النظام والمحيط يحكمان معًا
سؤال من الحياة
ممكن النظام يصبح أكثر ترتيبًا، ومع ذلك العملية تتقدم.
لاحظ العلاقة ثم فسّرها
اجمع تغير النظام والمحيط. لماذا لا تكفي إشارة النظام وحدها؟
افهم من الرسم: النظام والمحيط يُجمعان
هل خسارة النظام وحده تحسم النتيجة؟
قارن ملاحظتك بالتفسير
لا؛ −100 + 133.3 = +33.3 J K⁻¹. زيادة المحيط تعوض انخفاض النظام في هذا المثال.
أحتاج أساسًا بسيطًا قبل الدرس
- الإنتروبي
- الحرارة الطاردة والماصة
الفكرة بكلمات بسيطة
في العملية التلقائية تزداد إنتروبي الكون: ΔSالكون = ΔSالنظام + ΔSالمحيط. عند ثبوت درجة حرارة المحيط، ΔSالمحيط = −ΔHالنظام / T.
- استخدم كلفن.
- وحّد وحدات الطاقة.
- احسب تغير المحيط ثم اجمعه مع النظام.
الشرح خطوة بخطوة
النظام ليس الصورة كلها
النظام هو الجزء الذي ندرسه، والمحيط كل ما يتبادل معه الطاقة أو المادة بحسب حدود المسألة. إذا خرجت حرارة من النظام إلى محيط ثابت الحرارة، ازدادت الحالات المتاحة للطاقة في المحيط. لذلك قد تنخفض إنتروبي النظام وتبقى العملية تلقائية بفضل زيادة أكبر في المحيط.
يجمع القانون الثاني التغيرين: ΔSالكون = ΔSالنظام + ΔSالمحيط. إذا كان المجموع موجبًا فالعملية في هذا الاتجاه تلقائية. أما المجموع السالب فلا يسمح بهذا الاتجاه تلقائيًا وفق الظروف المستخدمة.
تفسير إشارة المحيط ووحداته
في النموذج الذي يكون فيه المحيط عند درجة حرارة ثابتة T، نستخدم ΔSالمحيط = −ΔHالنظام/T. إذا كانت ΔH سالبة، فالنظام طارد للحرارة، والسالب أمامها يجعل تغير المحيط موجبًا. وإذا كان النظام ماصًا للحرارة، يصبح تغير إنتروبي المحيط سالبًا.
يجب استخدام الكلفن وتوحيد الوحدات. إذا كان ΔH بالكيلوجول وΔS بالجول، نحول الكيلوجول إلى جول قبل القسمة، أو نحول كل القيم إلى الكيلوجول بطريقة متسقة.
مثال جديد: نفهم سبب كل خطوة
تفاعل له ΔH = −24 kJ وΔSالنظام = −50 J K⁻¹ عند 300 K. احسب تغير إنتروبي الكون.
- نحول الإنثالبي: −24 kJ = −24000 J.
- ΔSالمحيط = −(−24000)/300 = +80 J K⁻¹.
- ΔSالكون = −50 + 80 = +30 J K⁻¹.
- المجموع موجب؛ زيادة المحيط عوضت انخفاض النظام.
- إذن الاتجاه تلقائي في هذا النموذج، مع عدم استنتاج سرعته.
ΔSالكون = +30 J K⁻¹.
مسألة موجّهة: جرّبها على ورقة
نفس قيم ΔH وΔS للنظام عند 600 K، بافتراض ثباتهما. ما الحكم؟
أحتاج خطوة تساعدني
احسب المحيط من 24000/600 ثم اجمع −50.
أقارن حلي بالتفسير
ΔSالمحيط = +40، وΔSالكون = −10 J K⁻¹؛ الاتجاه الأمامي غير تلقائي بهذه الظروف.
مثال محلول: لماذا فعلنا كل خطوة؟
تفاعل طارد للحرارة يرفع إنتروبي المحيط، وقد يعوض انخفاض إنتروبي النظام.
- ΔH = −40 kJ وT = 300 K تعطي ΔSالمحيط = +133.3 J K⁻¹.
- مع ΔSالنظام = −100 يصبح المجموع +33.3 J K⁻¹.
انتبه لهذا الخلط الشائع
- إنتروبي النظام وحده يحسم كل عملية.
- نخلط kJ مع J في الحساب.
تدريب متدرج: من الأساس إلى التطبيق
اختر، اقرأ السبب، وعدّل إجابتك دون عقوبة.
جرّب فكرة جديدة واشرح بكلماتك
ماذا يحدث للمثال عند 500 K؟
هذا التفسير للتفكير الذاتي؛ لا نصححه آليًا ولا نحفظه. هل ذكرت السبب والعلاقة؟