Question:
Pourquoi la fonte de la glace est-elle une réaction spontanée?
Aakash Singhania
2015-04-28 17:00:55 UTC
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Voici donc ma question: nous savons que la fonte de la glace est une réaction spontanée mais est-elle spontanée? Nous devons fournir de l'énergie sous forme de chaleur pour que la réaction ait lieu.

Cinq réponses:
#1
+8
Freddy
2015-04-28 18:17:45 UTC
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Tout d'abord,

Qu'est-ce qu'une réaction spontanée exactement?

En langage très simple, réaction qui se produit dans un ensemble donné de conditions sans intervention est appelée réaction spontanée.


Prenons maintenant l'exemple de la fonte de la glace,

Prenez une glace sur une assiette et laissez-la pendant une demi-heure (conditions). Après une demi-heure, nous remarquerons de l'eau au lieu de la glace.

Ce processus s'est déroulé sans aucune intervention de votre part. La chaleur absorbée par la glace environnante est due à un ensemble de conditions non dues à votre intervention.

Ainsi, nous pouvons considérer la fonte de la glace comme un processus (ou réaction) spontané.

Cette réaction a-t-elle une constante d'équilibre?Je veux dire, est-ce que la glace serait complètement allumée sous forme de liquide ou une petite quantité restera-t-elle sous forme de glace?
#2
+6
Gowtham
2015-04-28 17:38:08 UTC
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Lorsque T > 0 ° C, la glace fond spontanément; le processus inverse, l'eau liquide se transformant en glace, n'est pas spontané à ces températures. Cependant, lorsque T < 0 ° C, le contraire est vrai. L'eau liquide se transforme en glace spontanément et la conversion de la glace en eau n'est pas spontanée.

À T = 0 ° C, les phases solide et liquide sont en équilibre. À cette température particulière, les deux phases s'interconvertissent à la même vitesse, et il n'y a pas de direction préférée pour le processus: les processus aller et retour se produisent avec la même préférence, et le processus n'est pas spontanément favorisé dans un sens par rapport à l'autre.

Lorsque Δ G est négatif, un processus ou une réaction chimique se déroule spontanément dans le sens direct.

Également à partir de l'article de wikipedia sur Réaction spontanée dit:

Chaque réactif dans un processus spontané a tendance à former le produit correspondant. Cette tendance est liée à la stabilité. La stabilité est acquise par une substance si elle est dans un état d'énergie minimum ou si elle est aléatoire maximum. Un seul d'entre eux peut être appliqué à la fois. par exemple. La conversion de l'eau en glace est un processus spontané, car la glace est plus stable car elle est de moindre énergie. Cependant, la formation d'eau est également un processus spontané car l'eau est l'état le plus aléatoire.

#3
+6
Asydot
2015-04-28 18:23:55 UTC
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Je ne suis pas sûr que vous ayez appris cela, alors je raconte simplement l'histoire depuis le début. (Je ne suis pas sûr, mais si cela est difficile à comprendre, veuillez me le dire.)

Il existe une loi universelle généralement appelée la deuxième loi de la thermodynamique . Il déclare:

L ' entropie de l'univers tend vers un maximum. Si un processus est réversible, l'entropie de l'univers restera inchangée; s'il est irréversible, l'entropie augmente.

Eh bien, ce n'est pas la déclaration d'origine. Historiquement, à partir de l'énoncé original de la loi, une fonction thermodynamique est considérée comme utile; c'est "l'entropie" dont j'ai parlé ici.

Qu'est-ce que l'entropie? C'est assez mystérieux car au début, les gens ne définissent pas ce que ce sera; tandis qu'ils ont juste défini comment cela change.

Un incrément infinitésimal dans l'entropie d'un système résulte d'un transfert infinitésimal de chaleur est $ \ mathrm {d} S = \ delta Q / T $

Ur, je pense que vous n'aimerez pas ça. Espérons que, plus tard, Boltzmann émettra une hypothèse, il supposait que l'occupation de tout micro-état (c'est-à-dire la distribution de toutes les particules que nous avons concernées dans l'espace que nous avons concerné) est également probable, alors

Dans la plupart des cas , l'entropie est proportionnelle au logarithme du nombre de micro-états possibles.

Vous pensez probablement encore que c'est difficile à comprendre ... nous pouvons donc dire tout ce qui précède d'une manière plus simple ( mais, je pense, d'une manière moins précise):

la deuxième loi de la thermodynamique nous enseigne, le caractère aléatoire de l'univers a tendance à être maximum. Si un processus est réversible, le caractère aléatoire de l'univers restera inchangé; s'il est irréversible, le caractère aléatoire augmente.

Mais ... nous ne pouvons toujours pas savoir comment juger si un processus est spontané ou pas encore. Cependant, par la deuxième loi de la thermodynamique, nous sommes faciles à connaître le caractère aléatoire des augmentations de l'univers dans un processus spontané.

Ainsi nous obtenons $ \ Delta S_ \ text {univers} = \ Delta S_ \ text {system } + \ Delta S_ \ text {surronding} > 0 $.

Bien que nous sachions aussi si la chaleur transférée au système depuis l'environnement est $ Q $, alors $ \ Delta S_ \ text {surronding} = -Q / T $, où $ T $ est la température ambiante. (Puisque l'environnement est grand, nous pouvons supposer que la température est inchangée.)

Nous obtenons donc $ \ Delta S_ \ text {system} - Q / T > 0 $, soit $ T \ Delta S_ \ text {system} - Q > 0 $

si le processus est maintenant supposé être isobare (signifie que la pression barométrique du système est inchangée), alors $ Q = \ Delta H $ et nous obtenons $ T \ Delta S_ \ text {system} - \ Delta H > 0 $.

Nous pouvons maintenant définir une nouvelle fonction thermodynamique:

Le L'énergie libre de Gibbs d'un système est $ G = H - TS $.

Ensuite, nous pouvons dire que dans un processus spontané , $ \ Delta G < 0 $. (Si $ \ Delta G = 0 $, il est en équilibre.)

Peut-être que vous avez tout connu ... euh ... alors résolvons la question: Pourquoi la fusion de glace une réaction spontanée ?

Vous savez que les particules liquides vont s'arranger de manière désordonnée puis dans un solide, donc l'entropie, ou le caractère aléatoire du "système réactionnel" est augmentée, c'est-à-dire $ \ Delta S_ \ text {système} > 0 $. Cependant, lorsque la glace fond, $ \ Delta H > 0 $, donc pour $ \ Delta G < 0 $, vous devez maintenir la température plus élevée ou lui fournir de l'énergie. Et de la même manière, vous constaterez que si la température est suffisamment basse, l'eau gèlera spontanément. Cela semble être le cas que vous connaissez.

A remarqué que parfois $ \ Delta G < 0 $, cependant la vitesse de réaction est trop faible, nous fournissons donc de l'énergie pour l'accélération. Par exemple, le diamant brûlera: $ \ ce {C _ {(s, diamant)} + O2 _ {(g)} -> CO2 _ {(g)}}, \ \ Delta G ^ \ circ = -397 \ \ mathrm {kJ} $.

Mais vous ne voyez jamais cela se produire dans une situation courante: parce que c'est trop lent.

Notez également [Une réaction chimique spontanée peut entraîner un changement négatif de l'entropie.] (http://en.wikipedia.org/wiki/Spontaneous_process)
Tant que le changement d'entropie net du système + de l'environnement est positif, non?
#4
+6
user396030
2015-04-28 21:37:43 UTC
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Je n'appellerais pas cela une réaction, c'est un changement de phase. Le terme réaction fait référence à un changement dans la liaison covalente entre les composants d'un système.

Le changement de phase se produit d'une manière apparemment spontanée car l'environnement est capable de donner suffisamment d'énergie gratuite (très probablement de l'enthalpie, cela pourrait se produire sinon) pour surmonter l'énergie nécessaire pour activer le processus de réorganisation du système (augmentation de l'entropie). Les autres réponses ont fait du bon travail en termes de rigueur symbolique, donc je ne les répéterai pas ici.

Ce changement de phase a-t-il une constante d'équilibre?Je veux dire, la glace serait-elle complètement allumée ou une petite quantité restera-t-elle sous forme de glace?
#5
+1
electricviolin
2015-04-29 05:35:43 UTC
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Voici la réponse courte:

Quand la glace fond, ce sont les molécules (H2O), doivent gagner de l'énergie, c'est vrai. Cependant, vous devez regarder l'énergie libre de Gibbs, qui est le facteur déterminant pour déterminer si une réaction est spontanée ou non. Parce que le désordre augmente, le delta S (ou l'entropie) augmente. La formule calculant l'énergie libre de Gibbs est deltaG = deltaH - TdeltaS. Si la température est suffisamment élevée pour un deltaS donné, le deltaG deviendra négatif.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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