leerdoelstelling
- Beschrijf de verschillen tussen spontane en niet-spontane processen.
kernpunten
- een spontaan proces kan in een bepaalde richting verlopen zonder dat het door een externe energiebron hoeft te worden aangedreven.,
- de wetten van de thermodynamica bepalen de richting van een spontaan proces, zodat als er een voldoende groot aantal individuele interacties betrokken zijn, de richting altijd in de richting van verhoogde entropie zal zijn.
- een endergonische reactie (ook wel een niet-spontane reactie genoemd) is een chemische reactie waarbij de standaardverandering in vrije energie positief is en energie wordt geabsorbeerd.
- Endergonische processen kunnen worden geduwd of getrokken door ze te koppelen aan zeer exergonische reacties.,
termen
- exergonicbeschrijven een reactie die energie afgeeft aan zijn omgeving.
- endergonicbeschrijft een reactie die energie absorbeert uit zijn omgeving.
- entropyA thermodynamische eigenschap dat is de maat van de thermische energie van een systeem per eenheidstemperatuur die niet beschikbaar is voor nuttig werk.
Er zijn twee soorten processen (of reacties): spontaan en niet-spontaan. Spontane veranderingen, ook wel natuurlijke processen genoemd, gaan door wanneer ze aan zichzelf worden overgelaten, en bij afwezigheid van enige poging om ze in omgekeerde richting te drijven., De sign convention of changes in free energy volgt de general convention for thermodynamic measures. Dit betekent dat het vrijkomen van vrije energie uit het systeem overeenkomt met een negatieve verandering in vrije energie, maar met een positieve verandering voor de omgeving. Voorbeelden zijn:
- een geur die in een ruimte verspreidt
- ijs smelt in lauw water
- zout dat oplost in water
- ijzerroesting.,
de wetten van de thermodynamica bepalen de richting van een spontaan proces, zodat als een voldoende groot aantal individuele interacties (zoals atomen die botsen) betrokken zijn, de richting altijd in de richting van verhoogde entropie zal zijn.
de Tweede Wet van de thermodynamica
de tweede wet van de thermodynamica stelt dat Voor elk spontaan proces, de totale ΔS groter dan of gelijk aan nul moet zijn; toch kunnen spontane chemische reacties resulteren in een negatieve verandering in entropie., Dit is echter niet in tegenspraak met de tweede wet, aangezien een dergelijke reactie een voldoende grote negatieve verandering in enthalpie (warmte-energie) moet hebben. De stijging van de temperatuur van de reactieomgeving resulteert in een voldoende grote toename van de entropie, zodat de algehele verandering in entropie positief is. Dat wil zeggen dat de ΔS van de omgeving voldoende toeneemt vanwege de exothermiteit van de reactie, zodat deze de negatieve ΔS van het systeem overcompenseert. Aangezien de totale ΔS = ΔSsurroundings + ΔSsystem, is de algemene verandering in entropie nog steeds positief.,
spontane processen
spontaniteit betekent niet dat de reactie met grote snelheid verloopt. Bijvoorbeeld, het verval van diamanten in grafiet is een spontaan proces dat heel langzaam plaatsvindt en miljoenen jaren in beslag neemt. De snelheid van een reactie is onafhankelijk van zijn spontaniteit, en hangt in plaats daarvan af van de chemische kinetiek van de reactie. Elke reactant in een spontaan proces heeft de neiging om het overeenkomstige product te vormen. Deze tendens houdt verband met stabiliteit.,
niet-spontane processen
een endergonische reactie (ook wel een niet-spontane reactie of een ongunstige reactie genoemd) is een chemische reactie waarbij de standaardverandering in vrije energie positief is en energie wordt geabsorbeerd. De totale hoeveelheid energie is een verlies (het kost meer energie om de reactie te starten dan wat er uit komt) dus de totale energie is een negatief nettoresultaat. Endergonische reacties kunnen ook worden geduwd door ze te koppelen aan een andere reactie, die sterk exergonisch is, door middel van een gedeeld tussenproduct.,Saul Steinberg van The New Yorker illustreert hier een niet-vluchtig proces.