반응의 자발성의 방향과 결과를 나타 내기 위해 열역학에 새로운 상태 함수가 도입되었습니다. 상태 기능은 내부 에너지 (U), 엔탈피 (H), Gibbs의 자유 에너지 (G) 및 엔트로피와 같은 시스템 상태를 결정하는 데 도움이되는 물리적 특성입니다. 상태 함수는 시스템에 의해 취한 경로에 관계없이 유한 변경 (δ)으로 표시되는 초기 금액과 최종 금액 만 고려하여 수량 변화를 계산할 수있는 기능입니다. 이와는 달리, 작업 (W)과 같은 변화를 가져 오는 데 사용되는 경로에 의존하는 경로 함수가 있습니다.
자발성은 일반적인 반응에 적용될 수있는 자발적 인 특성입니다. 반응은 자체적으로 발생하는지 또는 가열, 촉매 등과 같은 외부 힘을 통해 발생하는지에 따라 자발적이거나 자발적 일 수 있습니다. 자발적 반응은 즉시 발생하는 경향이 있으며 일반적으로 빠른 반응입니다. 자발적 비 반응은 대부분 느리고 제품에 대한 반응을 밀기 위해 약간의 구동력이 필요합니다.
열역학의 첫 번째 법칙
열역학의 첫 번째 법칙은 시스템의 열 내 함량과 시스템의 작업 사이의 관계를 설명합니다. 따라서, 징후가 언급된다 :
시스템 (-W)
에서 수행 한 작업시스템에서 수행 된 작업 (+W)
시스템에 의해 흡수 된 열 (+q)
열은 시스템 (-q)
에 의해 진화합니다열역학의 첫 번째 법칙은 반응의 방향과 관련된 것을 진술하지 않습니다.
컨텐츠 브리핑
열은 한 방향, 즉 더운 몸에서 더 차가운 몸으로 만 흐릅니다. 가스 실린더 비우기, 뜨거운 커피 컵에서 열 전달 등과 같은 모든 자연 과정은 한 방향으로 만 발생합니다. 이러한 반응은 외부 소스를 중지하거나 역전시키는 데 사용되지 않는 한 멈출 수 없거나 되돌릴 수없는 돌이킬 수없는 반응이라고합니다. 모든 자발적인 반응은 돌이킬 수 없으며 한 방향으로 만 발생하며 외부 지원 없이는 스스로 역전 할 수 없습니다.
.예 :산에서 물이 떨어지는 것은 자연스럽고 자발적이며 한 방향으로 만 발생하지만 물이 땅에서 오르막으로 이동하려면 에너지 원이 필요합니다. 따라서 폭포는 자발적이지만 오르막길을 움직이는 것은 자발적이지 않습니다. 반응의 자발성은 반응의 방향을 설명하는 열역학 제 2 법칙과 관련이 있습니다.
열역학 제 2 법칙
열역학 제 2 법칙에 대한 많은 정의가 있습니다. 분리 된 시스템의 모든 열 에너지를 작동하도록 변환 할 수 없다는 것은 시스템의 열과 작업 사이의 관계입니다. 두 번째 법칙은 반응이 금지되어 있는지 여부를 예측하는 엔트로피의 개념을 소개합니다. 그러나 그것은 열역학의 첫 번째 법칙 인 에너지 보존 법칙을 준수하며 자발적인 과정의 예측에 필요한 기준을 제공합니다.
엔트로피는 자발성을위한 기준입니까?
엔트로피는 시스템 장애의 척도입니다. 일반적으로 엔트로피는 시스템 및 주변의 엔트로피를 고려하여 온도 변화로 돌이킬 수없는 시스템을 위해 함께 추가하여 계산할 수 있습니다.
Δsirr =s syst + s arp
자발적인 공정을위한 구동력
ΔH =0과의 반응을 고려하십시오. 즉, 엔탈피 (h)에는 변화가 없지만 과정은 자발적입니다. 이를 이해하기 위해, 우리는 서로 다른 가스의 입자가 혼합되는 닫힌 분리 용기에 두 개의 가스를 혼합하여 시스템의 무작위성을 증가시킬 수 있습니다. 화학 반응의 경우, 우리는 반응물 및 생성물의 배열이 다른 원자와 분자의 무작위성에 대해 이야기합니다. 반응이 무작위성이 커지면 엔트로피가 크고 무작위성이 낮 으면 엔트로피가 더 낮은 값입니다.
.열이 시스템에 추가되면 입자가 에너지를 얻고 모든 방향으로 자유롭고 무작위로 서로 멀어지면 무작위성이 높아집니다. 따라서 더 높은 온도의 시스템은 엔트로피 또는 임의성이 더 큽니다. 저온에서 시스템에 공급되는 열은 고온에서 제공되는 열보다 더 큰 엔트로피를 생성합니다.
ΔS =QREV/t
자발적인 과정에 대한 엔트로피의 전반적인 변화는 다음과 같습니다.
Δstotal =Δssys + Δssurr> 0
자발적 프로세스의 엔트로피는 0보다 큰 것으로 알려져 있습니다. 이는 양수입니다.
엔트로피는 시스템이 평형 상태에 있고 엔트로피의 변화는 0입니다.
ΔS =0
자발적 공정을위한 엔트로피가 최대에 도달 할 때까지 증가하고 평형이라는 상태가 0.
인 평형이라는 상태가 증가합니다.가역적 프로세스의 경우 다음 공식을 사용하여 엔트로피를 계산할 수 있습니다.
Δssys =qrev.sys/t
등온 조건 하에서 가스의 가역적이고 돌이킬 수없는 확장에 대한 공식은 ΔU =0이지만 ΔStotal =ΔSSYS + ΔSsurr는 0과 같지 않습니다. 프로세스.
엔트로피 표시 :
자발적인 프로세스의 엔트로피는 높고 0보다 크기 때문에 양의 부호를 섭취합니다. ΔS =+ve.
이것은 자발적인 과정에서 임의성이 증가 함을 의미합니다.
예 :아이스 큐브가 녹을 때, 우리는 항상 외부의 도움없이 액체로 변하는 것을 관찰하지만 액체는 얼음 형태로 만들기 위해 약간의 힘이 필요합니다. 따라서, 얼음에서 액체는 자발적이며, 입자는 얼음으로, 액체 물에서 더 무작위로 주문됩니다. 이 과정은 무작위성이 증가하는 방향으로 움직이고 있습니다. 엔트로피는 양수입니다.
비기 자발적 프로세스의 엔트로피는 낮으며, 이는 0보다 작으므로 음의 부호 ΔS =-Ve.
를 차지합니다.예 :액체를 가열하면 증기를 형성하도록 가열됩니다. 액체 입자는 증기 형태보다 더 순서가 있습니다.
음의 엔트로피는 :시스템의 엔트로피가 감소하면 입자가 더 순서대로 배열된다는 것을 의미합니다. 예를 들어, 동결 공정에서 물은 물 입자가 자유롭게 흐르고 얼음 입자가 포장되는 얼음으로 변합니다. 시스템의 변화는 임의의 방식에서 조직화 된 방식으로입니다. 이 경우 엔트로피는 초기보다 감소하고 음성이됩니다. 증기의 응축, 응고 등과 같은 다른 과정.
음성 엔트로피를 어떻게 달성 할 수 있습니까?
자연적 또는 자발적 프로세스는 자체적으로 발생하지만 자발적이지 않은 프로세스는 외부 보조제가 필요합니다. 예 :얼음으로 변하는 물은 자발적이지 않습니다. 냉장고를 사용하여 동결하려면 전기 에너지가 필요합니다. 마찬가지로 우물에서 오버 헤드 탱크로의 물은 모터로 펌핑하기 위해 전기가 필요합니다. 자발적이지 않은 프로세스에서, 프로세스는 시스템이 임의에서 순서대로 바뀌는 성격에 대해 외부 에너지가 필요한 특성에 대해 발생합니다.
결론
엔트로피는 시스템 장애의 척도입니다. 시스템 및 주변의 엔트로피를 고려하고 온도 변화로 돌이킬 수없는 시스템을 위해 함께 추가하여 계산할 수 있습니다. 엔트로피는 양수 또는 부정적 일 수 있습니다. 자발적인 과정에서 엔트로피가 높을 때 긍정적 인 징후를 겪고, 자발적이지 않은 과정에서 엔트로피가 낮을 때 부정적인 부호를냅니다.
