ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Термодинамические величины. Внутренняя энергия и энтальпия из "Общая химия 1982" Известно, что в механических системах устойчивое равновесие соответствует минимуму потенциальной энергии системы. Так, шарик самопроизвольно скатывается из положения а на наклонной поверхности (рис. 69), причем его потенциальная энергия переходит сначала в кинетическую энергию движеиия шарика как целого, а затем в энергию теплового движения молекул. В положении б шарик находится в равновесии. [c.190] Естественно предположить, что и химические процессы должны самопроизвольно протекать в направлении уменьшения внутренней энергии системы, т. е. в направлении, отвечающем положительному тепловому эффекту реакции. Действительно, опыт показывает, что при обычных условиях самопроизвольно протекают преимущественно экзотермические реакции. [c.190] Из громадного числа частнц состоят и химические системы. Поэтому неудивительно, что и здесь тенденция к достижению минимума внутренней энергии не является единственным фактором, определяющим их поведеппе. [c.191] Для того чтобы составить представление о втором факторе, влияющем на направление реакций, рассмотрим какой-либо самопроизвольно протекающий процесс, не сопровождающийся тепловым эффектом. Примером такого процесса может служить расширение разреженного газа. [c.191] Очоз дно, что то ИЛИ иное макросостояние системы там болев вероятно, чем большим числом микросостояний оно может осуществиться. В рассматриваемом случае (две молекулы) равномер-1 0е распределение газа по сосуду вдвое вероятнее, чем пере.ход всего газа в часть сосуда А. [c.192] Теперь, следовательно, вероятность разномерного распределен ння молекул газа по всему объему сосуда оказывается заметно более высокой, чем вероятность их перехода в одну нз его частей. Естественно, что равномерное распределение газа будет наблюдаться гораздо чаще, чем полное его сосредоточение в части сосуда. [c.193] Теперь явление самопроизвольного сжатия газа, т. е. сосредоточения всех его молекул в одной из частей сосуда, будет наблюдаться еще реже равномерное же распределение газа по всему сосуду становится еще более вероятным. [c.193] Таким образом, с ростом числа молекул вероятность беспорядочного, равномерного распределения газа в сосуде очень быстро возрастает, а самопроизвольное сжатие газа становится все менее вероятным процессом. Если мы вспомним теперь, что макроскопические количества газа содержат огромное число молекул, то станет ясно, что в реальном опыте самопроизвольное сжатие газа представляет собой процесс практически невозможный, и что самопроизвольно будет протекать обратный процесс расширения газа, приводяш,ий к равномерному, беспорядочному распределению его молекул по всему объему сосуда. [c.193] Рассмотренное нами явление расширения газа представляет собой пример проявления принципа направленности процессов к наиболее вероятному состоянию, т. е. к состоянию, которому соответствует максимальная беспорядочность распределения частнц. Направление самопроизвольного протекания химических реакций и определяется совокупным действием двух факторов тенденцией к переходу системы в состояние с наи.ченыией внутренней энергией и тенденцией к достижению наиболее вероятного состояния. [c.193] В системах соль — вода минимум внутренней энергии в большинстве случаев соответствует кристаллическому состоянию соли. Одиако наиболее вероятное состояние системы достигается при беспорядочном распределении соли в жидкой воде. В результате oBiMe THoro действия этих двух факторов устанавливается равновесие, соответствующее определенной концентрации насыщенного раствора соли. [c.194] При химических реакциях в силу принципа направленности процессов к минимуму внутренней энергии атомы соединяются в такие молекулы, при образовании которых выделяется наибольшее количество энергии. В силу же принципа направленности процессов к наиболее вероятному состоянию протекают такие реакции, в ходе которых возрастает число частиц (например, реакции разложения молекул на атомы) или число возможных состояний атомов. [c.194] Тенденция к переходу в состояние с наименьшей внутренней энергией проявляется при всех температурах в одинаковой степени. Тенденция же к достижению наиболее вероятного состояния проявляется тем сильнее, чем выше температура. Поэтому при низких температурах в большинстве случаев практически сказывается только влияние первой из этнх тенденций, в результате чего реакции самопроизвольно протекают в направлении экзотермического процесса. По мере возрастания температуры равновесие в химических системах все больше и больше сдвигается в сторону реакций разложения или увеличения числа состояний атомоз. При этом каждой температуре отвечает состояние равновесия, характеризующееся определенным соотношением концентраций реагирующих веществ и продуктов реакции. [c.195] Оба рассмотренные фактора, а также результат нх совместного действия, можно выразить количественно. Величины, с помошью которых это делается, изучаются в разделе физики — тер м о д и -н а м и к е и называются термодинамическими в е л и ч и -н а м и. К ним относятся, в частности, внутренняя энергия, энталь-пияа энтропия энергня Гиббса. [c.195] Здесь Су — мольная теплоемкость вещества при постоянном объеме п — число молей вещества АТ — разность между конечной и начальной температурами. [c.196] В случае химической реакции, протекающей без изменения объема системы, изменение внутренней энергии равно взятому с обратным знаком тепловому эффекту этой реакции. [c.196] Вернуться к основной статье