Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Энтропия. Классической термодинамикой рассматриваются системы, состоящие из множества структурных единиц (порядка постоянной Авогадро)




Классической термодинамикой рассматриваются системы, состоящие из множества структурных единиц (порядка постоянной Авогадро). Эти частицы находятся в состоянии непрерывного движения – совершают линейные движения, вращения, колебания, внутренние движения в частицах. Эти движения определяют все термодинамические функции и параметры систем. В термодинамике движения микрочастиц характеризуют специальной функцией –термодинамической вероятностью системы W(так как само движение частиц имеет вероятностный характер); говорят, что эта функция является характеристикой беспорядка системы.

Под беспорядком системы понимают количество различных возможных перемещений ее частей, не изменяющих состояние системы в целом, - термодинамическую вероятность W(число микросостояний, которые определяют данное макросостояние).Wсостояния системы, состоящей всего из 10 молекул газа, равно примерно 10000, а ведь только в 1 см3 газа содержится 2,7 1019 молекул (н.у.).

Величина W обычно огромна и неудобна для использования, поэтому в термодинамике обычно используют другую функцию:

S = R·lnW (Дж·моль -1К-1), уравнение Больцмана,

 

называемую энтропией (здесь R - универсальная газовая постоянная). Произведение DS·T - энергия, связанная с изменением беспорядка в системе - энтропийный фактор.

Энтропию веществ, как и их энтальпию образования, принято относить к стандартным условиям, при этом энтропию обозначают Sо298 и называют стандартной энтропией. Значения стандартных энтропий для некоторых веществ также приведены в таблице 4.1.

В отличие от других термодинамических функций можно определить не только изменение энтропии (DS), но и абсолютное значение энтропии (S).

Энтропия является функцией состояния системы, то есть ее изменение в различных процессах не зависит от пути. Изменение энтропии реакции можно находить как разность сумм продуктов и реагентов, аналогично энтальпии и внутренней энергии:

 

DSох.р.= å nпрод ·Sопрод - å nреагентов ·Sо реагентов . (4.4)

 

Например, для реакции Cграф + CO2 (г) = 2CO(г)

 

S o298 (Дж ·моль-1·К -1) 6 214 198

 

DSoреакции = 2So298 (CO) - So C (граф.) - So 298 (CO2) = 2.198 - 6 - 214 = 176 Дж/К.

 

Практически важны следующие качественные закономерности:

 

1. Наибольшую энтропию имеют газы, значительно меньшую - жидкие и твердые вещества (см. табл. 4.1). Поэтому если при реакции увеличивается количество газообразных веществ, то увеличивается и энтропия системы. Так, например, при прохождении реакции CaCO3(кр) = CaO (кр) + CO2 (г)

 

0 моль газа 1 моль газа

 

стандартная энтропия системы возрастает на 160 Дж/моль·К (∆S>0) .



2. Связь энтропии с агрегатным состоянием можно показать на следующем примере:

 

Вещество Br2 (ж) Br2 (г) I2 (к) I2 (г)

Sо (Дж/(моль·К) 152,3 245,3 116,7 260,6

 

3. Увеличение числа атомов в молекуле и усложнение молекулы приводит к увеличению энтропии. Например:

 

вещество О О2 О3

Sо (Дж/(моль·К) 161 205 238,8

 

Это связано с электронным строением: чем тяжелее структурная единица, тем больше в ее составе электронов и больше состояний, в которых она может находиться.

4. Энтропия часто возрастает при растворении твердого или жидкого вещества и уменьшается при растворении газа в жидкости:

 

 

Вещество NaClт NaClр CH3OHж CH3OHр
S o298 72,4 115,4 127,2 132,3

 

Увеличение энтропии связано с увеличением подвижности частиц и занимаемого ими объема, а уменьшение – с образованием новых связей и, следовательно, ограничением свободы перемещений.

Энтропия и термодинамическая вероятность системы – важнейшие понятия термодинамики, в них устанавливается связь между микро- и макро-состояниями системы. Поэтому неудивительно, что именно через эти понятия формулируется основной (второй) закон термодинамики: в изолированной системе самопроизвольно идут только те процессы, которые сопровождаются возрастанием энтропии(DS > 0).


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2017 год. (0.014 сек.)Пожаловаться на материал