Термодинамические функции, такие как свободная энергия Гиббса (G), энтальпия (H) и энтропия (S), играют ключевую роль в описании химических процессов и их спонтанности.

Свободная энергия Гиббса (G):

Изменение свободной энергии Гиббса (ΔG) определяет спонтанность химической реакции. Если ΔG < 0, реакция спонтанна (протекает самопроизвольно); если ΔG > 0, реакция не будет происходить. При ΔG = 0 система находится в равновесии.Свободная энергия Гиббса связана с энтальпией и энтропией уравнением: ΔG = ΔH - TΔS, где T — температура в Кельвинах.

Энтальпия (H):

Изменение энтальпии (ΔH) описывает теплоту, которая выделяется или поглощается в ходе реакции. Реакции с ΔH < 0 (экзотермические) могут способствовать спонтанности, если ΔS также увеличивается достаточно.Обе величины (ΔH и ΔS) влияют на ΔG. Например, в экзотермических реакциях с увеличением энтропии, реакция, скорее всего, будет спонтанной.

Энтропия (S):

Изменение энтропии (ΔS) измеряет уровень беспорядка или распределения энергии в системе. Увеличение энтропии (ΔS > 0) способствует спонтанности реакции. Например, реакции, которые приводят к образованию большего числа молекул из меньшего, как правило, увеличивают энтропию.При высокой температуре (большая T) влияние изменений энтропии на свободную энергию возрастает (TΔS становится значительным), что может привести к спонтанности даже для эндотермических реакций (ΔH > 0).Связь с спонтанностью:

Спонтанность химической реакции можно оценить, анализируя ΔG с учетом изменений ΔH и ΔS:

Если реакция экзотермическая (ΔH < 0) и/или увеличивает энтропию (ΔS > 0), то она, вероятно, будет спонтанной при всех условиях.Если реакция эндотермическая (ΔH > 0), но ее ΔS > 0 достаточно велико, то при определенных температурах реакция может быть спонтанной.Если обе величины отрицательные (ΔH < 0 и ΔS < 0), то реакция может быть спонтанной только при низких температурах.

Таким образом, изменение термодинамических функций в ходе реакции определяет возможность ее протекания, и понимание этих изменений позволяет предсказать спонтанность процесса.