Напишем:


✔ Реферат от 200 руб.
✔ Контрольную от 200 руб.
✔ Курсовую от 500 руб.
✔ Решим задачу от 20 руб.
✔ Дипломную работу от 3000 руб.
✔ Другие виды работ по договоренности.

Узнать стоимость!

Не интересно!

 

 

 

Энтропия и ее изменение при химической реакции

Мерой неупорядоченного состояния системы служит термодинамическая функция, получившая название энтропии.

Состояние системы можно характеризовать микросостояниями составляющих ее частиц, т. е. их мгновенными координатами и скоростями различных видов движения в различных направлениях. Число микросостояний системы называется термодинамической вероятностью системы W. Так как число частиц в системе огромно (например, в 1 моль имеется 6,02-1023 частиц), то термодинамическая вероятность системы выражается огромными числами. Поэтому пользуются логарифмом термодинамической вероятности lnW. Величина, равная klnW = S, где к- постоянная Больцмана, а S - энтропия системы. Энтропия, отнесенная к одному молю вещества, имеет единицу величины Дж/(моль×К). Энтропия вещества в стандартном состоянии называется стандартной энтропией вещества S°.

В отличие от других термодинамических функций, можно определить не только изменение энтропии, но и ее абсолютное значение. Это вытекает из высказанного в 1911 г. М Планком постулата, согласно которому «при абсолютном нуле энтропия идеального кристалла равна нулю». Этот постулат получил название третьего закона термодинамики.

По мере повышения температуры растет скорость различных движений частиц, т. е. число их микросостояний и, соответственно, термодинамическая вероятность и энтропия вещества.

При переходе вещества из твердого состояния в жидкое значительно увеличивается неупорядоченность, а следовательно, и энтропия вещества (S0пл). Особенно резко растет неупорядоченность вещества при его переходе из жидкого состояния в газообразное (S°кип). Энтропия увеличивается при переходе вещества из кристаллического состояния в аморфное. Энтропия простых веществ является периодической функцией порядкового номера элемента. Увеличение числа атомов в молекуле и усложнение молекулы приводит к увеличению энтропии.

Изменение энтропии системы в результате протекания химической реакции (DrS°) (энтропия реакции) равно сумме энтропии продуктов реакции за вычетом суммы энтропии исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов. В результате протекания химической реакции (2.13) происходит изменение энтропии системы (энтропия реакции).

DrS° = lS0L+mS0M-dS0D-bS0B                                                                            (2.15)

Пример 4. Рассчитайте энтропию реакции CH4 + Н2О = СО + ЗН2  при стандартных состояниях реагентов и продуктов процесса. Решение. В соответствии с уравнением (2.15) запишем:

DrS°= S0CO+3S0H2-S0CH4-S0H2O® = 1 моль• 197,54 Дж/моль • К + 3 моль • 130,58 Дж/моль • К -1 моль • 186,19 Дж/моль • К -1 моль • 188,7 Дж/моль • К =  214,39Дж/К.

Ответ: DrS° = 214,39 Дж/К.

Как видно, изменение энтропии системы в результате реакции возросло (энтропия реакции положительная) DrS°> 0. Энтропия процесса будет возрастать, если в ходе реакции объем системы будет увеличиваться. Газообразные вещества называют «носителями энтропии».

Итак, энтропия характеризует число микросостояний и является мерой беспорядка в системе. Ее увеличение говорит о переходе системы в результате термодинамического процесса от более упорядоченного состояния к менее упорядоченному.

Второй закон термодинамики для изолированных систем: в изолированных системах самопроизвольно протекают только процессы, сопровождающиеся возрастанием энтропии: DrS0>0.

Системы, в которых протекают химические реакции, не бывают изолированными, так как они сопровождаются изменением внутренней энергии (тепловым эффектом реакции), т. е. обмениваются энергией с окружающей средой. Химические реакции могут протекать самопроизвольно и без возрастания энтропии, но при этом увеличивается энтропия окружающей среды. Например, химические реакции в организме любого существа сопровождаются уменьшением энтропии (происходит упорядочение системы). Однако организм получает энергию из окружающей среды (пища, воздух). Получение пищевых продуктов сопровождается возрастанием энтропии окружающей среды, т. е. жизнь каждого существа связана с возрастанием энтропии.

Химические реакции обычно сопровождаются изменением как энтропии, так энтальпии.

Энтальпийный и энтропийный факторы изобарно-изотермических процессов. Из предыдущих рассуждений следует, что в химических процессах проявляются две тенденции: а) стремление к образованию прочных связей между частицами, к возникновению более сложных веществ, сопровождающееся понижением энергии системы; б) стремление к разъединению частиц, к беспорядку, характеризуемое возрастанием энтропии. Первая тенденция в изобарно-изотермических условиях характеризуется энтальпийным фактором процесса и количественно выражается через DrS° (кДж/моль). Вторая тенденция характеризуется энтропийным фактором и количественно выражается произведением абсолютной температуры на энтропию процесса, т. е. TDrS° (кДж/моль).

Предыдущие материалы: Следующие материалы: