AP Chemistry

quá trình thuận lợi về mặt nhiệt động họcthermodynamically favored process

thermodynamically favored processVietnamese: quá trình thuận lợi về mặt nhiệt động học

Còn gọi:Also called: thermodynamically favored · thermodynamically favorable process · tính thuận lợi về mặt nhiệt động học · thermodynamic favorability · quá trình tự phát · natural · phản ứng thuận lợi về nhiệt động lực học · thermodynamically favored reaction

Quá trình thuận lợi về mặt nhiệt động học là quá trình tự diễn ra theo chiều giảm năng lượng tự do Gibbs khi nhiệt độ và áp suất không đổi.A thermodynamically favored process is one that tends to occur on its own, moving toward lower Gibbs free energy at constant temperature and pressure.

Trực giác: Giống như một quả bóng trên mặt bàn rung lắc: nó không chỉ lăn xuống chỗ trũng (giảm enthalpy) mà còn bị rung tản ra chiếm nhiều vị trí hơn (tăng entropy); quá trình thuận lợi nhiệt động học xảy ra khi TỔNG HỢP của hai xu hướng này — được đo bằng năng lượng tự do Gibbs (ΔG = ΔH − TΔS) — mang giá trị âm.Intuition: Picture a ball on a vibrating tabletop: it rolls down into a dip (lowering enthalpy), but the shaking also spreads it out over more positions (raising entropy). A process is thermodynamically favored when the COMBINATION of these two tendencies — measured by the Gibbs free energy, ΔG = ΔH − TΔS — comes out negative.

Công thức chínhKey formula

\Delta G = \Delta H - T\Delta S

Định nghĩa đầy đủFull definition1 phút đọc1 min read

Quá trình thuận lợi về mặt nhiệt động học là quá trình có xu hướng tự diễn ra với $\Delta G<0$ khi nhiệt độ và áp suất không đổi. Dấu của $\Delta G$ do cả biến thiên enthalpy và entropy quyết định, nên quá trình có thể tỏa nhiệt hoặc thu nhiệt.

Tính thuận lợi chỉ xác định chiều hướng, không xác định tốc độ; rào cản động học lớn có thể khiến quá trình diễn ra rất chậm.

A thermodynamically favored process is one that tends to occur on its own, with $\Delta G<0$ at constant temperature and pressure. Because the sign of $\Delta G$ depends on both the enthalpy change and the entropy change, a favored process may be either exothermic or endothermic.

Being favored tells you only the direction a process tends to go, not how fast it goes; a large kinetic barrier can make a favored process extremely slow.

Ký hiệuNotation

\Delta G

\Delta H

\Delta S

T

\Delta G

\Delta H

\Delta S

T

Đơn vịUnits

\Delta G

\Delta H

: kJ/mol;

\Delta S

: J/(mol·K);

T

: K

\Delta G

\Delta H

: kJ/mol;

\Delta S

: J/(mol·K);

T

: K

Công thức chi tiếtFormula details3 công thức3 formulas

\Delta G = \htmlClass{fp-2}{\htmlClass{fp-0}{\Delta H} - \htmlClass{fp-1}{T\Delta S}}

\Delta G = \htmlClass{fp-2}{\htmlClass{fp-0}{\Delta H} - \htmlClass{fp-1}{T\Delta S}}

Dùng khi biết $\Delta H$ và $\Delta S$ để tính $\Delta G$ , rồi xét tính thuận lợi ở một nhiệt độ xác định.Use this when $\Delta H$ and $\Delta S$ are known, to compute $\Delta G$ and judge favorability at a specific temperature.

Trong đóWhere

\Delta G

biến thiên năng lượng tự do Gibbs — kJ/molchange in Gibbs free energy — kJ/mol

\Delta H

biến thiên enthalpy — kJ/molchange in enthalpy — kJ/mol

T

nhiệt độ tuyệt đối — Kabsolute temperature — K

\Delta S

biến thiên entropy — J/(mol·K)change in entropy — J/(mol·K)

\Delta G < 0

Dùng để nhận biết quá trình thuận lợi khi nhiệt độ và áp suất không đổi.Use this as the criterion for identifying a favored process at constant temperature and pressure.

Trong đóWhere

\Delta G

biến thiên năng lượng tự do Gibbs — kJ/molchange in Gibbs free energy — kJ/mol

\Delta G^\circ = \htmlClass{fp-2}{-\htmlClass{fp-1}{RT \htmlClass{fp-0}{\ln K}}}

\Delta G^\circ = \htmlClass{fp-2}{-\htmlClass{fp-1}{RT \htmlClass{fp-0}{\ln K}}}

Dùng để liên hệ $\Delta G^\circ$ với $K$ ở nhiệt độ xác định, hoặc suy ra đại lượng này từ đại lượng kia.Use this to relate $\Delta G^\circ$ to $K$ at a given temperature, or to find either quantity from the other.

Trong đóWhere

\Delta G^\circ

biến thiên năng lượng tự do Gibbs chuẩn — kJ/molstandard change in Gibbs free energy — kJ/mol

R

hằng số khí lí tưởng — J/(mol·K)ideal gas constant — J/(mol·K)

T

nhiệt độ tuyệt đối — Kabsolute temperature — K

K

hằng số cân bằngequilibrium constant

Hay hiểu saiCommon misconceptions3 ý · 1 phút đọc3 points · 1 min read

Thuận lợi về nhiệt động học không có nghĩa là xảy ra nhanh.

Tính thuận lợi chỉ nói về xu hướng, còn tốc độ phụ thuộc động học. Rào cản động học lớn có thể khiến quá trình rất chậm; kim cương chuyển thành than chì là ví dụ.

Tỏa nhiệt không đồng nghĩa với thuận lợi về nhiệt động học.

Trong điều kiện chuẩn, dấu của $\Delta G^\circ$ do cả $\Delta H^\circ$ và $T\Delta S^\circ$ quyết định. Entropy giảm có thể khiến phản ứng tỏa nhiệt không thuận lợi; phản ứng thu nhiệt vẫn có thể thuận lợi khi entropy tăng ở nhiệt độ cao.

Ở cân bằng, không nhất thiết $\Delta G^\circ=0$ .

Khi cân bằng, $\Delta G=0$ ; còn $\Delta G^\circ$ liên hệ với $K$ và chỉ bằng 0 khi $K=1$ .

Thermodynamically favored does not mean fast.

Favorability describes tendency, while rate is governed by kinetics. A large kinetic barrier can make a process exceedingly slow, as in the conversion of diamond to graphite.

Exothermic is not the same as thermodynamically favored.

Under standard conditions the sign of $\Delta G^\circ$ depends on both $\Delta H^\circ$ and $T\Delta S^\circ$ . A large entropy decrease can make an exothermic reaction unfavored, while an endothermic reaction can still be favored if entropy increases and the temperature is high.

At equilibrium, $\Delta G^\circ$ is not necessarily zero.

At equilibrium $\Delta G=0$ , whereas $\Delta G^\circ$ is tied to $K$ and equals zero only when $K=1$ .

Mẹo phòng thiExam tips2 mẹo2 tips

Giải bất phương trình theo $T$ khi đề hỏi khoảng nhiệt độ thuận lợi.

Từ $\Delta H^\circ-T\Delta S^\circ<0$ , nếu $\Delta S^\circ>0$ thì $T>\Delta H^\circ/\Delta S^\circ$ ; nếu $\Delta S^\circ<0$ thì đảo chiều khi chia.

Gặp $K$ , liên hệ ngay với $\Delta G^\circ$ .

$K>1$ tương ứng $\Delta G^\circ<0$ ; $K<1$ cho kết luận ngược lại. Dùng $R=8{,}314$ J/(mol·K) và nhiệt độ Kelvin.

When asked for the temperature range in which a process is favored, solve an inequality in $T$ .

From $\Delta H^\circ-T\Delta S^\circ<0$ : if $\Delta S^\circ>0$ , then $T>\Delta H^\circ/\Delta S^\circ$ ; if $\Delta S^\circ<0$ , flip the inequality when you divide.

Whenever you see $K$ , connect it immediately to $\Delta G^\circ$ .

A value of $K>1$ corresponds to $\Delta G^\circ<0$ , and $K<1$ gives the opposite conclusion. Use $R=8.314$ J/(mol·K) and temperature in kelvins.

Tần suất trong đề AP ChemistryHow often it shows up on AP ChemistryHay gặpCommon

Khái niệm này sinh ra từ đâuWhere the concept comes from1 phút đọc1 min read

1849William Thomson (Lord Kelvin)Rudolf ClausiusWilliam RankineJames Clerk MaxwellLudwig BoltzmannJ. Willard Gibbs

Năm 1849, William Thomson dùng từ thermo-dynamic khi nghiên cứu hiệu suất động cơ hơi nước, nhằm xác định nhiệt có thể tạo bao nhiêu công hữu ích.

In 1849, William Thomson used the word "thermo-dynamic" while studying steam-engine efficiency, seeking to determine how much useful work heat can produce.

Vì sao mang đúng cái tên này? Chính chữ "thermodynamics" ghép từ hai gốc Hy Lạp: θέρμη (therme, "nhiệt") và δύναμις (dynamis, "lực, năng lực") — nghĩa đen là khoa học về nhiệt và công, đúng với xuất xứ từ động cơ hơi nước. Đại lượng quyết định một quá trình có thuận lợi hay không là entropy, và cái tên này cũng có lý do. Năm 1865, Clausius gọi đại lượng ấy là "entropy" theo từ Hy Lạp τροπή ("sự biến đổi"); ông cố ý tạo chữ mới bằng cách thay gốc ἔργον ("công") trong "energy" bằng gốc chỉ sự biến đổi, để hai tên nghe song song nhau vì ông thấy hai khái niệm gần như tương đương về ý nghĩa vật lý. Trước đó ông từng gọi nó là "nội dung biến đổi" (Verwandlungsinhalt). Cùng mạch đặt tên đó, enthalpy đến từ ἐνθάλπειν (enthalpein, "làm nóng lên"). Về sau, nhiệt động lực học thống kê (statistical thermodynamics) do Maxwell, Boltzmann, Gibbs và những người khác xây dựng đã giải thích entropy như thước đo số cách sắp xếp vi mô khả dĩ của các nguyên tử và phân tử, nhờ đó chữ "thuận lợi" có nghĩa cụ thể: hệ đi về phía có nhiều cách sắp xếp hơn.

Nguồn đối chiếuSources

Thử nghiệm tương tácInteractive explorer

Chỉnh dấu của ΔH° và ΔS° — nhìn đường ΔG cắt qua trục 0 ở nhiệt độ nào

Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — đăng nhập để mở.Drag the parameters and watch the concept move — sign in to open.

Tạo tài khoảnCreate an account

Bạn nắm chắc chưa?Check your understanding

Quiz câu thật từ ngân hàng đềReal exam questions from our question bank

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.A few real questions on exactly this concept, graded instantly with an explanation for every choice — the system remembers how well you know it.

Tạo tài khoảnCreate an account

Học tiếp từ đâyKeep learning

Bài học chứa thuật ngữ nàyLesson that uses this termNăng lượng tự do Gibbs và tính tự diễn biến nhiệt độngỨng dụng nhiệt động · khoácourse AP Chemistry

Bài học chứa thuật ngữ nàyLesson that uses this termKiểm soát nhiệt động và động họcỨng dụng nhiệt động · khoácourse AP Chemistry

Cần trướcLearn firstbiến thiên năng lượng tự do GibbsGibbs free energy change (ΔG°)định luật thứ hai của nhiệt động lực họcsecond law of thermodynamics (sắp có)(coming soon)

Dẫn tớiLeads topin galvanigalvanic cell

Mục tiêu và lộ trình unit ai cũng xem được — làm bài tập và lưu tiến độ thì cần đăng nhập.Anyone can view a unit's goals and roadmap — sign in to do the exercises and save your progress.

Hay nhầm vớiOften confused with

Thuật ngữTermKhác nhau ở đâuHow they differHay nhầm khiMixed up when

quá trình thuận nghịchreversible process

Khác nhau ở đâuHow they differQuá trình thuận lợi về mặt nhiệt động học là quá trình tự xảy ra theo chiều thuận. Quá trình thuận nghịch là quá trình mà hệ luôn ở rất gần cân bằng trong suốt tiến trình.

Hay nhầm khiMixed up whenĐề cho biết ΔG < 0 và hỏi quá trình có thuận nghịch không; học sinh nhầm 'thuận lợi' với 'thuận nghịch'

tốc độ phản ứngrate of reaction

Khác nhau ở đâuHow they differQuá trình thuận lợi về mặt nhiệt động học chỉ cho biết chiều tự diễn biến, không cho biết nhanh hay chậm. Tốc độ phản ứng đo mức độ nhanh chậm, phụ thuộc vào năng lượng hoạt hóa.

Hay nhầm khiMixed up whenĐề hỏi phản ứng có xảy ra không và học sinh đồng nhất thuận lợi nhiệt động học với phản ứng xảy ra ngay lập tức

Thử nghiệm tương tácInteractive explorer

Bạn nắm chắc chưa?Check your understanding

Học tiếp từ đâyKeep learning

Hay nhầm vớiOften confused with

Cùng chủ đềSame topic