مثالان على العمليات العفوية الماص للحرارة

تحدث التفاعلات العفوية دون أي مدخلات صافية للطاقة. تؤثر العديد من العوامل على ما إذا كان التفاعل تلقائيًا ، بما في ذلك ما إذا كان التفاعل طاردًا للحرارة أو ماصًا للحرارة. التفاعلات الطاردة للحرارة التي تؤدي إلى زيادة الفوضى ، أو الانتروبيا ، ستكون دائمًا عفوية. من ناحية أخرى ، فإن التفاعلات الماصة للحرارة التي تؤدي إلى زيادة في الترتيب لا تكون أبدًا تلقائية. ومع ذلك ، فإن عددًا من التفاعلات التي تتضمن إذابة أو خلط مركبات معينة تكون تلقائية وممتصة للحرارة.

التغييرات في المحتوى الحراري والإنتروبيا هما كميتان تؤثران على عفوية التفاعل. يمكن فهم التغيير في المحتوى الحراري للتفاعل بشكل عام على أنه التغيير في حرارة التفاعل. إذا كان هذا التغيير سالبًا ، فإن النظام يعطي طاقة حرارية ؛ التفاعل طارد للحرارة. إذا كان التغيير في المحتوى الحراري موجبًا ، فإن النظام يمتص الطاقة الحرارية ؛ التفاعل ماص للحرارة. عامل آخر يؤثر على العفوية هو تغير رد الفعل في الانتروبيا. الانتروبيا مصطلح يستخدم لوصف العشوائية أو الاضطراب. إذا كان هناك زيادة في الفوضى ، فإن التغيير في الانتروبيا يكون إيجابيًا. إذا كان هناك انخفاض في الفوضى ، فإن التغيير في الإنتروبيا يكون سلبياً.

الكمية التي تحدد ما إذا كان التفاعل تلقائيًا تسمى جيبس الطاقة الحرة. يتم حساب طاقة جيبس ​​الحرة عن طريق طرح ناتج درجة حرارة النظام والتغير في الانتروبيا من تغير النظام في المحتوى الحراري. (يمكن استبدال كلمة "نظام" بكلمة "رد فعل"). إذا كانت هذه النتيجة سلبية ، يكون رد الفعل تلقائيًا. لذلك ، لكي يكون التفاعل الماص للحرارة تلقائيًا ، يجب أن يكون ناتج درجة الحرارة والتغير في الانتروبيا أكبر من التغير في المحتوى الحراري.

عندما يذوب ملح نترات الأمونيوم في الماء ، فإنه يستهلك الحرارة من محيطه ؛ هذه عملية ماصة للحرارة. يمكن أن تشعر الحاوية والمناطق المحيطة بالبرودة الشديدة عند لمسها عند حدوث ذلك. لهذا السبب ، يتم استخدام نترات الأمونيوم في العبوات الباردة. في هذه العملية ، يكون التغيير في المحتوى الحراري إيجابيًا. ومع ذلك ، فإن التغيير في الانتروبيا إيجابي أيضًا ؛ يصبح النظام أكثر اضطرابًا. هذا التغيير في الانتروبيا كبير بما يكفي لأن الناتج الرياضي لدرجة الحرارة والتغير في الانتروبيا في معادلة الطاقة الحرة جيبس ​​أكبر من التغير في المحتوى الحراري. لذلك ، فإن طاقة جيبس ​​الحرة سلبية ، ويكون التفاعل تلقائيًا.

يكون التفاعل بين ثماني هيدرات هيدروكسيد الباريوم الصلب وثيوسيانات الأمونيوم الصلب ماصًا للحرارة وتلقائيًا. اثنان من المنتجات في هذا التفاعل هما غاز الأمونيا والماء السائل. هذه التغييرات الطورية من الحالة الصلبة إلى كل من الغاز والسائل تعطي التفاعل تغيرًا إيجابيًا في الانتروبيا. يزداد اضطراب النظام بسبب هذه التغييرات - الغازات والسوائل لديها اضطراب أكثر من المواد الصلبة. مرة أخرى ، تتغلب هذه الزيادة في الاضطراب على التغيير في المحتوى الحراري ، ويكون التفاعل تلقائيًا.