Сторінка
6

Закони термодинаміки і термодинамічні величини (функції) системи

,

де — це та частина зміни ентальпії, яка може бути трансформованою в роботу, а — теплова втрата.

Одиниця вільної енергії системи (її ще називають «вільною енергією Гіббса») має таку саму розмірність і одиницю, як і енергія. У табл. 13 наведено стандартні молярні «вільні енергії» Гіббса для деяких речовин .

Розрахунки зміни стандартної вільної енергії будь-якої хімічної реакції можна виконати за стандартними змінами молярних ентальпій і ентропії реакції.

Розглянемо таку задачу. За якої температури почнеться довільний процес розпаду вапняку (СаСО3 = СаО + СО2­), якщо припустити, що для цієї реакції значення і не залежать від температури і відповідно дорівнюють та .

Спочатку з наведеного вище рівняння визначимо вільну енергію Гіббса за нормальних умов .

Оскільки значення додатне, то за умов 298 К реакція не відбудеться. Мінімальну температуру, за якої почнеться розпад вапняку, визначатиме вже відоме нам співвідношення: , звідки:

К (933°С).

Отже, довільний розклад природних покладів вапняку, наприклад таких, якими багата наша Слобожанщина, Україні не загрожує, але для технологічного процесу отримання з нього вапна і діоксиду вуглецю треба передбачити економічні витрати на нагрівання сировини до вказаної температури.

Сучасна термодинамічна наука оперує ще третім законом термодинаміки, математичний вираз якого через ентропію має такий вигляд:

, коли .

Його формулювання: з наближенням температури будь-якого тіла до абсолютного нуля зміна ентропії за зміни будь-якої властивості системи також наближатиметься до нуля і дорівнюватиме нулю за досягнення температури абсолютного нуля: упорядкованість структури речовини досягає ідеальної.

Таке, на перший погляд, не дуже зрозуміле визначення криє в собі надзвичайно важливу інформацію, яка дала змогу вирішити проблеми синтезу алмазів, виконати термодинамічні розрахунки синтезу багатьох нових речовин, прогнозувати перебіг складних природних і технологічних процесів. Більш глибоке пізнання термодинамічних законів залишимо для самостійного їх опрацювання допитливим, а тут звернімо увагу на їхнє значення для усвідомлення закономірностей процесів як у природних системах, так і в системах технологій та економіки в цілому.

По-перше, природні екосистеми і біосфера в цілому, поглинаючи з космосу низькоконцентровану енергію Сонця, витрачають її в двох, по-різному термодинамічно спрямованих, процесах: концентруючи меншу її частину у структурно впорядкованих хімічних сполуках живих організмів, відтак зменшуючи ентропію екосистем і розсіюючи її більшу частину у формі ще нижчої концентрації теплової енергії середовища, тобто випромінюючи її знову в космос. Визначальним фактором такого енергетичного розподілу сонячної енергії в біосфері є стабільність складного ентропійного балансу.

По-друге, в технологічних і (у цілому) в матеріально-енерге­тичних процесах економіки конверсії природного ресурсу в споживну вартість (див. рис. 9, 1.1.3) енергія, котра витрачається на технічну конверсію, як і в живих організмах, у меншій частині концентрується в упорядкованій структурі споживної вартості зі зменшенням ентропії, а в значно більшій мірі — в структурно невпорядкованому хаосі відходів виробництва, збільшуючи ентропію навколишнього середовища.

З цього випливає невтішний висновок: технічний прогрес сучасної економіки призводить до руйнації довкілля, тобто до збільшення ентропії, хаосу. До цієї проблеми ми повернемося у наступних розділах. Тут тільки нагадаємо дуже цікаве спостереження: у багатьох стародавніх джерелах виразно проглядають риси майже сучасного розуміння термодинамічних законів. Так, створення світу, за Біблією, починається з хаосу — стану максимальної ентропії матеріальної системи первинного космосу. Творець у перший день поділяє хаос на небо і землю і відокремлює світло від темряви: упорядковує хаос. У наступні п’ять днів процес творення Всесвіту відбувається в чіткій послідовності зменшення ентропії, тобто збільшення впорядкованості матеріальної системи нашого буття. А чи не просувається людство у зворотному напрямку? Отже, сакраментальне: «Бути чи не бути? »

Література

1. Колотило Д. М. К 61 Екологія і економіка: Навч. посібник. — К.: КНЕУ, 1999.

* Див.: Фримантл М. (M. Freemantle). Химия в действии. — М.: Мир, 1991. — Т. 1.