物理化学

化学-非自発的反応をどのように定義できますか？



Chemistry How Can We Define Non Spontaneous Reaction



解決：

解決策1：解決策1：

あなたの混乱は、を区別しないことから生じているようです$ デルタG $と$ デルタG ^ circ $反応を自発的かどうかを説明するとき。

NS$ デルタG ^ circ $は、両方の反応物の1M溶質濃度および/または1バールガス分圧の定義された「標準」条件での反応の自由エネルギー変化です。 および製品 。反応が自発的であるかどうかという一般的な声明を出すとき、私たちは通常、これが$ デルタG ^ circ $0より大きいか小さい。



もしも$ デルタG ^ circ<0$の場合、反応は自発的であると説明され、1Mの反応物と1Mの生成物の混合から開始すると、平衡に達するまで順方向に進行します。

対照的に、$ デルタG $は、関心のある状態での反応の自由エネルギーの変化です。あなたの場合、製品がまったく存在しない状態を選択しました。私たちが反応が自発的であると言うとき$ デルタG $、標準状態ではなく、この特定の対象状態から順方向または逆方向のどちらに進むかを意味します。



明らかに、生成物が存在しない場合、反応は逆方向に進むことができない（生成物から反応物を形成する）ので、次の状態で開始すると、すべての反応は順方向に進みます。$ 0 $製品。それはあなたが定量的に使用して示したものです$ Q = $ 0となることによって$ デルタG<<0$。

したがって、生成物が存在しない状態でのすべての反応は自発的であるということは絶対に正しいです。しかし、それは必ずしも反応がすぐに起こるという意味ではありません。非常に多くの場合、活性化エネルギー障壁は十分に高いため、反応速度は非常に遅くなります。または、平衡定数が反応物に非常に有利であるため、生成物の1分子でも平衡に達するのに十分であり、反応が非常に迅速に停止する可能性があります。

解決策2：解決策2：

一般に、システムが平衡状態にあるかどうか、または自発的な変化が発生するかどうかを判断する際には、エントロピーの変化を考慮する必要があります。



実際のプロセスではエントロピーが増加する必要があるため、$ dS_ {system} + dS_ {surr} = dS_ {irrev} ge 0 $。最後の式で最初の法則を使用し、いくつかの手順を実行すると、等温反応（周囲温度$ T $）以外の作業は行われていません$ pV $（ガス膨張）作業条件は

$$ dG + TdS_ {irrev} = 0 $$

したがって、自由エネルギーが減少した場合にのみ、エントロピー生成を伴うプロセスが自発的に発生する可能性があります。自由エネルギーに変化がない場合、変化は起こらず、システムは平衡状態にあります。

これはあなたがあなたの質問で決定したことですが、反応が起こるという暗黙の仮定があります。

非自発的プロセスとは、すでに平衡状態にあるプロセス、またはそれを変更するために何らかの作業の入力を必要とするプロセスです。

解決策3：解決策3：

私はアンドリューに同意します。それはあなたが自発性をに基づいて定義するかどうかに依存します$ デルタG ^ circ<0$また$ デルタG<0$。通常、新入生の化学の本は前者を使用します。

しかし、私は自発性をの兆候と同一視するのが好きではありませんでした$ デルタG ^ circ $、代わりにの記号を使用することを好む$ デルタG ^ circ $反応物または生成物が「好まれる」かどうかの指標として。

の記号を使用するのが好きではない理由$ デルタG ^ circ $（のそれとは対照的に$ デルタG $）自発性の指標として、それはあなたが経験している非常に混乱を引き起こします。また、化学平衡の概念をあいまいにします。

したがって、私は自発性を$ デルタG $（これは、$ K_ {eq} $、だけでなく、反応混合物がそれに対して相対的である場所にも）、これはあなたが明確に表現している見解です。この後者の見方を明確にするために、私が以前の回答の1つから借用して修正した次の図（すべての発熱反応は自発的ですか？）が役立つと思います。