Энтропия как мера упорядоченности системы

Энтропия как мера возможности процесса.

Изменение стандартной свободной энергии в ходе химической

Вільна енергія Гельмгольця F.

F = U – TS = H – PV – TS.

Відповідно

dF = – SdT + PdV + m dN.

Изменение свободной энергии зависит от условий протекания процесса (температуры, давления, рН, концентраций реагирующих веществ). Поэтому в химии вводится понятие изменения стандартной свободной энергии химической реакции ΔG⁰, то есть изменения свободной энергии химической системы, каждый из реагентов которой, вступающих в химическую реакцию, находится в концентрации

1 моль/л в стандартных условиях (р = 101,325 кПа (1 атм), рН = 7,0, Т = 298 К).

реакции связано с константой химического равновесия K этой реакции

следующим образом:

ΔG⁰ =−RT ln K,

где R — универсальная газовая постоянная; T — температура. Зависимость позволяет при известном значении константыравновесия химической реакции определить изменение свободной энергии в ней.

Термодинамический потенциал Гиббса одного моля вещества называется химическим потенциалом μ (в случае незаряженных частиц) или электрохимическим потенциалом μ (в случае заряженных частиц).

Энтропия как мера рассеяния энергии при необратимых процессах.

Чем больше возрастание энтропии при каком-либо процессе, тем больше рассеяние энергии и тем более необратим данный процесс.

Самопроизвольно могут протекать только такие процессы, при которых эта функция или увеличивается (необратимые), или остается постоянной (обратимые). Процессы, при которых энтропия уменьшается, самопроизвольно протекать не могут, то есть термодинамические невозможны.

Ферменты

энтропия отражает ту часть энергии системы, которая деградировала, то есть равномерно рассеялась в виде тепла.

чем меньше порядка в системе, то есть чем меньше градиенты энергии, тем больше ее энтропия. Формула Планка – Больцмана связывает энтропию с термодинамической вероятностью:

(1)

где S – энтропия,

k – постоянная Больцмана, k= 1,38*10^-23 Дж/К, или 3,31*10-²⁴энтропийных единиц (1 энтропийная единица равна 1 кал */град),

W – термодинамическая вероятность, то есть число способов, которыми достигается данное состояние. Она всегда больше единицы. В общем виде она равна:

(2)

где (если речь идет о молекулах) N – общее число молекул, Ni – число молекул в i -м фазовом объеме.

Допустим, у нас есть система, состоящая из трех отсеков. В системе находятся девять молекул. Полный беспорядок в такой системе будет тогда, когда молекулы распределены равномерно, то есть в каждом отсеке будет по три молекулы. Термодинамическая вероятность такой системы равна:

Полный порядок в системе наблюдается при нахождении всех девяти молекул в одном из трех

При переходе системы от полного беспорядка к полному порядку меняется термодинамическая вероятность W, а, следовательно, и энтропия S, которая в соответствии с уравнением Планка–Больцмана равна S = k ln W. Чем больше упорядоченность системы, тем меньше ее энтропия. Термодинамическая вероятность такой системы будет

Таким образом, чем больше упорядоченность в данной системе, тем меньше S

Дата добавления: 2015-05-09