化学における自発的なプロセスとは、外部エネルギーを必要とせずに起こるプロセスです。自発性は動力学や反応率とは無関係であるため、自発的なプロセスは迅速またはゆっくりと発生する可能性があります。ダイヤモンドからグラファイトへの炭素の変換は有名な例で、次のように表現できます:
C(s) (ダイヤモンド)→C(s) (グラファイト)
このプロセスには非常に長い時間がかかるため、人間のタイムスケールでは検出できないため、「ダイヤモンドは永遠に続く」というフレーズが生まれます。
自発性とは?
熱力学の第一法則に従って、孤立した系の総エネルギーは一定のままです。この規則は、熱の流れの方向を制限することなく、システムの仕事と吸収された熱の間のリンクも説明します。
一方、自然に発生するすべてのプロセスは、通常、一方向にのみ進行します。この文脈で「自発性」という用語は正確に何を意味するのでしょうか?自発的な変化の方向性に影響を与える多くの要素は何ですか?何がわかるか見てみましょう!
自発性は元に戻すことはできません。ただし、いくつかの外部エージェントを使用すると、実際にプロセスを逆にすることができます。すべてのシステムの予測不可能性の量は、そのエントロピーによって測定されます。
自発性の予測
一般に、総エントロピー変化は、活動の自発性を表す最も重要な指標です。ほとんどの化学反応は閉鎖系または開放系であるため、エンタルピーとエントロピーに変化があると主張するかもしれません.
エンタルピーの変化だけでは、このようなプロセスの自発性を説明できないと主張されています。エンタルピーは分子の動きにも影響を与え、ランダム性を高めたり低下させたりするからです。その結果、プロセスの自発性を説明するためにギブズ エネルギー変化を利用します。
ギブスの方程式
状態関数はギブス エネルギーです。広大な土地です。以下は、一定温度でのギブスエネルギー変化の一般式です:
ΔGsys =ΔHsys – TΔSsys
ΔGsys =システムのギブズエネルギー変化
ΔHsys =システムのエンタルピー変化
ΔSsys =システムのエントロピー変化
T =システムの温度
自発性の場合、総エントロピー変化、ΔStotal は常にゼロより大きくなります。
ΔStotal =ΔSsys + ΔSsurr
ΔStotal=プロセスの総エントロピー変化
ΔSsys =システムのエントロピー変化
ΔSsurr =周囲のエントロピー変化
自発性の方程式
予期せぬことは予測できるものです。反応の化学の全体的なエントロピーの変化。プロセスの自発性は、そのように特徴付けられます。このカテゴリには、ほぼすべての種類の化学反応が含まれます。
科学者はまた、エンタルピーの変化が予測不可能な化学反応の上昇または低下を助けるという仮説を立てました。分子の動きも影響を受けます。エントロピーの変化は偶然の結果としてしか考えられないため、これは不可能です。関与を待っている追加のプロセスも多数あります。
ギブのエネルギーを研究することで、学生は自然化学と方程式を完全に理解することができます。
自発性プロセスとは?
システムが熱平衡状態にあるとき、システムとその周囲との温度差は常にゼロです。
dT =0
エンタルピーの変化が原因です。環境は、システムがエンタルピーを失うのと同じ量のエンタルピーを獲得します。その結果、科学者はシステムと環境のエントロピーの変化を表す方程式を提案しました。
ΔSsurr=ΔHsurr/T=−ΔHsys/T
ΔSTotal=ΔSsys+(−ΔHsys/T)
ΔHsurr =周囲のエンタルピー変化
ΔHsys =システムのエンタルピー変化
ΔStotal>0
自発プロセスの場合、エントロピー変化は常にゼロより大きくなります。したがって、
TΔSsys – ΔHsys> 0
ΔHsys– TΔSsys <0
ギブの式で「ΔGsys<0」と言われています。 /P>
自発性のタイプ
イニシエータを必要とせずに行われるプロセス
砂糖を水に溶かすと、溶液になります。
蒸発とは、水域から水が蒸発するプロセスです。
一酸化窒素と酸素が相互作用すると、二酸化窒素が生成されます。
水素とヨウ素の反応により、ヨウ化水素が生成されます。
独自に発生するが、開始する必要があるプロセス
点火は、ろうそくに点火するプロセスを開始します。
熱によって炭酸カルシウムが加熱され、酸化カルシウムと二酸化炭素が放出されます。
水の生成につながる水素と酸素の相互作用は、電気火花によって開始されました。 2H2+O2 =2H2O
二酸化炭素と水を生成するメタンと酸素の相互作用は、点火によって開始されます。
結論
自発的な化学反応において、システムのギブズエネルギーのエネルギー変化がゼロ未満であることがわかった場合、それは自発的なプロセスではないことがわかります。この関係は、自発的な反応にも当てはまると推測できます。発熱反応の場合、システムのエンタルピーは負です。その結果、すべての発熱反応は自発的です。ギブスの自由エネルギーは、吸熱過程で負になります。温度が上昇したときやエントロピーの変化が非常に大きいときなど、特定の状況下でのみ発生します。
