Vajon megjósolható, hogy egy kémiai vagy fizikai változás végbemegy-e vagy sem? A kémiai termodinamika alapján megállapítható, hogy egy folyamat lezajlik-e önmagától, és mekkora változásra kerülhet sor az egyensúly elérése elôtt. Arról, hogy egy változás elég gyors-e ahhoz, hogy észlelhessük, a kinetikai vizsgálatok adhatnak felvilágosítást.

A mindennapi élet számos termodinamikai példát kínál. Ha a vizet fel akarjuk forralni, energiát kell adnunk a rendszernek. A változás nem zajlik le önmagától. Sok olyan anyag van, amely önmagától feloldódik a vízben. Az oldódás exoterm vagy endoterm változás.

A termodinamika fôtételei

A kémiai termodinamika három alapelvre épül; ezeket a termodinamika fôtételeinek nevezik.
Az elsô fôtétel az energia megmaradásának törvénye.
A második fôtétel az entrópia növekedését mondja ki.
A harmadik fôtétel azt állítja, hogy van olyan hômérséklet, amelyet soha nem lehet elérni. Ez az abszolút nulla fok.

Az entrópia a rendszer rendezetlenségének mértéke.

• A konfigurációs rendezetlenség attól függ, hogy az atomok és molekulák hogyan töltik be a teret. A szilárd testek entrópiájánál nagyobb a folyadékoké, a folyadékokénál pedig a gázoké, mert a részecskék többféle elrendezôdést vehetnek fel.
  
• A termikus rendezetlenség attól függ, hogy a teljes energia hogyan oszlik meg az összes atom és molekula között. Magasabb hômérsékleten a részecskék többféle módon osztozhatnak az energián, ezért nagyobb a rendszer entrópiája.

Kérdések az entrópiáról

Válassza ki a párok közül azt a rendszert, amelyiknek nagyobb az entrópiája. Magyarázza meg a választást.

A 18,0 g 0 ^oC-os jég --- 18,0 g ^oC-os víz

B 36,0 g 0 ^oC-os jég --- 22,0 g 0^oC-os jég

C Egy 25^oC-os, 10 literes tartály, amelyben 2 mól NH₃ van --- egy 25^oC-os, 10 literes tartály, amelyben 1 mól N₂ és 3 mól H₂ van.

D 18,0 g 25^oC-os víz --- 18,0 g 75^oC-os víz.

Válaszok

A A jégben és a vízben a molekulák átlagos kinetikus energiája megegyezik, mert a két rendszer azonos hômérsékletű. De a jégben a vízmolekulák csak az egyensúlyi helyzetük körül rezeghetnek, míg a vízben nemcsak rezeghetnek, hanem el is mozdulhatnak. Tehát 18,0 g (folyékony) víz entrópiája nagyobb, mint 18,0 g jégé.

B Az entrópia arányos az anyag mennyiségével. 36,0 g ^oC-os jég entrópiája nagyobb, mint 22,0 g ugyanilyen hômérsékletű jégé.

C Mindkét rendszer 2 mól N₂-t és 6 mól H₂-t tartalmaz azonos térfogatban. De az NH₃-tartályban 2 mól részecske mozoghat egymástól függetlenül, míg a másikban 4 mól. A N₂ és a H₂ elegyében nagyobb a konfigurációs rendezetlenség: a keveréknek nagyobb az entrópiája.

D A 75^oC-os vízben nagyobb a molekulák átlagos kinetikus energiája. Több energia áll a molekulák rendelkezésére, és többféle módon osztozhatnak rajta. Ha az anyag hômérséklete nô, nagyobb lesz az entrópiája.

Most Ön következik.

A következô rendszereknek nô, csökken vagy változatlan marad az entrópiája, ha a kezdeti állapotból a végállapotba kerülnek? Magyarázza meg a válaszát.