Yfirlit
Þessi fyrirlestur útskýrir af hverju alheimurinn hefur tilhneigingu til óreiðu (kaos) með því að ræða óreiðu (entropy), aðra lögmál varmafræðinnar, og frjálsu orku Gibbs, og hvernig þessi hugtök ákvarða hvort efnahvörf gerist sjálfkrafa.
Anna lögmál varmafræðinnar og óreiða
- Alheimurinn kýs óreiðu því það eru fleiri óreiðuleg ástand en skipulögð.
- Anna lögmál varmafræðinnar segir: hvert sjálfkrafa ferli eykur óreiðuna (entropy) í alheiminum.
- Ferli sem minnka óreiðu krefjast vinnu og eru yfirleitt ómöguleg í heild.
- Óreiða (S) mælir sameinda-óreiðu eða handahóf.
Sjálfkrafa ferli og útreikningur á óreiðu
- Sjálfkrafa ferli á sér stað án þess að þörf sé á ytri orku.
- Sjálfkrafa þýðir í efnafræði varmafræðilega mögulegt, ekki endilega hratt.
- Óreiða er ástandsfall (fer aðeins eftir núverandi ástandi, ekki leiðinni).
- Breyting í óreiðu (ΔS) er reiknuð eins og entalpía (ΔH): summa afurða mínus summa hvarfefna, með stöðluðum gildum.
Frjáls orka Gibbs og sjálfkrafa efnahvörf
- Frjáls orka Gibbs (G) mælir orku tiltæka til að vinna gagnleg verk í kerfi.
- ΔG = ΔH – TΔS, þar sem T er hiti í Kelvín.
- Ef ΔG er neikvætt, er hvarfið sjálfkrafa; ef jákvætt, ó-sjálfkrafa; ef núll, í jafnvægi.
- Hvarf getur verið entalpíu- eða óreiðudrifið (ΔH eða TΔS ríkjandi).
Dæmi: Hvarf baríumhýdroxíðs og ammóníumklóríðs
- Þetta hvarf er sjálfkrafa þótt það taki upp varma (ΔH jákvætt).
- Hvarfið leiðir til mikillar aukningar á óreiðu (ΔS jákvætt og mikið).
- Við 25°C (298 K) er TΔS meira en ΔH, svo hvarfið er óreiðudrifið.
- Útreikningur á ΔG sýndi að það var neikvætt, sem staðfesti að hvarfið er sjálfkrafa.
Lykilhugtök og skilgreiningar
- Óreiða (S) — mælikvarði á sameinda-handahóf eða óreiðu.
- Anna lögmál varmafræðinnar — hvert sjálfkrafa ferli eykur óreiðu alheimsins.
- Sjálfkrafa ferli — á sér stað án ytri orkuframlags.
- Ástandsfall — eiginleiki sem fer aðeins eftir núverandi ástandi kerfis.
- Frjáls orka Gibbs (G) — orka tiltæk til verkamanna; spáir fyrir um sjálfkrafa ferli.
- ΔG = ΔH – TΔS — jafna fyrir frjálsa orku Gibbs.
Verkefni / Næstu skref
- Æfa sig í að reikna ΔS, ΔH, og ΔG fyrir sýnishvörf.
- Endurskoða stöðluð entalpíu-, óreiðu- og frjálsu orkutöflur í kennslubókinni þinni.