Miért mennek végbe spontán endoterm reakciók (oldódás, kémia)?

"Szóval szerintem általános szabályként nem mondható el a spontán folyamatokra, hogy nő az entrópia, mert nem csak a spontán folyamatok entrópiája nőhet."

Általánosan elmondható a spontán folyamatokra, hogy a teljes univerzum entrópiáját növelik. Másként megfogalmazva a spontán folyamatok szabadentalpia csökkenéssel járnak, ahogy D NMR is leírta.

"Inkább sztem az a jó meghatározás a spontán folyamatokra, hogy maguktól külső hatás nélkül végbemenő folyamatok ÉS entrópianövekedéssel járnak"

Nyilván azok a spontán folyamatok, amik maguktól is végbemennek. Nem a spontán folyamat definíciója a kérdés, hanem az, hogy mitől lesz egy folyamat spontán vagy sem. Erre pedig fentebb van a válasz. Ha egy folyamat során növekszik az univerzum (azaz a rendszer és a környezet együttes) entrópiája, akkor az spontán végbemehet.

"Tehát ha jól gondolom az ÖSSZES exoterm folyamat spontán (mert hőt&energiát sugároz ki a környezetébe és energia nem vész el csakúgy)"

Nem, nem az összes exoterm folyamat spontán. Például ha a kálium-nitrát feloldódik vízben, az nem fog spontán újra kiválni belőle (legalábbis megfelelő körülmények között: a víz nem tud elpárologni, és a hőmérsékletet sem változtatjuk).

"Viszont nem MINDEN endoterm folyamat spontán, csak az, ami nem igényel külső energiabefektetést"

Na, ezt most nem értem. Ha a rendszerben endoterm folyamat ment végbe, és aztán termikus egyensúlyba kerül a környezetével, akkor energiát fog onnan felvenni.

"De pl az alkének égése már nem spontán, mégis endoterm"

Mondjuk az alkének égése spontán folyamat, ellenben exoterm.

"Plusz nagyobb energiaállapotba soha nem tud kerülni, mint amennyit bele fektetünk mert energia nem keletkezik csak úgy (kivéve ha spontán)"

Bocsáss meg, de ez a mondat számomra értelmezhetetlen. Először is hiányzik belőle az alany. (Mi tud nagyobb energiaállapotba kerülni?) Másodszor energia nem csak úgy nem keletkezni, hanem egyáltalán nem. Ezt mondja ki a termodinamika első főtétele: energia sem keletkezni, sem eltűnni nem tud. Az, hogy spontán-e vagy sem a reakció, ilyen szempontból teljesen mindegy.

Ismételten azt tudom javasolni, hogy először az alapoknak nézz utána. Például a termodinamika tanulmányozását ne az entrópiával kezd, hanem a bevezetővel (például mi az a termodinamikai rendszer, milyen típusai vannak, etc.). Másrészt meg azt tudom tanácsolni, hogy figyelj oda jobban a megfogalmazásokra, mert gyakran értelmetlen és (számomra) érthetetlen mondatokat írsz.

"Viszont nem MINDEN endoterm folyamat spontán, csak az, ami nem igényel külső energiabefektetést (entrópiacsökkenés a körmyezetből) pl sók oldódása vîzben"

Minden endoterm reakció igényel külső energiabefektetést. Szerinted mi miatt hűl le? Amiatt, mert a környezet (az üveg, amiben van, a kezed, amivel tartod stb) energiát ad le. Nem csak az az energiabefektetés, amikor öngyújtóval állsz fölötte és melegíted. Pontosan akkor spontán egy endoterm reakció, ha nem kell neked szándékosan melegítened, hanem el tudja magának venni azt a hőt. Pl a mészégetés az nem spontán.

"(ott csak az ionok szóródnak szét, de nem kell vele energiát közölni, SPONTÁN történik). De pl az alkének égése már nem spontán, mégis endoterm"

A spontán a kémiában nem azt jelenti, mint a hétköznapi életben, hogy csak úgy gondol egyet és megtörténik. Attól, hogy az alkén égést az elején egy kicsit meg kell lökni (be kell gyújtani az égést), attól az még spontán. És exoterm. Láttál már olyan alkén égést, ami nem égette meg a kezed?

"soha nem fogom megérteni a kémiát"

Hát erre megvan az esély. De célszerű lenne az alapokkal kezdeni, és mondjuk képesnek lenni megkülönböztetni egy endoterm és egy exoterm reakciót.

"De ezt miből vagy honnan tudom kiszámolni?"

Nem tudod kiszámolni. De ne is akard egyelőre, elégedjünk meg azzal, ha az alapokat érted. Ahogy fentebb is mondták, nem tudod az alapok nélkül mégerteni, ha türelmetlen vagy és az unalmas részt átugrod, akkor képtelen leszel valaha is megérteni.

Kiszámolni már csak azért sincs értelme, mert az ilyesmit megmérni szokás. Hiába nézegetsz egy reakcióképletet, abból nem derül ki semmi. Szóval ha érdekel egy reakció spontán vagy exoterm volta, akkor szépen meg kell keresni, hogy valaha megmérték-e, és semmit nem kell számolgatni vele.

"És a befektetett energia mennyisége (spontán reakcióknál) mindig egyenlő a reagensek képződéshőjének összegével?"

Milyen befektetett energia? Miről beszélsz? Érted ezeket a fogalmakat?

Hadd kezdjem a végén.

"Ismerem a ezeket a termodinamikai meghatározásokat, törvényeket, hogy pl energia nem vész el és nem keletkezik csak úgy, már végignyálingóztam 600szor ezeket a szarokat, de még mindig nem állt össze a kép."

Hát őszintén szólva nem így tűnik. A leírásod alapján sem a spontán reakció, sem az entrópia fogalmával nem vagy tisztában, nincs meg a termodinamika második törvénye, stb.

Spontán folyamatnak azt nevezzük, ami (ha beindult) magától végbe tud menni. Ez nem jelenti azt, hogy magától be is tud indulni. Vegyünk példának egy épületet. Egy épület felépítése nem spontán folyamat, ugyanakkor az összedőlése az. Maguktól viszont nem szoktak az épületek összedőlni, valaminek be kell indítani a folyamatot (robbanás, földrengés, szél, stb.). Viszont ha már kellőképpen károsodott az épület szerkezet, utána magától összedől. Nem kell segíteni neki, nem kell munkát végezni.

A felépítésre ez nem igaz. Attól, hogy kiásod egy épület alapját, nem fog magától felépülni utána. Tehát itt nem csak a kezdőlökést kell megadni.

Amit te idekeversz a spontán és nem spontán folyamatokhoz, az az aktiválási energia. Az aktiválási energia az az energia, ami ahhoz szükséges, hogy egy reakció megindulhasson. Ezt a spontán reakciók esetében is be kell fektetni. (Ha nem így volna, az összes anyag rögtön elreagálna a lehető legstabilabb állapotába.) Hozok egy hasonlatot. Van egy gátunk, az egyik oldalán víz van, a másik, mélyebben levő oldalán nem. A víz nem tud átjutni a gáton. Nyilván, ha át tudna jutni, akkor át is folyna az alacsonyabb oldalra, tehát ez egy spontán folyamat. (Hiszen a víz stabilabb állapotba kerül.) A gát azonban megakadályozza ebben. Csak úgy tud átjutni, hogy valahogy segítjük az átjutását. Például úgy, hogy felpumpáljuk a gát tetejére, tehát először energiát fektetünk be. Ez az energia feleltethető meg a hasonlatunkban az aktiválási energiának. Tehát a víz átjutásához energiát kell befektetni, de összességében ha csak a kezdeti és a végállapotot nézzük, spontán folyamatról van szó, hiszen a víz magától is le tudna jutni a mélyebben fekvő területre.

Visszatérve a spontán és nem spontán folyamatokhoz. Annak meghatározásával, hogy egy folyamat milyen irányba tud magától (spontán) végbemenni, a termodinamika második főtétele foglalkozik. Ez azt mondja ki, hogy egy spontán folyamat során az entrópia nem csökkenhet. Itt az univerzum teljesen entrópiájáról beszélünk, tehát a rendszer és a környezet entrópiájának összegéről. Az entrópiát pedig úgy szokták definiálni, hogy a rendezetlenség mértéke. Fontos, hogy ez a részecskék szintjén értendő, különben félreértésekhez vezet. A részecskék sokféle állapotot fel tudnak venni. Az az állapot lesz a legnagyobb entrópiájú (legrendezetlenebb), amit a legtöbbféleképpen fel tudnak venni.

Megint egy hasonlat. Van egy négyzetrácsod, és rádobálsz véletlenszerűen kavicsokat. (Tegyük fel, hogy egy négyzetbe csak egy kavics fér.) Előfordulhat, hogy bár teljesen véletlenszerűen dobáltad a kavicsokat, de mindegyik a négyzetrács egy oldalára került, de elég kicsi az esélye. Sokkal valószínűbb, hogy többé-kevésbé egyenletesen fognak eloszlani. Ez lesz a legrendezetlenebb, azaz a legnagyobb entrópiájú állapot. Kémiai folyamatoknál is hasonló a helyzet csak részecskeszinten.

Persze végbe tudnak menni nem spontán folyamatok is, de csak energiabefektetéssel (munkavégzéssel). Másként megfogalmazva végbe tud menni entrópiacsökkenéssel járó folyamat is, de csak akkor, ha összekapcsoljuk egy másik folyamattal, ami a csökkenésnél nagyobb entrópianövekedéssel jár.

Például a szobában spontán rendetlenség lesz. Ha csak véletlenszerűen dobáljuk le a dolgokat, akkor előbb utóbb össze-vissza keveredik minden. De rendet tudunk rakni, ehhez viszont energiát kell befektetnünk, méghozzá nem random (nem melegíteni kell a szobát), hanem célzottan. Ez viszont onnan származik, hogy a sejtjeink glükózt (vagy más tápanyagot) égetnek el, ami nagy mértékben növeli az entrópiát.

"Habár az entrópia és az energia nem ugyanaz, a szétszórt energia mégis entrópia. ????"

Ha az energia egyenletesen oszlik el, az rendezetlenebb, mintha nem. Például ha a szoba egyik felében 40 °C van, a másik felében meg 0 °C, az rendezettebb állapot, mint ha az egész szobában 20 °C van.

"Akkor spontán egy reakció, hogyha standard körülmények között magától beindul "

Mint leírtam, és korábban én is és mások is leírták, nem.

Egyébként függhet a hőmérséklettől is, hogy egy folyamat spontán-e vagy sem (lásd fagyás-olvadás).

"de a fagyott jég felengedése már spontán, pedig ahhoz is napfény kell de attól még spontán az, mert csak ???"

A jég egy sötét szobában is simán megolvad, ha ott 20 °C van, theát nem nagyon értem az érvet.

"fizikai oldódás is spontán, mégsem stabilabbak a végtermékek, úszkáló folyadékionok ???)"

De, egy ionrácsos anyag vizes oldata stabilabb, mint külön a só és az oldat. Azt, hogy mi mennyire stabil, a képződési szabadentalpiája (más néven Gibbs-energiája) alapján lehet megtudni, de erről is volt szó korábban.

"A stabilabb vegyületek képződéshője alacsonyabb, mint a nem stabilaké. "

Nem. Mint írtam, a stabilitást a szabadentalpia alapján lehet megtudni.

"Összefügg egyáltalán a képződéshő és a halmazállapot? Mert szerintem nem"

Annyiban igen, hogy a halmazállapot változásokhoz is kell energia. Tehát például ha egy reakcióban vízgőz képződik, akkor nagyobb a víz képződéshője, mint ha folyékony víz képződik, hiszen ott még be kell fektetni a forráshőt. De egyébként nem.

"Akkor most mit nevezünk PONTOSAN spontán reakciónak?"

Erre remélem, fentebb már kielégítő választ adtam.