Hvordan relaterer den anden lov om termodynamik til krystaldannelse?

Den anden lov om termodynamik, der siger, at entropien (lidelse) af et isoleret system altid øges over tid, kan virke modintuitiv, når man overvejer krystaldannelse. Når alt kommer til alt er krystaller stærkt ordnede strukturer. Imidlertid løses den tilsyneladende modsigelse, når vi overvejer hele systemet , ikke kun krystallen selv.

Sådan gælder den anden lov:

* entropi stigning i omgivelserne: Mens en krystal dannes, frigiver systemet varme til omgivelserne. Denne varme øger omgivelsens entropi, der opvejer faldet i entropi inden for selve krystallen. Nettoændringen i entropi for hele systemet (Crystal + omgivelser) er positiv, hvilket tilfredsstiller den anden lov.

* spontan krystallisation: Processen med krystaldannelse er ofte spontan, fordi den fører til en lavere fri energistat. Dette sker på grund af frigivelse af varme under krystallisation, hvilket reducerer entalpien (intern energi) af systemet. Faldet i entalpi kombineret med stigningen i entropi af omgivelserne resulterer i et netto fald i Gibbs fri energi, hvilket gør krystallisations termodynamisk gunstig.

* krystalstørrelse og entropi: Entropiændringen forbundet med krystaldannelse afhænger af krystallens størrelse. Mindre krystaller har et højere overfladeareal og volumenforhold, hvilket fører til et større bidrag fra overflade entropi, som er forbundet med forstyrrelse. Dette er grunden til, at større krystaller er mere termodynamisk stabile, da de har et lavere overfladeareal og volumenforhold.

I det væsentlige, mens krystaldannelse fører til en stigning i orden inden for selve krystallen, forårsager den også en stigning i lidelse inden for omgivelserne. Den samlede entropiændring for hele systemet forbliver positiv og overholder den anden lov om termodynamik.

Desuden drives dannelsen af ​​krystaller ofte af en reduktion i fri energi, hvilket er en konsekvens af entalpienfaldet på grund af frigivelse af varme og entropiforøgelse i omgivelserne.