Второй закон термодинамики. Направление химических процессов.

Первый закон позволяет количественно оценить энергетические характеристики химических процессов, но он не может ответить на вопрос: возможен или не возможен тот или иной процесс, и в каком направлении он будет протекать. На этот вопрос отвечает второй закон термодинамики, который утверждает, что все природные и технологические процессы самопроизвольно могут протекать только в одном направлении, стремясь к состоянию равновесия. Пример:

а) теплота передается от горячего к холодному;

б) растворенные вещества равномерно распределяются по всему объему раствора.

Известно две формулировки второго закона термодинамики:

1.Теплота не может сама собой передаваться от холодного тела к горячему, не оставляя изменений в окружающей среде.

2. Различные виды энергии стремятся перейти в теплоту, а теплота в свою очередь стремиться рассеивается, т.е. теплоту не возможно полностью превратить в полезную работу.

Известно, что работа обусловлена направленным движением частиц, а теплота хаотичным движением частиц. Хаотичность, 6еспорндок в системе характеризует энтропия. Ростом энтропии (ΔS>0) сопровождаются самопроизвольно идущие процессы: испарение, диффузия. Возрастание энтропии происходит до наступления равновесия, при этом ΔS =0. Применительно к энтропии следствие закона Гесса: изменение энтропии химической реакции равно алгебраической сумме энтропии продуктов, за вычетом алгебраической суммы энтропий реагентов взятых с учетом стехиометрического количества реагентов и продуктов.

ΔS⁰р-ции.= ∑S⁰прод. ∑S⁰реаг.

В изолированных системах для самопроизвольных процессов ∆S>0, при этом протекает прямая реакция. Для не самопроизвольных процессов ΔS<0, протекает обратная реакция, а в состояний равновесия ΔS=0.Таким образом, второй закон термодинамики позволяет судить о вероятности протекания того или иного процесса, но для этого необходимо уметь определять ΔS системы и ΔS среды. В практике это сложно, т.к. необходимо учитывать все изменения происходящие в окружающей среде. Поэтому учеными были предложены другие термодинамические функции состояния системы, которые могут служить критериями возможности самопроизвольного протекания процессов, они в отличие от энтропии легко определяются. Для процессов, протекающих в изобарно-изотермических условиях, т.е. при Р и Т =const, таким критерием является величина ΔG - изменение энергии Гиббса. которое называется изобарно-изотермический потенциал (см. ранее).

Применительно к энергии Гиббса закон Гесса формулируется: приращение энергии Гиббса при образовании заданных продуктов из данных реагентов, при постоянных температуре и давлении, не зависит от числа и вида реакций, в результате которых образуются эти продукты.

Применительно к энергии Гиббса следствие из закона Гесса формулируется: изменение энергии Гиббса химической реакции равно алгебраической сумме энергий Гиббса образования продуктов, за вычетом алгебраической суммы энергий Гиббса образования реагентов, взятых с учетом стехиометрического количества реагентов и продуктов.

ΔG°р-ции Δ∑G°о6р. продуктов-∑ΔG°о6р.реагентов

На основе энергии Гиббса дают третью формулировку второго начала термодинамики: в изобарно-изотермических условиях самопроизвольно протекают только такие процессы, которые сопровождаются уменьшением энергии Гиббса (G<0). В состоянии равновесия энергия Гиббса не меняется, т.е. G=const, ΔG=0