Энтропия- функция состояния термодинамической системы

Энтропия

Состояние любой системы можно охарактеризовать двумя способами:

1. температура, объем, вес и т.д. – макросостояние.
2. как сумма характерных частиц вещества по уровню энергии, межмолекулярного взаимодействия и т.д. – микросостояние системы.

Поскольку тела состоят из огромного количества частиц, каждому макросостоянию соответствует множество микросостояний!

Число микросостояний (W), которые соответствуют данному макросостоянию вещества, называются термодинамической вероятностью его состояния.

То есть W – число способов, которыми можно распределить молекулы по энергетическим уровням при заданном объеме системы V и ее внутренней энергии U.

W связана с функцией состояния системы, называемой энпропией (S):

R – универсальная газовая постоянная

N_A –постоянная Авогардо

Энтропию измеряют в Дж\(моль∙К)

В отличие от энтальпии абсолютные значения энтропии могут быть определены экспериментально, порядок S определяется величиной W.

Рассчитаем, сколькими способами можно разместить 10 частиц по ячейкам, например, так

Общее количество способов может быть рассчитано по формуле:

W – величина колоссальная. Для совокупности из 10 частиц W имеет порядок 10⁴

Обычно имеют дело с объектами, содержащими 10²³ частиц и более, если провести логарифмирование W, то значение S порядка десятков, сотен.

Пусть есть некоторое твердое вещество при фиксированных значениях Р и Т, например, кристалл CsF. Ионы Cs⁺ и F^-, расположенные в узлах кристаллической решетки, совершают колебания около равновесных положений. Общее число энергетических положений ионов будет равняться термодинамической вероятности состояния кристалла. По мере снижения температуры уменьшается число возможных энергетических состояний, то есть величина W и при Т = 0 ⁰К W=1, а, следовательно, S = 0. Обратный процесс нагревания вызовет рост энтропии, т.е. энтропия – функция состояния системы.

	Энтропия – мера неупорядочности

Изложенное выше представляет собой содержание II закона термодинамики в математическом виде: приращение энтропии при обратимых процессах равняется приведенному теплу; энтропия замкнутой системы стремится к максимуму.

Таким образом, энтропия позволяет при помощи измерений термических величин (теплоемкость, тепловой эффект) выяснить направление процессов и условия равновесия.

Изменение энтропии

Энтропия простых веществ S⁰ не равна нулю, энтропия химической реакции, фазового перехода и т.д. рассчитывается, как:

Пример. Для реакции: аА + bВ = сС + dD

∆S = [dS(D) +cS(C)] - [aS(A) +bS(B)]

Стандартные энтропии: S^o₂₉₈ при Р=101 кПа (1 атм) и 298 ⁰К, при этом считают газы идеальными, а для растворенных веществ принимают состояние, отвечающее концентрации, равной 1 моль\кг Н₂О, предполагая, что раствор обладает свойствами бесконечно разбавленного

Закономерности изменения энтропии.

Увеличение при

А) усложнении молекулы: О, О₂, О₃; S(О) = 61 Дж\моль∙К, S(О₂) = 205Дж\моль∙К, S(О₃) = 239 Дж\моль∙К,

Б) увеличении степени дисперсности;

В) переходе состояний: кристаллическое стекловидное аморфное

Г) уменьшении твердости

Дата добавления: 2014-01-06