Глава 12. Резюме (Summary)

12.1 Самопроизвольность процессов

Химические и физические процессы имеют естественную склонность протекать в определённом направлении при заданных условиях. Самопроизвольный процесс идёт без непрерывного подвода энергии от внешнего источника, тогда как несамопроизвольный процесс требует такого подвода. Системы, в которых протекает самопроизвольный процесс, могут как получать, так и терять энергию, однако распределение вещества и/или энергии внутри такой системы обязательно изменяется.

12.2 Энтропия

Энтропия (\(S\)) — функция состояния, которую можно связать с числом микросостояний системы (числом способов её расположения) и с отношением обратимо переданной теплоты к абсолютной температуре. Энтропию можно трактовать как меру распределения вещества и/или энергии в системе; её часто описывают как «беспорядок» системы.

Для одного и того же вещества энтропия зависит от фазового состояния: \(S_\text{тв} < S_\text{ж} < S_\text{г}\). Для разных веществ в одном и том же физическом состоянии при заданной температуре энтропия, как правило, выше у веществ с более тяжёлыми атомами или более сложными молекулами. Энтропия системы растёт при её нагревании и при образовании растворов. Опираясь на эти правила, можно надёжно предсказать знак изменения энтропии для ряда химических реакций и физических превращений.

12.3 Второе и третье начала термодинамики

Второе начало термодинамики утверждает, что самопроизвольный процесс увеличивает энтропию Вселенной: \(\Delta S_\text{univ} > 0\). Если \(\Delta S_\text{univ} < 0\), процесс несамопроизволен; если \(\Delta S_\text{univ} = 0\), система находится в равновесии. Третье начало термодинамики устанавливает нулевое значение энтропии: оно соответствует совершенному чистому кристаллическому веществу при \(0\ \text{К}\). При единственном возможном микросостоянии энтропия равна нулю. Стандартное изменение энтропии в ходе процесса можно вычислить, используя стандартные энтропии реагентов и продуктов.

12.4 Свободная энергия

Энергия Гиббса (\(G\)) — функция состояния, определяемая через величины, относящиеся только к системе; её можно использовать для предсказания самопроизвольности процесса. Существует несколько способов вычисления изменений энергии Гиббса.