З бетінше жүретін процестердің бағыты. Энтропия

Термодинамиканың 1 заңы бойынша, кез келген процестің барысында, оның ішінде, жанды ағзаларда жүретін процестерде де энергия өшпейді және жоқтан пайда болмайды. Энергияның әртүрлі формалары бір-біріне эквивалентті мөлшерде айналады. Бірақ термодинамиканың 1 заңы энергияның тасымалдануына негізделген процестің бағыты, энергияның ауысуы қаншалықты толық жүретіндігі және химиялық процестің орындалу шегі туралы ақпарат бермейді. Сондықтан бұл мәселелерді шешу үшін басқа термодинамикалық факторларды пайдалану керек.

Неге реакция кері бағытта жүрмейді. Бұл процесті түсіндіру үшін Ю.Томсен және М.Бертло ұсынған максимал жұмыс қағидасын пайдалануға болады. Ол бойынша, жылуды бөле жүретін реакциялар ғана өз бетінше жүруі мүмкін. Бірақ, орыс ғалымдары Д.И.Менделеев және А.Л.Потылицин бұл қағидаға бағынбайтын көптеген фактлерді келтіріп, өз бетінше жүретін эндотермиялық реакциялардың да болатындығын дәлелдеді.

Химиялық және физикалы-химиялық процестердің өз бетінше жүруі жүйенің өз ішкі энергиясын минимумға жеткізіп, энергияның артық мөлшерін барынша сыртқы ортаға бөлуге ұмтылуына байланысты болатындығы айқын. Табиғи процестердің өз бетінше орындалуының екінші себебіне жүйенің максимум ретсіздікке ұмтылуы жатады.

Осыдан, барлық өз бетінше жүретін процестер мынадай екі негізгі факторға байланысты орындалады:

1. жүйенің минимум энергияға ұмтылуы;
2. жүйенің максимум ретсіздікке, мүмкіншілігі жоғары күйге ұмтылуы.

Жүйенің мүмкіншілігі жоғары күйінің немесе ретсіздік шамасының сипаттамасына энтропия S, Дж/моль К жатады. Энтропия да температура, қысым, ішкі знергия және энтальпия сияқты жүйенің немесе заттың табиғатына және күйіне байланысты болады. Термодинамикалық жүйенің белгілі бір күйіне энтропияның белгілі бір мәні сәйкес келеді және жүйенің аталған күйінің мүмкіншілігі неғұрлым жоғары болса, энтропия да соғұрлым жоғары болады.

Көптеген микробөлшектерден құралған жүйенің макрокүйінің мүмкіншілігі микробөлшектердің (атомдар, молекулалар, т.б.) орналасу амалдарының және әдістерінің санына байланысты болады. Неғұрлым микробөлшектер көп болса, соғұрлым олардың макрожағдайды туындататын орналасу әдістері көп, соғұрлым энтропия жоғары және соғұрлым жүйенің ішкі энергиясының құны төмен. Осыдан, энтропия жүйенің ішкі энергиясының салыстырмалы құндылығын сипаттайтын фактор болып табылады. Егер реакция барысында энтропия жоғарылайтын болса, жүйенің жалпы энергия қоры өзгермесе де, оны пайдалану және жұмысты орындау мүмкіншілігі азаяды.

Энтропияға мынадай факторлар әсер етеді:

1. Температура жоғарылағанда, энтропия жоғарылайды, себебі температура артқанда, ретсіздік артады.

2. Заттар кристалданған күйден аморфты күйге немесе сұйыққа, сұйықтан газға айналғанда, энтропия күрт жоғарылайды, себебі ретсіздік артады.

3. Қысымның жоғарылауы энтропияға температураның төмендеуі сияқты әсер етеді.

Химиялық реакцияның энтропия өзгерісі энтальпияның өзгерісі сияқты есептеледі:

ΔS = ∑ΔS_т.з. ­ ∑ΔS_б.з.