Поняття про ентропію. Рівняння Больцмана. Енергія Гіббса

Закон Гесса. Наслідок із закону Гесса.

Закон Гесса - математичний наслідок першого початку термодинаміки, яке формулюється наступним чином:
• Тепловий ефект хімічної реакції, що проводиться в ізобарно-ізотермічних або ізохорно-ізотермічних умовах, залежить тільки від виду та стану вихідних речовин і продуктів реакції і не залежить від шляху її протікання.
Іншими словами, кількість теплоти, що виділяється або поглинається при якому процесі, завжди одне і те ж, незалежно від того, чи протікає дане хімічне перетворення в одну або в декілька стадій (за умови, що температура, тиск і агрегатні стани речовин однакові). Наприклад, окислення глюкози в організмі здійснюється по дуже складних багатостадійних механізму, однак сумарний тепловий ефект всіх стадій даного процесу дорівнює теплоті згоряння глюкози.
Закон відкритий російським хіміком Г. І. Гессом у 1840 р.; він є окремим випадком першого початку термодинаміки стосовно до хімічних реакцій. Практичне значення закону Гесса полягає в тому, що він дозволяє розраховувати теплові ефекти найрізноманітніших хімічних процесів; для цього зазвичай використовують ряд наслідків з нього.
Наслідки із закону Гесса
• Тепловий ефект прямої реакції дорівнює за величиною і протилежний за знаком тепловому ефекту зворотної реакції (закон Лавуазьє - Лапласа).
• Тепловий ефект хімічної реакції дорівнює різниці сум теплот утворення (ΔHf) продуктів реакції і вихідних речовин, помножених на стехіометричні коефіцієнти (ν):
• Тепловий ефект хімічної реакції дорівнює різниці сум теплот згоряння (ΔHc) вихідних речовин і продуктів реакції, помножених на стехіометричні коефіцієнти (ν):
Таким чином, користуючись табличними значеннями теплот утворення або згоряння речовин, можна розрахувати теплоту реакції, не вдаючись до експерименту.

Поняття ентропії було вперше введено у 1865 році Рудольфом Клаузіусом. Він визначив зміну ентропії термодинамічної системи при оборотному процесі як відношення загальної кількості теплоти ΔQ, отриманої або втраченої системою, до величини абсолютної температури T:

Рудольф Клаузіус дав величині S назву «ентропія», утворивши її від грецького слова τρoπή, «зміна» (зміна, перетворення).

Рівність відноситься саме до зміни ентропії. У термодинаміці ентропія визначається лише з точністю до сталої.

Зв'язок між теплоємністю та ентропією дається формулою

У 1877 році, Людвіг Больцман зрозумів зв'язок між ентропією системи та кількістю можливих «мікростанів» (мікроскопічних станів), якими може реалізуватися макроскопічний стан із заданими властивостями. Розглянемо, наприклад, ідеальний газ у посудині. Мікростан визначений як положення та імпульси кожного атома, з яких складається система. Братимемо до уваги тільки ті мікростани, для яких: (i) розташування всіх частинок не виходить за межі посудини, (ii) загальна енергія газу, що визначається як сума кінетичних енергій атомів, дорівнює певній величині. Больцман постулював що

де константа k_B=1,38·10^-23 Дж/К відома тепер як стала Больцмана, а є числом мікроскопічних станів, можливих у заданому макроскопічному стані. Цей постулат, відомий як принцип Больцмана, може розцінюватися, як початок статистичної механіки, яка описує термодинамічні системи використовуючи статистичну поведінку.

Ене́ргія Гі́ббса, або потенціа́л Гі́ббса — це термодинамічний потенціал такого вигляду: де — внутрішня енергія, — тиск, — об'єм, — абсолютна температура, — ентропія.

Енергію Гіббса можна розуміти як повну хімічну енергію системи (кристала, рідини тощо)

Поняття енергії Гіббса широко використовується в термодинаміці та хімії.

Дата добавления: 2015-05-23