A Laboratory Manual will provide the student with a practical overview and understanding of the various microscopes and microscopic techniques employed within the field of forensic science. Each laboratory experiment has been carefully designed to cover the variety of evidence dPractical Forensic Microscopy: A Laboratory Manual
Forensic Microscopy: A Laboratory Manual will provide the student with a practical overview and understanding of the various microscopes and ...
Фотосинтез: физико-химический подход / Подробно обосновывается предложенная автором (1995) принципиально новая концепция фотосинтеза. Согласно ей источником кислорода (водорода) при фотосинтезе служит не вода, а пероксид водорода экзо- и эндогенного происхождения. Убедительно показана необходимость участия в фотосинтезе тепловой энергии,Фотосинтез: физико-химический подход
Подробно обосновывается предложенная автором (1995) принципиально новая концепция ...
Прикладная молекулярная биология. Изд.2 / В учебном пособии изложены основы молекулярной биологии, а также направления приложения закономерностей молекулярной биологии для практического использования. Рассмотрены системная организация живого вещества на биосферном и молекулярном уровнях, структурная организация макромолекул, функции биополиПрикладная молекулярная биология. Изд.2
В учебном пособии изложены основы молекулярной биологии, а также направления ...
Молекулярная биология / Книга посвящена ряду актуальных проблем молекулярной биологии (молекулярный механизм и биохимия сокращения мышцы, ультраструктура нервного волокна и молекулярные процессы, связанные с возбуждением нерва, структура белка и мукополисахаридов). Она содержит много интересных фактов и заслуживающих внимаМолекулярная биология
Книга посвящена ряду актуальных проблем молекулярной биологии (молекулярный ...