В каком из следующих случаев реакция возможна при любых температурах: а) ∆H > 0, ∆S > 0; б) ∆H...

Для определения возможности протекания реакции при любых температурах, необходимо рассмотреть знак изменения свободной энергии Гиббса (∆G). В термодинамике свободная энергия Гиббса определяется уравнением:

[ \Delta G = \Delta H - T \Delta S ]

где:

• ∆G — изменение свободной энергии Гиббса,
• ∆H — изменение энтальпии,
• T — абсолютная температура в Кельвинах,
• ∆S — изменение энтропии.

Реакция спонтанно протекает (то есть возможна) тогда, когда ∆G < 0.

Теперь рассмотрим каждый из предложенных случаев:

а) ∆H > 0, ∆S > 0:

• Поскольку энтальпия положительна (∆H > 0), реакция эндотермическая.
• Энтропия увеличивается (∆S > 0).

В уравнении (\Delta G = \Delta H - T \Delta S) положительное значение ∆H увеличивает ∆G, а положительное значение ∆S уменьшает ∆G. При высоких температурах вклад (T \Delta S) может превзойти вклад ∆H, делая ∆G отрицательным. Однако при низких температурах вклад ∆H будет доминировать, делая ∆G положительным. Следовательно, такая реакция возможна только при достаточно высоких температурах.

б) ∆H < 0, ∆S < 0:

• Поскольку энтальпия отрицательна (∆H < 0), реакция экзотермическая.
• Энтропия уменьшается (∆S < 0).

В уравнении (\Delta G = \Delta H - T \Delta S) отрицательное значение ∆H уменьшает ∆G, а отрицательное значение ∆S увеличивает ∆G. При низких температурах вклад ∆H может доминировать, делая ∆G отрицательным. Однако при высоких температурах вклад (T \Delta S) будет значительным и может сделать ∆G положительным. Следовательно, такая реакция возможна только при достаточно низких температурах.

в) ∆H < 0, ∆S > 0:

• Поскольку энтальпия отрицательна (∆H < 0), реакция экзотермическая.
• Энтропия увеличивается (∆S > 0).

В уравнении (\Delta G = \Delta H - T \Delta S) оба термина (∆H и (T \Delta S)) способствуют уменьшению ∆G. Независимо от температуры, ∆G всегда будет отрицательным, так как оба члена уравнения уменьшают ∆G.

Таким образом, реакция возможна при любых температурах в случае (в): ∆H < 0, ∆S > 0.

В данном случае реакция возможна при любых температурах в случае б) ∆H < 0, ∆S > 0.

При ∆H < 0 реакция является экзотермической, что означает, что энтальпия системы уменьшается в процессе реакции. При этом если ∆S > 0, то это означает, что энтропия системы увеличивается, то есть количество беспорядка увеличивается.

Таким образом, при условии ∆H < 0 и ∆S > 0 реакция будет возможна при любых температурах, так как уменьшение энтальпии компенсируется увеличением энтропии.