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


Fundamentals of Forensic DNA Typing / An introductory text on forensic DNA analysis, written by the foremost expert in the field.Fundamentals of Forensic DNA Typing
An introductory text on forensic DNA analysis, written by the foremost expert in the field.
Microbiology with Diseases by Taxonomy with MasteringMicrobiology (3rd Edition) / The Third Edition of Microbiology with Diseases by Taxonomy is the most cutting-edge microbiology book available, offering unparalleled currency, accuracy, and assessment. The state-of-the science approach begins with a compelling focus on emerging diseases and diseases students will encounter in clMicrobiology with Diseases by Taxonomy with MasteringMicrobiology (3rd Edition)
The Third Edition of Microbiology with Diseases by Taxonomy is the most cutting-edge microbiology book available, offering unparalleled currency, ...
Нелинейная динамика взаимодействующих популяций / Проведён анализ режимов динамического поведения в системах нескольких взаимодействующих популяций и их качественных перестроек при изменении условий. Предложена биологическая интерпретация выявленных режимов. Описан механизм квазистохастического поведения в системе трёх популяций. Предложена концепцНелинейная динамика взаимодействующих популяций
Проведён анализ режимов динамического поведения в системах нескольких ...
Микробиология / Книга состоит из двух частей: общей и специальной. В общей дано описание морфологии, физиологии, генетики, экологии микроорганизмов, влияния на них факторов внешней среды. В специальной описаны возбудители некоторых инфекционных болезней, микробиология кормов, продуктов и сырья животного происхожденМикробиология
Книга состоит из двух частей: общей и специальной. В общей дано описание ...