16: Nhiệt động lực học
- Page ID
- 217802
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)Trong số nhiều khả năng của hóa học là khả năng dự đoán nếu một quá trình sẽ xảy ra trong các điều kiện cụ thể. Nhiệt động lực học, nghiên cứu các mối quan hệ giữa năng lượng và công việc liên quan đến các quá trình hóa học và vật lý, cung cấp khả năng dự đoán này. Các chương trước trong văn bản này đã mô tả các ứng dụng khác nhau của nhiệt hóa học, một khía cạnh quan trọng của nhiệt động lực học liên quan đến dòng nhiệt đi kèm với các phản ứng hóa học và chuyển pha. Chương này sẽ giới thiệu các khái niệm nhiệt động lực học bổ sung, bao gồm cả những khái niệm cho phép dự đoán bất kỳ thay đổi hóa học hoặc vật lý nào trong một tập hợp các điều kiện nhất định.
- Giới thiệu
- Các chương trước trong văn bản này đã mô tả các ứng dụng khác nhau của nhiệt hóa học, một khía cạnh quan trọng của nhiệt động lực học liên quan đến dòng nhiệt đi kèm với các phản ứng hóa học và chuyển pha. Chương này sẽ giới thiệu các khái niệm nhiệt động lực học bổ sung, bao gồm cả những khái niệm cho phép dự đoán bất kỳ thay đổi hóa học hoặc vật lý nào trong một tập hợp các điều kiện nhất định.
- 16.1: Tính tự phát
- Các quá trình hóa học và vật lý có xu hướng tự nhiên xảy ra theo một hướng trong những điều kiện nhất định. Một quá trình tự phát xảy ra mà không cần năng lượng đầu vào liên tục từ một số nguồn bên ngoài, trong khi một quá trình không tự phát đòi hỏi như vậy. Các hệ thống trải qua một quá trình tự phát có thể bị tăng hoặc mất năng lượng, nhưng chúng sẽ trải qua sự thay đổi trong cách phân phối vật chất và/hoặc năng lượng trong hệ thống.
- 16.3: Định luật thứ hai và thứ ba của nhiệt động lực học
- Định luật thứ hai của nhiệt động lực học phát biểu các quá trình tự phát làm tăng entropi của vũ trụ. Nếu một quá trình làm giảm entropy của vũ trụ, thì quá trình đó là không tự phát, và nếu không có thay đổi xảy ra, hệ thống sẽ ở trạng thái cân bằng. Định luật thứ ba của nhiệt động lực học thiết lập số 0 cho entropy ở 0 J/Kelvin cho một chất rắn tinh thể hoàn hảo, tinh khiết ở 0 K với chỉ một vi trạng thái có thể có.
- 16.4: Năng lượng miễn phí
- Năng lượng tự do Gibbs (G) là một hàm trạng thái được xác định chỉ liên quan đến đại lượng hệ thống và có thể được sử dụng để dự đoán tính tự phát của một quá trình. Một giá trị âm cho ΔG chỉ ra rằng phản ứng sẽ tiến hành theo hướng thuận để đạt đến trạng thái cân bằng; một ΔG dương chỉ ra rằng phản ứng sẽ tiến hành theo hướng ngược lại để đạt đến trạng thái cân bằng; và ΔG bằng 0 chỉ ra rằng hệ đang ở trạng thái cân bằng. Một số cách tiếp cận để tính toán các thay đổi năng lượng tự do là có thể.
- Bài tập
- Đây là những bài tập về nhà để đi kèm với Textmap được tạo cho “Hóa học” bởi OpenStax.