Aranjament aleatoriu de litere într-o linie
Trecerea de la starea solidă la lichid în gaz este însoțită de o creștere a entropiei. Dat fiind că energia universului este constantă, procesele spontane ar trebui să determine o creștere a entropiei universului. Pentru o reacție reversibilă izotermică, schimbările în entropie pot fi reduse la ecuația:
Dimensiunea entropiei J / mol K
În timp ce entalpia este un concept al cărui înțeles este în mare măsură dependent de energia internă a electronilor, valorile entropiei depind de energia translațională, vibrațională și rotațională a electronilor.
Entropia diferă de entalpia și de faptul că valorile entalpiei care indică spontaneitatea sunt negative și valorile entropiei sunt pozitive. Conceptele de entalpie și entropie înseamnă că toate sistemele tind să aibă cea mai mare entropie și entalpia cea mai mică.
Pentru a evalua în mod eficient direcția (spontaneitatea sau imposibilitatea) reacției și pe baza legilor termodinamicii, I. Gibbs a introdus conceptul de energie liberă G. Energia liberă este o funcție integrală a stării sistemului, reflectând interacțiunea dintre entalpie (H) și entropie (TDS).
Energia liberă este un concept valoroasă deoarece determină posibilitatea unei reacții spontane și vă permite să calculați constanta de echilibru a reacției, care determină gradul în care reacția poate continua. Scăderea energiei (negativ H) și creșterea entropiei (pozitive S) sunt indicatori ai fluxului spontan al procesului. În acest caz, valoarea G ar trebui să fie o valoare negativă. Reacțiile cu valori negative ale G sunt numite exergice, iar cu G pozitive sunt endergonice. În cazul în care sistemul atinge un echilibru:
Astfel, criteriile pentru fluxul spontan de reacții sunt formulate după cum urmează:
G <0 - реакция может протекать спонтанно.
G> 0 - reacția nu poate continua în mod spontan. Pentru curgerea unei astfel de reacții este necesar un flux de energie din exterior.
G = 0 sistemul este în echilibru și nu suferă modificări.
Considerăm topirea gheții și valorile G ΔH, S la diferite temperaturi.
Pentru topirea gheții, valoarea H este pozitivă, deoarece este însoțită de o ruptură a legăturilor de hidrogen.
Valoarea lui S este pozitivă, deoarece moleculele de apă sunt mai puțin organizate decât moleculele din cristalele de gheață. (vezi Tabelul 4-3.)