反應方向

化學反應的自發性方向(簡稱為“反應方向”)，即在一定條件下，無需藉助於外力，反應自動進行的方向。自然界發生的過程都有一定的方向性。例如，水總是自動從高處向低處流，而不會自動進行反方向的流動。又如，當兩個溫度不同的物體互相接觸時，熱會自動地從溫度高的物體傳向溫度低的物體，直到兩個物體的溫度相等為止。就化學變化來看，如果把鋅片置於稀硫酸中，鋅片會自動溶解並有氫氣生成。這些不需要外力作用，便可自發進行的過程稱為自發過程(化學過程稱為自發反應）

基本介紹

• 中文名：反應方向
• 外文名：reaction direction
• 概述 ：化學反應的自發性方向
• 定義：反應進行的方向
• 影響因素：焓變

定義

反應方向(reaction direction)是指反應物和生成物均處於標準態時反應進行的方向。

影響因素

焓變

化學反應中所吸收或放出的能量有多種形式：熱能、光能、聲能和電能等。其中所吸收或放出的熱量稱為反應熱(或熱效應)。眾所周知，反應熱不僅與反應物的組成、結構、和性質有關，而且與其狀態和用量，以及反應條件(如溫度和壓力等)有關，熱力學上將反應前後溫度和壓力都不變的反應稱為恆溫恆壓反應。樹如，人體內進行的一系列反應，基本上是恆溫恆壓反應。恆壓反應的反應熱在數值上等於反應焓變。

對於反應焓變，可作如下理解：反應的吸熱或放熱表明，反應物和產物各自有不同的“焓”（H），當反應物的焓比產物的焓高(多)時，由反應物變成產物，就要釋放出那多餘的部分。則反應焓變(△H)為：
△H=H_終態—H_始態=H_產物—H_反應物

若H_產物<H_反應物，則 △H<0,即為放熱反應
若H_產物>H_反應物，則 △H>0，即為吸熱反應
例如，下列兩個反應，若進行恆溫恆壓反應(T=298.15 K，p=101. 325kPa)，各自的焓變為(g表示氣態)。
N₂(g)+8H₂(g)→2NH₃(g)

△H=[2×H(1molNH₃,g)]―[1×H(1molN₂,g)+3×H(1molH₂,g)]=-92.38kj/mol

N₂(g)+2O₂(g)→2NO₂(g)

△H=[2×H(1molNO₂,g)]―[1×H(1molN₂,g)+2×H(1molO₂,g)]=+67.70kj/mol

許多化學反應都是向著能量降低的方向進行。而放熱是系統能量降低的一種方式，即放熱有利於反應的自發進行。所以起初有人提出用焓變做為判斷反應方向的依據，即△H<o的反應能自發進行。然而，凍的溶化，KNO。溶於水都是吸熱過程，在常溫下卻能自發進行。而CaCO₃。的分解也是吸熱反應，在常溫下不能自發進行，而高溫時，卻能自發進行了。可見只用焓變作為反應自發性的判據是不夠的。

熵變

混亂度是指系統內質點混亂的程度，即組成物質的質點在指定空間內排列和運動的無序程度。系統的混亂度越高即有序度越差。大量的實驗證明，在孤立系統中，自發過程總是混亂度增加的過程。

例如，硝酸銨等鹽類的溶解。晶體NH₄NO₃中正、負離子整齊而有序地排列，到它進入水中時，正、負離子向水中擴散而自由運動，而水分子同時也擴散到正、負離子間，最終成為均勻的溶液。和溶解前相比i溶液的溫度降低(吸熱過程)，同時溶液中粒子的運動狀態要比溶質和純溶劑中更為混亂。

又如，理想氣體的擴散。，如圖（2一l）所示。有兩個玻璃容器，分別裝入不同的理想氣體A、B各一種，再由活塞相連線。，當活塞打開後；兩容器中的氣體A，B就相互擴散，最後成為均勻的混合物。這也是一種自發過程，整個過程中，溫度、壓力等都沒有變化，變化的只是從單純的氣體成為混合氣體，即整個體系粒子的運動狀態比原來更加混亂。

在上述兩個例‘中，第一例的溶解過程，既有能量交換因素(吸熱或放熱)，又有混亂增加的因素。第二例中自發過程是向混亂度增加的方向進行。
總之，可見影響物理、化學過程自發性的因素有兩個，一是能量因素，另’一個則是體系的混亂度變化因素。任何自發過程都傾向於：a降低體系的能量；b．增加體系的混亂度。

體系中微觀粒子的任何微觀性質，都必然表現為體系一定的巨觀性質。正如體系中粒子平均動能的總表現為體系的溫度一樣，體系混亂度的巨觀量度稱熵，用符號s表示。體系的混亂度小或處在較有秩序的狀態，其熵值小；混亂度大或狀態較無秩序，對應的熵值就大。
體系的狀態一定，其混亂度的大小就一定，相應地，必有一個確定的熵值。因此，熵也是體系的一個狀態函式，是反映體系中粒子運動的混亂程度的一個物理量。
根據上述熵的物理意義，可得出如下結論：
a．對同一物質而言，氣態時的熵值要比液態時大，液態的熵值又大於固‘態，因為從固態到液態再到氣態，粒子運動的混亂度依次增加，熵值必然依次增大，即

S_氣>S_液>S_固

b．對同一物質的同一聚集狀態而言，溫度升高，粒子熱運動增加，

體系的混亂度增大，熵值也將增大。如圖2-2所示，即S_高溫>S_低溫

c.壓力降低時，氣體體積增大，粒子在較太的空間運動，

其混亂度必增大，所以低壓氣體的熵值要比高壓氣體的大，即

S_低氣壓>S_高氣壓

d·不同物質的熵值不同，與其分子的組成和結構有關。一般而言，

分子越大，結構越複雜，其運動情況也越複雜，混亂度就越大，

熵值也越大。

吉布斯能

雖然熵增有利於反應的自發進行，但是與反應焓變一樣，不能僅用熵變作為反應自發性的判據。例如SO₂(g)氧化為SO₃(g)的反應在298．15K、標準態下是一個自發反應。但其△_rS_m<o。又如水轉化為凍的過程，其△_rS_m<0，但在T<278．15K的條件下卻是自發過程。這表明過程(或反應)的自發性不僅與焓變和熵變有關，而且還與溫度條件有關。

為了確定一個過程(或反應)自發性的判據，美國著名物理化學家吉布斯(J．w．Gibbs)綜合考慮了系統的H、S以及溫度這三者之間的關係，提出了一個新的狀態函式，稱為吉布斯自由能，用G表示。G=H-TS

△G 0 自發過程 △G=0 平衡狀態

△G=△H-T△S稱為吉布斯公式

吉布斯提出：在恆溫、恆壓條件下，A，G。可作為反應(過程)自發性的判斷。即
△G<0， 自發過程
△G=o， 平衡狀態
△G>0， 非自發過程

恆溫、恆壓下，任何自發過程總是朝著吉布斯自由能(G)減小的方向進行。△_rG_m=0時，反應達平衡，體系的G降低到最小值。此即為著名的最小自由能原理。