Veszprémi Tamás

Általános kémia

Negyedik, átdolgozott kiadás

4. kiad.

6.8. Az egyensúly

Mostanra az egyensúllyal kapcsolatban számos ismeretet begyűjtöttünk, próbáljuk ezeket rendszerezni. Először is tudnunk kell, mit is értünk egyensúlyon. Ehhez a 0dik főtétel nyújt támogatást: az egyensúly szükséges és elégséges feltétele az intenzív állapotjelzők homogenitása. Nem elegendő tehát azt kijelenteni, hogy egyensúlyban semmilyen makroszkopikus folyamat nem játszódik le. A kavics sem gurul le a hegyoldalon, ha egy kis mélyedésbe szorult. Hangsúlyozni kell, hogy az egyensúlyban egyszerűen nincs semmilyen hajtóerő.

Jellemezni tudjuk az egyensúlyt az entrópia maximumával, valamint a szabadentalpia minimumával is. Mindkettőhöz azonban speciális feltételeket kell biggyesztenünk. Az entrópia maximuma szigetelt rendszerben igaz csak, vagyis akkor, ha a rendszer energiája, térfogata és a benne foglalt anyagmennyiség állandó. Az U, V és ni változókat ezért az entrópia természetes változóinak nevezzük. Hasonló módon, a szabadentalpia természetes változói a T, p és a komponensek ni mólszámai, csak ezek állandósága mellett igaz az, hogy G minimuma az egyensúlyt adja meg.

6.17. megoldás

A megfelelő

értékeket a 6.10. táblázatból vehetjük:

CuO(sz) +	H2(g) =	Cu(sz) +	H2O(f)
–129,7	0	0	–237,1 (kJ/mol),

ebből

ΔG0 = (0 – 237,1) – (–129,7 + 0) = –107,4 kJ.

A réz(II)-oxid redukciója H2-gázzal 25 °C-on tehát önként végbemenő (spontán) folyamat.

Miközben tehát a 0dik főtétel alapján azt látjuk, hogy az egyensúlyt az intenzív paraméterek kiegyenlítődése kíséri, az entrópia és a szabadentalpia vizsgálata alapján úgy tűnik, hogy az extenzíveknek egyensúlyban szélsőértékük, minimumuk vagy maximumuk van. Nem csak a fenti kettőre igaz ez. Megfelelő feltételek mellett a többi extenzív állapotjelzőre is hasonló szélsőértéktételek mondhatók ki. Nézzük ezeket kicsit mélyebben.

Gyakran hallani az energiaminimumra való törekvés elvéről, melyen valami olyasfélét értenek, hogy önként végbemenő folyamatokban egy anyagi rendszer mindig energiaszegényebb állapotba kerül. Ez jól működik valamely mikroszkopikus rendszer, pl. egy atom vagy molekula esetében, ezek valóban addig sugároznak ki energiát, míg minimális energiájú állapotba nem kerülnek. Egy termodinamikai rendszer esetében ez már így nem igaz. Hogy régi jó példánkkal éljünk, egy pohár forró víz valóban kihűl a szobában, de a levegő mellette felmelegszik. Ezek szerint a vízre igen, a levegőre viszont nem érvényes a tétel? De próbáljuk követni az entrópia és szabadentalpia szélsőértékére kitalált módszert! A belső energia természetes változói (a fundamentális egyenletből következően) az S, V és n. Ha tehát a folyamatot úgy vezetjük, hogy az anyagmennyiség és a térfogat állandósága mellett a menet közben képződő entrópiát is elvezetjük, valóban csökken a rendszer energiája, hiszen az entrópiával (hővel) együtt energiát is eltávolítunk. Mondhatjuk tehát, hogy egy rendszer energiája állandó S, V és n mellett lejátszódó folyamatok során csak csökkenthet és egyensúlyban minimális.

Most már nincs megállás. Állandó S, p és n mellett minden spontán folyamat során a rendszer entalpiája csökken, és egyensúlyban minimális. Sőt, még akár a térfogatra is tehető hasonló kijelentés. A fundamentális egyenletből Vt kifejezve azt látjuk, hogy V természetes változói az U, S és n. Azt is tudjuk, hogy a térfogat növekedésével vagy csökkentésével az entrópia is nő, vagy csökken. Ha tehát egy rendszer szigetelt az energiára és anyagmennyiségre, de a térfogat változhat, minden más folyamatból származó entrópianövekedést kompenzálhatunk a térfogat megfelelő csökkentésével. Ennek alapján teljesen nyilvánvaló, hogy U, S és n állandósága esetén az egyensúly feltétele a térfogat minimuma.

Összefoglalva tehát, amikor egyensúlyról beszélünk, az intenzív paraméterek kiegyenlítődése mindig alapfeltétel. Az extenzívekkel kapcsolatban viszont különböző feltételeket választhatunk. A feltételektől függően más és más extenzív állapotjelző méri az egyensúly felé haladást és az egyensúly elérését.

állapotjelző	önként végbemenő folyamatban	egyensúlyban	feltételek
S	növekszik	maximális	U, V, n állandó
G	csökken	minimális	T, –p, n állandó
U	csökken	minimális	S, V, n állandó
H	csökken	minimális	S, –p, n állandó
V	csökken	minimális	U, S, n állandó

Tartalomjegyzék

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

Nyomtatott megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 664 114 6

Kémia

A kémiának számos ága létezik (szerves, szervetlen, fizikai, analitikai, bio- és polimer-kémia stb.), de általános kémia nevű diszciplínát nem ismerünk. Mégis: a General Chemistry, Allgemeine Chemie, Общая химия kifejezések jól ismertek az egész világon. A világ minden részén százszámra találhatók ilyen címmel könyvek, és aligha van olyan egyetemi kémia fakultás, ahol ez a tantárgy ismeretlen. Az általános kémia kurzusok és könyvünk célja az, hogy az olvasó középiskolából hozott kémiai ismereteit olyan szintre segítse, amelyre a fenti szaktárgyak alapozhatnak. Feladata az alapfogalmak definiálása, mintegy a kémiai nyelv alapszókincsének megismertetése, a fontosabb fizikai és kémiai jelenségek és összefüggések megvilágítása.

A könyv több – tipográfiailag is elkülönített – szinten használható. Anyaga a középiskolai kémiától elvezet az egyetemek másod- és harmadéves fizikai kémia tárgyáig. A fontos jelenségek mellé a haladók számára mélyebb magyarázatokat mellékel, melyeket a kezdők nyugodtan átugorhatnak anélkül, hogy ez gátolná a fő gondolat-menet megértését. Az olvasót számos érdekesség, tudománytörténeti kitekintés, rengeteg színes ábra, fénykép és több száz kidolgozott példa is segíti.

Könyvünk elsőrendű célja tehát adott: bevezetés vagy inkább átvezetés a felsőfokú kémiába. A megcélzott olvasókör is adott: érdeklődő középiskolásoknak éppúgy szól, mint első- és másodéves, kémiát tanuló egyetemi hallgatóknak. Emellett ajánlható a középiskolák kémiatanárainak is: számos, a középiskolákban is könnyen használható anyagot tartalmaz – másként, mint ahogyan a középiskolákban általában tanítani szokás. Végül, de nem utolsósorban ajánljuk a könyvet mindazoknak, akik bármikor, bármilyen szinten belekóstoltak vagy belemerültek a kémia izgalmas világába.

Hivatkozás: https://mersz.hu/altalanos-kemia-uj//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero