Ентропия и промените му в различни процеси
В повечето химични процеси става едновременно две явления: прехвърлянето на енергия и промяна в подредба на частици по отношение на всеки друг. Всички частици (молекули, атоми, йони) тенденция да хаотично движение, така че системата има тенденция да се движат от повече подредени състояние на по-малко подредени. Количествена мярка на разстройство (случайността, случайността) на системата е ентропията на S. Например, ако газ цилиндър, свързан с празен съд, газ от цилиндъра се разпространява в целия обем на съда. Системата на по-подредено състояние, ще отида с по-малко поръча, а след това ще увеличи ентропия (# 916; S> 0).
Ентропията винаги увеличава (# 916; S> 0), когато системата преминава от по-подредени състояние на по-малко подредени: прехода на вещество от кристално състояние в течност и от течност в газообразно състояние, при по-високи температури, чрез разтваряне и дисоциация кристал и т.н. ,
Когато системата преминава от по-подредено състояние към по-подредена система ентропията намалява (# 916; S <0), например при конденсации, кристаллизации, понижении температуры и т.д.
В термодинамиката, промяната на ентропията, свързани с топлината на израза:
DS = # 948; Q / Т или # 916; S = # 916 Н / T
Ентропията вещества и тяхното енталпия на образуване са посочени стандартни условия. Стандартна 1 мол ентропията означен S 0298. тази референтна стойност, измерена в J / (K # 903; мола) (Pril.2).
Например, стандартната ентропията
лед ............... ..S 0298 = 39,7 J / (K # 903; мола);
вода ............... .s 0298 = 70.08 J / (K # 903; мола);
пара ... ..S 188.72 = 0298 J / (K # 903; мола),
т.е. ентропията се увеличава - степента на разстройство на веществото газообразно състояние повече.
В S 0298 Графит = 5.74 J / (K # 903; мола) в диамант 0298 S = 2.36 J / (K # 903; мола), тъй като материали с аморфна структура ентропията е по-голям от кристал.
Ентропията S 298. 0 J / (K # 903; мола) се увеличава със сложността на молекули, например:
По време на химични реакции ентропията също се променя, така че чрез увеличаване на броя на молекулите на газообразни вещества ентропията на системата се увеличава с намаляване - - намалява.
Промяната в ентропията на системата в резултат на процесите, определени от уравнението:
Например, в реакцията
Лявата страна на уравнение 1 мол газообразни вещества CO2 (г), и отдясно - 2 мол газообразно вещество 2CO (г), средният обем на системата и увеличава увеличава ентропията (# 916; S> 0).
С увеличаване на ентропията (# 916; S> 0) и се появят реакции:
В реакцията на амоняк образуване
обем система намалява, така че ентропията намалява (# 916; S <0).
С намаляване на ентропията (# 916; S <0) протекают реакции:
В реакциите между твърди вещества и в процеси, в които количеството на газообразно вещество не се променя, ентропията остава практически непроменен и вариант зависи от структурата или молекулна структура на кристалната решетка, например:
Пример №1. Изчислете и да обясни промяната на ентропията за процеса
Решение. Махни от приложението. 2 стойности на стандартни вещества ентропии
# 916; S = S 0 0 CO2 (г) - (S C 0 (Z) + S 0 2 (г)) = 213.68 - (5,74+ 205,04) = 2,9 J / К.
защото # 916; S> 0, ентропията време на реакцията се увеличава леко. обем система не се променя, но ентропията увеличава поради усложнение на структурата на молекулите на СО2 в сравнение с O2 молекула.
Спонтанно, т.е. без загуба на енергия от външната страна, системата може да се движи само по-малко стабилна държавата към по-стабилна.
В химически процеси, два фактора действат едновременно:
- тенденция за преход на системата на държавата с най-малкия вътрешен енергия, което намалява енталпия на системата (# 916 Н → минути);
- тенденцията да се премести на системата за по-хаотично състояние, което увеличава ентропията (# 916; S → макс).
Промяна на енергийната система се нарича енталпия фактор. това количествено изразени по отношение на топлината от реакцията # 916; H. Той отразява тенденцията към образуване на облигации и разширяването на частици.
Нарастването на ентропията в системата се нарича ентропия фактор. количествено се изразява в енергийни единици (J) и се изчислява като Т # 903; # 916; S. Той отразява тенденцията към по-разбъркано подреждане на частици на веществата, които се разпадат на по-прости частици.
Кумулативният ефект от тези две противоположни тенденции в процеси, протичащи при постоянна Т и Р, отразени изобарно-изотермично промяна в потенциала или Гибс свободна енергия # 916; G е изразена чрез уравнението:
При постоянна температура и налягане (процес изобарно-изотермично) спонтанно тече надолу реакция Gibbs енергия.
Поради естеството на енергията промяната на Гибс може да се съди от теоретичната възможност или невъзможност на процеса.
ако # 916; G <0. реакция может протекать самопроизвольно в прямом направлении. Чем больше уменьшение энтальпийного фактора и возрастание энтропийного фактора, тем сильнее стремление системы к протеканию реакции. При этом энергия Гиббса в исходном состоянии системы больше, чем в конечном.
Ако Гибс енергия # 916; G> 0. спонтанна реакция не може да продължи в посока напред.
ако # 916; G = 0. системата е в химично равновесие, енталпия и ентропията фактори са равни (# 916; H = T # 903; # 916; S). Температурата, при която # 916; G = 0. наречена начало температура на реакцията. Т = # 916 Н / # 916; S. При тази температура, и напред и назад реакции еднакво. Възможността (или невъзможността) спонтанна реакция поток при различни съотношения на количествата # 916 Н и # 916; S е представена в таблицата.
Функцията за промяна знак
Способност (невъзможност) за всяко самостоятелно реакция
Ние изчисляваме промяната на енталпията и ентропията
# 916; G = 0 # 916 Н 0 - T # 903; # 916; S = 0 101.46 - 128.41 · 298 · 10 -3 = 63.19 кДж.
защото # 916; G 0> 0, и следователно потока реакция при стандартни условия е невъзможно. като # 916 Н> 0 и # 916; S> 0, може да се заключи, че реакцията може да протече спонтанно при достатъчно висока температура.
Ние изчисляване на температурата, при която започва разлагане магнезиев карбонат:
Т = # 916 Н 0 / # 916; S 0 = 101,46 / (128,41 * 10 -3) = 790,12 К (517.12 0 ° С).
При температура 790,12 К са equiprobable и напред и назад реакции. При температура по-висока от 790,12 К е директна реакция да протече, т.е. ще настъпи разлагането на магнезиев карбонат.