Entropia și modificările sale în diverse procese

In majoritatea proceselor chimice au loc simultan două fenomene: transferul de energie și o schimbare în aranjamentul ordonat al particulelor în raport unul cu altul. Toate particulele (molecule, atomi, ioni) tinde să mișcare haotică, astfel încât sistemul tinde să se deplaseze dintr-o stare mai ordonată la o mai ordonat. O măsură cantitativă a tulburării (dezordine, dezordine) a sistemului este entropia S. De exemplu, dacă un cilindru de gaz conectat la vasul gol, gazul din cilindru este distribuit în întregul volum al vasului. Sistemul de stat mai ordonat va merge cu mai puțin ordonat, atunci acest lucru va crește entropia (# 916; S> 0).

Entropy întotdeauna crește (# 916; S> 0) atunci când sistemul trece de la o stare mai ordonată la un mai puțin ordonat: tranziția unei substanțe dintr-o stare cristalină pentru lichid și de lichid gazos, la temperaturi mai ridicate, prin dizolvarea și cristal de disociere etc .

Când sistemul trece de la o stare mai puțin ordonat unui sistem de entropie mai ordonat scade (# 916; S <0), например при конденсации, кристаллизации, понижении температуры и т.д.

În termodinamică, variația de entropie asociată cu căldura expresiei:

dS = # 948; Q / T sau # 916; S = # 916; H / T

Substanțe entropie și entalpia lor de formare se face referire la condiții standard. Standard entropie 1 mol notat S 0298. această valoare de referință, măsurată în J / (K # 903; mol) (Pril.2).

De exemplu, entropia standardul

gheață ............... ..S 0298 = 39,7 J / (K # 903; mol);

apă ............... .s 0298 = 70,08 J / (K # 903; mol);

abur ... ..S 188.72 = 0298 J / (K # 903; mol),

și anume entropia crește - gradul de dezordine în substanța stare gazoasă mai mult.

La S 0298 Grafit = 5,74 J / (K # 903; mol) în diamant 0298 S = 2,36 J / (K # 903; mol), deoarece materialele cu entropie structură amorfă este mai mare decât cristal.

Entropy S 298. 0 J / (K # 903; mol) crește odată cu complexitatea moleculelor, de exemplu:

În timpul reacțiilor chimice entropie, de asemenea, se schimbă, astfel încât prin creșterea numărului de molecule de substanțe gazoase entropia crește odată cu scăderea sistemului - - scăderi.

Schimbarea în entropie a sistemului, ca urmare a proceselor definite de ecuația:

De exemplu, în reacția

Partea stângă a ecuației 1 mol de substanțe gazoase CO2 (g) și dreapta - 2 mol de substanță gazoasă 2CO (g), volumul mediu al sistemului și crește entropia crește (# 916; S> 0).

Odată cu creșterea entropiei (# 916; S> 0) apar de asemenea reacții:

În reacția de formare a amoniacului

volumul sistemului scade, deci entropia scade (# 916; S <0).

Odată cu scăderea entropiei (# 916; S <0) протекают реакции:

În reacțiile dintre solide și în procesele în care cantitatea de substanță gazoasă nu se schimbă, entropia rămâne practic neschimbat și variația acesteia depinde de structura sau structura moleculară a rețelei cristaline, de exemplu:

Exemplul №1. Se calculează și să explice variația de entropie pentru procesul

Decizie. Eliminați din App. 2 valori ale substanțelor entropiile standard,

# 916; S = S 0 0 CO2 (g) - (S C 0 (z) + S 0 O2 (g)) = 213.68 - (5,74+ 205.04) = 2,9 J / K.

deoarece # 916; S> 0, entropia în timpul reacției crește ușor. volumul sistemului nu se schimbă, însă entropia crește datorită complicațiilor structurii moleculelor de CO2, comparativ cu molecula de O2.

Spontan, și anume fără pierderi de energie din exterior, sistemul se poate deplasa numai starea mai puțin stabilă la o mai stabilă.

In procesele chimice, doi factori acționează simultan:

- tendința de a tranziției sistemului la starea cu cea mai mică energie internă, ceea ce reduce entalpia sistemului (# 916; H → min);

- tendința de a muta sistemul la o stare mai haotică, care crește entropia (# 916; S → max).

Schimbarea sistemului energetic se numește factorul de entalpie. cantitativ exprimat în termeni de căldura de reacție # 916; H. Aceasta reflectă tendința de a forma legături și de extindere a particulelor.

Creșterea entropiei în sistem se numește factorul de entropie. cantitativ este exprimată în unități de energie (J) și este calculat ca T # 903; # 916; S. Aceasta reflectă tendința spre un aranjament mai dezordonat de particule de substanțe se dezintegreze particule mai simple.

Efectul cumulat al acestor două tendințe opuse în procesele care apar la T constantă și P, a reflectat schimbarea izobară-izotermă în potențialul sau energia liberă Gibbs # 916; G este exprimată prin ecuația:

La temperatură constantă și presiune (procedeul izobară-izotermă) spontan curge în jos reacție Gibbs energie.

Prin natura schimbării de energie Gibbs poate fi judecat de posibilitatea teoretică sau imposibilitatea procesului.

dacă # 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.

În cazul în care energia Gibbs # 916; G> 0. reacție spontană nu poate trece în direcția înainte.

dacă # 916; G = 0. sistemul este în echilibru chimic, entalpiei și entropiei factori sunt egali (# 916; H = T # 903; # 916; S). Temperatura la care # 916; G = 0. numita temperatura de pornire a reacției. = T # 916; H / # 916; S. La această temperatură, iar înainte și invers reacțiilor la fel. Posibilitatea (sau imposibilitatea) fluxului de reacție spontană la diferite rapoarte ale cantităților # 916; H și # 916; S este reprezentată în tabel.

Funcția de schimbare semn

Abilitatea (imposibilitatea) de orice auto-reacție

Se calculează variația entalpiei și entropiei

# 916; G = 0 # 916; H 0 - T # 903; # 916; S = 0 101.46-128.41 · 298 · 10 -3 = 63,19 kJ.

deoarece # 916; G 0> 0, și, prin urmare, fluxul de reacție în condiții standard este imposibilă. ca # 916; H> 0 și # 916; S> 0, se poate concluziona că reacția poate avea loc spontan, la o temperatură suficient de ridicată.

Se calculează temperatura la care descompunerea începe carbonat de magneziu:

= T # 916; H 0 / # 916; S = 101.46 0 / (128.41 * 10 -3) = 790.12 K (517.12 0 C).

La o temperatură de 790.12 K sunt echiprobabile și înainte și reacții inverse. La o temperatură mai mare decât 790.12 K este o reacție directă de a proceda, adică descompunerea carbonatului de magneziu se va produce.