Энтропия, как известно из курса физической химии, является характеристикой термодинамической вероятности состояния тела, или показателем степени беспорядка, хаотичности расположения частиц, образующих это тело.
Наименьшее значение энтропии соответствует твердому кристаллическому состоянию тела. Расположение элементарных частиц в кристаллическом теле упорядочено в максимально возможной степени. При переходе вещества в жидкое состояние этот порядок нарушается, энтропия растет. Переход в газообразное состояние приводит к еще большей неупорядоченности частиц, и энтропия становится максимальной. Поэтому существенный рост энтропии характерен для реакций, сопровождающихся образованием газообразных продуктов или увеличением количества газов по сравнению с исходным состоянием.
Важно отметить также, что энтропийная составляющая в уравнении Гиббса приобретает существенное значение только при высокой температуре.
Таким образом, движущими силами реакции может быть:
• стремление системы к минимуму энергии, т. е. к выделению теплоты (А— отрицательное);
• стремление к максимуму хаоса как наиболее вероятному состоянию любой системы.
Из анализа уравнения Гиббса следует, что отрицательные значения могут быть получены при следующих четырех сочетаниях возможных движущих сил.
1. При отрицательном значении изменения энтальпии, (или при положительном значении Q), т.е. при экзотермических реакциях. При этом изменение энтропии близко к нулю.
2. При отрицательном значении изменения энтальпии и отрицательном значении произведения А.
3. При положительном значении изменения энтальпии, но при таких больших положительных значениях произведения S, чтобы по абсолютной величине это произведение превышало рост энтальпии А. ЭТОТ случай характерен для эндотермических реакций.
4. При отрицательном значении изменения энтальпии А И при положительном значении произведения S.
Приведенные выше реакции взаимодействия углерода с окислителем являются примером существования на практике всех этих вариантов. Экспериментально полученные зависимости изменения свободной энергии Гиббса от температуры для рассматриваемых процессов представлены графически.