Спонтанный процесс - Spontaneous process

В термодинамика, а самопроизвольный процесс это эволюция во времени система в котором он выпускает свободная энергия и он переходит в более низкое, более термодинамически стабильное энергетическое состояние (ближе к термодинамическое равновесие ).^[1][2] Соглашение о знаке для изменения свободной энергии следует общему соглашению для термодинамических измерений, в котором высвобождение свободной энергии из системы соответствует отрицательному изменению свободной энергии системы и положительному изменению свободной энергии окружение.

В зависимости от характера процесса свободная энергия определяется по-разному. Например, Свободная энергия Гиббса изменение используется при рассмотрении процессов, происходящих при постоянном давление и температура условия, тогда как Свободная энергия Гельмгольца изменение используется при рассмотрении процессов, происходящих при постоянном объем и температурный режим. Величина и даже знак обоих изменений свободной энергии могут зависеть от температуры, давления или объема.

Поскольку самопроизвольные процессы характеризуются уменьшением свободной энергии системы, им нет необходимости приводить в движение внешний источник энергии.

По делам, связанным с изолированная система где нет обмена энергией с окружающей средой, самопроизвольные процессы характеризуются увеличением энтропия.

А спонтанная реакция это химическая реакция что является спонтанным процессом в интересующих условиях.

Обзор

В общем, спонтанность процесса только определяет, действительно ли процесс может происходят и не указывает на то, буду происходить. Другими словами, спонтанность - необходимое, но не достаточное условие для того, чтобы процесс действительно произошел. Более того, спонтанность не влияет на скорость, с которой может произойти спонтанность.

Например, превращение алмаза в графит - это самопроизвольный процесс при комнатной температуре и давлении. Несмотря на то, что этот процесс является спонтанным, этого не происходит, поскольку энергия разрыва прочных углерод-углеродных связей превышает выделение свободной энергии.

Использование свободной энергии для определения спонтанности

Для процесса, который происходит при постоянной температуре и давлении, спонтанность можно определить с помощью изменения Свободная энергия Гиббса, который определяется как:

${\displaystyle \Delta G=\Delta H-T\Delta S\,}$,

где знак Δграмм зависит от признаков изменения энтальпия (ΔЧАС) и энтропия (ΔS). Знак Δграмм изменится с положительного на отрицательный (или наоборот), где Т = ΔЧАС/ ΔS.

В случаях, когда Δграмм является:

• отрицательный, процесс спонтанный и может продолжаться в прямом направлении, как написано.
• положительный, процесс не является спонтанным, как написано, но он может протекать спонтанно в обратное направление.
• ноль, процесс находится в равновесии, без каких-либо чистых изменений с течением времени.

Этот набор правил можно использовать для определения четырех различных случаев, исследуя знаки ΔS и ΔЧАС.

• Когда ΔS > 0 и ΔЧАС <0, как написано, процесс всегда самопроизвольный.
• Когда ΔS <0 и ΔЧАС > 0, процесс никогда не бывает самопроизвольным, но обратный процесс всегда спонтан.
• Когда ΔS > 0 и ΔЧАС > 0 процесс будет самопроизвольным при высоких температурах и несамопроизвольным при низких температурах.
• Когда ΔS <0 и ΔЧАС <0 процесс будет самопроизвольным при низких температурах и несамопроизвольным при высоких температурах.

Для последних двух случаев температура, при которой изменяется спонтанность, будет определяться относительными величинами ΔS и ΔЧАС.

Использование энтропии для определения спонтанности

При использовании изменения энтропии процесса для оценки спонтанности важно внимательно рассмотреть определение системы и окружающей среды. В второй закон термодинамики утверждает, что процесс с участием изолированной системы будет спонтанным, если энтропия системы увеличивается со временем. Для открытых или закрытых систем, однако, утверждение должно быть изменено, чтобы сказать, что полная энтропия комбинированный система и окружение должны увеличиваться, или,

${\displaystyle \Delta S_{\textrm {total}}=\Delta S_{\textrm {system}}+\Delta S_{\textrm {surroundings}}\geq 0\,}$.

Затем этот критерий может быть использован для объяснения того, как энтропия открытой или закрытой системы может уменьшаться во время спонтанного процесса. Уменьшение энтропии системы может происходить спонтанно только в том случае, если изменение энтропии окружающей среды имеет положительный знак и большую величину, чем изменение энтропии системы:

${\displaystyle \Delta S_{\textrm {surroundings}}>0}$

и

${\displaystyle \left|\Delta S_{\textrm {surroundings}}\right|>\left|\Delta S_{\textrm {system}}\right|}$

Во многих процессах увеличение энтропии окружающей среды достигается за счет передачи тепла от системы к окружающей среде (то есть экзотермический процесс).

Смотрите также

• Эндергоническая реакция реакции, которые не являются спонтанными при стандартной температуре, давлении и концентрациях.
• Распространение спонтанное явление, минимизирующее свободную энергию Гиббса.

Рекомендации

1. Спонтанный процесс - Университет Пердью
2. Энтропия и спонтанные реакции В архиве 2009-12-13 на Wayback Machine - ChemEd DL