Главная Случайная страница



Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника







Энтропия S является мерой свободы. С увеличением свободы неизбежно растет беспорядок, поэтому энтропию также называют мерой беспорядка





Энтропии можно придать ещё несколько физических смыслов: мера обесценивания системы, мера выравнивания, какого–либо свойства, уменьшение работоспособности системы. Все толкования энтропии являются аддитивными и одно можно вывести из другого. При выравнивании свойств неизбежно растёт свобода, потому что разность свойств, всегда поддерживается каким–то усилием со стороны окружающей среды, а это уменьшение свободы системы. Обесценивание системы всегда связано с выравниванием концентраций. Химически чистые вещества ценятся дороже, а обесценивание, смешение, выравнивание концентраций идёт самопроизвольно.

Движущей силой процесса является разность, каких–либо свойств системы (давления, температуры, концентрации, электрических потенциалов и др.) Необратимость всех процессов связана с уменьшением движущей силы, т.е. уменьшением разности каких–либо свойств, а это есть выравнивание.

Критерий самопроизвольности процесса устанавливается вторым законом термодинамики. Энтропия изолированной системы в самопроизвольном процессе возрастает: ΔS>0.

Чтобы разработать математический способ вычисления энтропии, Людвиг Больцман ввел понятие термодинамической вероятности состояния системы W – число микросостояний, которыми реализуется данное макросостояние. Так как 1 моль имеет NА=6,02 1023 частиц, то термодинамическая вероятность система выражается огромным числом.

Связь энтропии с термодинамической вероятностью Больцман описал формулой

S = k lnW, (5)

гдеk – постоянная величина, называемая постоянной Больцмана, которая связана с газовой постоянной R = 8,31 Дж/(моль К) соотношением

k = R/NА = 1,38 10 –23Дж/К. (6)

 

В 1911 г. М. Планк показал, что при абсолютном нуле (–273 С) движение отсутствует, идеальный кристалл реализуется одним микросостоянием, следовательно, термодинамическая вероятность идеального кристалла при абсолютном нуле W=1, а S=0. Это утверждение – сутьтретьего закона термодинамики.

Постулат Планка позволяет с помощью экспериментальных данных по теплоёмкостям и теплотам фазовых переходов различных модификаций вещества рассчитать абсолютное значение его энтропии при любой температуре. Например, увеличение энтропии вещества ΔS, вызванное теплотой Q при температуре Т, определяется по формуле ΔS = Q/Т. Единицей измерения энтропии является Дж/(моль К). Sо298 – значение абсолютной энтропии при стандартных условиях (стандартная энтропия), приводится в справочниках. В табл. 1 приложения приведены значения стандартной энтропии для некоторых веществ.



По мере повышения температуры растёт интенсивность теплового движения, т.е. число микросостояний, и соответственно термодинамическая вероятность и энтропия вещества. Энтропия растёт не только при нагревании, но и при эндотермических фазовых переходах: плавление, испарение и др. Энтропия резко возрастает при переходе вещества из жидкого состояния в газообразное.

Например, Sо298 н2о(ж) = 70,08, Sо298 н2о(г) = 188, 72 Дж/(моль К). Энтропия увеличивается при превращении вещества из кристаллического в аморфное. Чем прочнее вещество, тем упорядоченее его структура и тем меньше значение его абсолютной энтропии. Например, графит и алмаз являются модификациями углерода: графит – хрупкий, а алмаз – один из самых твердых кристаллов:

Sо298 графит = 5,740, Sо298 алмаз = 2,368 Дж/(моль К). Увеличение числа атомов в молекуле и усложнение молекул приводит к увеличению энтропии. Например, Sо298 (О)=160,9, Sо298 2 (г)) = 205,04, Sо298 3 (г)) = 238,8 Дж/(моль К).

Изменение энтропии в химической реакции определяется разностью сумм энтропий продуктов и энтропий исходных веществ.

Например, для реакции общего типа

а А + b В + ... → с С + d D + …

изменение энтропии, определяется выражением

ΔSо=[c Sо(C) + d Sо(D) + …] – [a Sо(A) + b Sо(B) + …],

где S – абсолютные значения энтропии всех веществ, Дж/(моль К) или

кал /(моль К):

ΔSо = ΣSопрод. – ΣSоисх.

 

Об изменении энтропии в химической реакции можно судить по изменению объёма системы в ходе реакции. Например, в реакции

 

½ С(графит) + ½ СО2 (г) = СО(г), ΔSо298 = 87,8 Дж/К

 

наблюдается увеличение объёма (ΔV>0); следовательно, энтропия возрастает (ΔS>0). В случае же реакции образования аммиака из водорода и азота

 

3/2 Н2 (г) + ½ N2 (г) = NН3 (г), ΔSо298 = – 103,1 Дж/К

наоборот, объём системы уменьшается (ΔV<0); следовательно, энтропия уменьшается (ΔS<0)

Если же реакция протекает между твердыми веществами, например,

 

Al(к) + Sb(к) = AlSb(к), ΔSо298 = –5,1 Дж/К,

 

то изменения объёма системы и её энтропии практически не происходит. То же относится и к процессам, в которых количество (моль) газообразных веществ не изменяется, например:

 

С(графит) + О2 (г) = СО2 (г), ΔSо298 = 2,9 Дж/К

 

 

5. ЭНЕРГИЯ ГИББСА

 

Самостоятельно, т.е. без затрат работы извне, система может переходить только из менее устойчивого состояния в более устойчивое. В химических процессах одновременно действуют две тенденции: стремление частиц объединиться за счёт прочных связей в более сложные, что уменьшает энтальпию системы, и стремление частиц разъединиться, что увеличивает энтропию. Иными словами, проявляется действие двух прямо противоположных факторов – энтальпийного (ΔН) и энтропийного (TΔS). Суммарный эффект этих двух противоположных тенденций в процессах, протекающих при постоянных Т и р, отражает изменение энергии Гиббса G или изобарно–изотермического потенциала.



Энергия Гиббса G – величина, названная так в честь американского учёного Дж. Уилларда Гиббса (1839–1903), одного из основоположников химической термодинамики.

Согласно ΔН = ΔG + TΔS теплота TΔS идет на создание беспорядка (бесполезно рассеивается в окружающую среду) и потому не может быть использована для совершения работы; её часто называют связанной энергией. Теплота ΔG может быть использована для совершения работы, и поэтому энергию Гиббса часто называют также свободной энергией:

 

ΔG = ΔН – TΔS

Характер изменения энергии Гиббса позволяет судить о принципиальной возможности или невозможности осуществления процесса.








Date: 2015-09-18; view: 390; Нарушение авторских прав



mydocx.ru - 2015-2022 year. (0.021 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию