Напрямок протікання хімічних реакцій
I закон термодинаміки дозволяє розраховувати теплові ефекти різних процесів, але не дає інформацію про направлення протікання процесу.
Для протікають в природі процесів відомі дві рушійні сили:
1. Прагнення системи перейти в стан з найменшим запасом енергії;
2. Прагнення системи до досягнення найбільш ймовірного стану, яке характеризується максимальною кількістю незалежних частинок.
Перший фактор характеризується зміною ентальпії. Розглянутий випадок повинен супроводжуватися виділенням теплоти, отже, DH <0.
Другий фактор визначається температурою і зміною ентропії.
Ентропія (S) - функція стану системи, яка відображає ймовірність реалізації того чи іншого стану системи в процесі теплообміну.
Як і енергія, ентропія не відноситься до числа експериментально визначених величин. В оборотному процесі, що протікає в ізотермічних умовах, зміна ентропії можна розрахувати за формулою:
з якої видно, що розмірність ентропії Дж / К або Дж / (моль × К).
У незворотних процесах виконується нерівність:
Це означає, що при незворотному протіканні процесу ентропія зростає завдяки переходу в теплоту частини роботи.
Таким чином, в оборотних процесах система здійснює максимально можливу роботу. При необоротний процес система завжди робить меншу роботу.
Перехід втраченої роботи в теплоту є особливістю теплоти як макроскопічно невпорядкованою форми передачі енергії. Звідси виникає трактування ентропії як міри безладдя в системі:
При збільшенні безладу в системі ентропія зростає і, навпаки, при упорядкування системи ентропія зменшується.
Так, в процесі випаровування води ентропія збільшується, в процесі кристалізації води - зменшується. У реакціях розкладання ентропія збільшується, в реакціях з'єднання - зменшується.
Фізичний сенс ентропії встановила статистична термодинаміка. Відповідно до рівняння Больцмана:
.
де k - постійна Больцмана, яка дорівнює 1,38 × 10 - 23 Дж × К - 1,
W - число способів, якими система може здійснити своє макросостояніе. Величину W також називають термодинамічної ймовірністю.
Статистична трактування поняття ентропії означає, що на відміну від енергії, яка властива кожній окремій частці, ентропія відображає властивості набору частинок. Окрема частка ентропією не володіє.
Якщо оборотний процес протікає в ізобарно-ізотермічних умовах, то повинні виконуватися наступні співвідношення: