ملخص الديناميكا الحرارية، الكيمياء

الديناميكا الحرارية

• الديناميكا الحرارية هي إحدى فروع علم الكيمياء الفيزيائية، وتعنى بدراسة التغيرات في الطاقة الحرارية المرافقة للتغيّرات الكيميائية والفيزيائية المتنوعة.

1:1:4 العمليات التلقائية والعمليات غير التلقائية

• العمليات التلقائية والعمليات غير التلقائية: يمكنك الاستنتاج أن بعض التغيرات الفيزيائية والكيميائية تتم دون مؤثر خارجي، وتسمى عمليات تلقائية، بينما بعضها الآخر لا يتم إلا بتأثير خارجي، وتسمى عمليات غير تلقائية.
• عند إضافة بلورات السكر إلى الماء الساخن أثناء تحضير مشروب الشاي، يذوب السكر في الماء بشكل تلقائي، ومن الممكن استعادة السكر في صورته الأولية باستخدام مؤثر خارجي.
• كذلك يحترق البنزين بوجود وفرة من الأكسجين ليعطي غاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، ويصاحب العملية انطلاق كمية كبيرة من الحرارة، ولكن لا يمكن لبخار الماء أن يتحد مع غاز ثاني أكسيد الكربون لتكوين البنزين مرة أخرى بشكل تلقائي.
• ضع كمية مناسبة من الماء في الكأس الزجاجي.
• إذا كانت العملية تلقائية، فإن العملية المعاكسة لها تكون غير تلقائية في الظروف العادية دون مؤثر خارجي.
• قد تحدث العملية التلقائية بسرعة، وقد تحدث ببطء شديد.
• تستمر العملية تلقائياً في النظام غير المتزن للوصول إلى الاتزان.
• انصهار الجليد على درجة حرارة الغرفة.
• تبخر السوائل من كأس مفتوح.

2:1:4 العشوائية

• العشوائية: والدالة التي تقيس حالة عدم الترتيب وعدم الانتظام للجزيئات داخل أي نظام، تسمى العشوائية.
• العشوائية القياسية المولية: وتسمى عشوائية مول واحد من المواد النقية المقاسة عند درجة حرارة 298 كلفن وضغط 1 جوي بالعشوائية القياسية المولية ($S^{\circ}$) ووحدة قياسها تكون (جول/مول. كلفن)
• تكون جزيئات الماء في الحالة الصلبة مرتبة بنظام بلوري، وتتحرك حركة اهتزازية بسيطة.
• وعندما ينصهر الجليد، تصبح جزيئات الماء أقل ترتيباً وتتحرك بحرية أكبر.
• أما عندما يتحول الماء إلى بخار فإن جزيئاته تنتشر فتملأ الحيز وتتحرك بحرية أكبر بكثير.
• انصهار المواد الصلبة، وتكوين المحاليل.
• إنتاج الغازات من المواد الصلبة أو السوائل.
• زيادة العدد الكلي لمولات الغاز من التفاعلات الكيميائية.
• ارتفاع درجة حرارة المادة ما يزيد من حركة المكوّنات.
• أما العشوائية المقاسة في ظروف غير القياسية فتسمى بالعشوائية المطلقة ⁦(Absolute Entropy)⁩.
• وتكون قيم عشوائية جميع المواد عند درجات حرارة أعلى من صفر كلفن، موجبة دائماً.
• $\Delta S^{\circ}_{\text{للتفاعل}} = \sum S^{\circ}_{\text{نواتج}} - \sum S^{\circ}_{\text{متفاعلات}}$

3:1:4 القانون الثاني للديناميكا الحرارية

• القانون الثاني للديناميكا الحرارية: أما القانون الثاني في الديناميكا الحرارية فينص على «أن العمليات في الكون تحدث تلقائياً، وفي اتجاه واحد، أي أن العشوائية ⁦(S)⁩ تميل في الكون إلى الزيادة المستمرة».
• تكون العملية تلقائية إذا كان $\Delta S >$ صفر (موجب).
• تكون العملية غير تلقائية إذا كان $\Delta S 0$ (موجبة).
• إذا كانت $\Delta G = 0$ صفراً، فإن العملية في حالة اتزان.