21. Понятие об энтропии.

Энтропия – это мера необратимого рассеяния энергии.

Энтропию можно понимать как меру беспорядка в системе. Энтропия закрытой системы (система, которая ни с чем не взаимодействует) всегда растет.

Открытая система: мы разожгли костер. Он взаимодействует с окружающей средой, нагревает воздух и излучает свет. На эту систему могут повлиять какие-нибудь внешние факторы.

Закрытая система: переносной холодильник. Он изолирован от внешней среды. Если положить туда лед, то он долгое время не будет таять, но в конце концов он все равно растает, т.к это не идеальная закрытая система.

Энтропия замкнутой системы всегда возрастает. Возьмем контейнер и представим, что он представляет собой идеальную изолированную систему, в котором находится идеальный газ. Если первоначально молекулы располагались, к примеру, в нижнем углу, то через некоторое время они рассеятся по всему объему контейнера и займут в нем больше места, здесь уже выше энтропия. Процессы, в которых энтропия увеличивается, называются необратимыми. Мы перешли от меньшего количества возможных состояний в меньшем объеме к большему количеству возможных состояний.

Энтропию относят к определенным условиям – t = 25^о, p = 101,325 кПа, T = 298К.

Энтропия (S (Дж/К)) связана с числом (W) равновероятных микроскопических состояний, которыми можно реализовать данное макроскопическое состояние системы, уравнением

S=k*lgW

Где k - коэффициент пропорциональности.

Наименьшую энтропию имеют идеально правильно построенные кристаллы при абсолютном нуле. Энтропия кристалла, который имеет какие-либо неправильности несколько больше.

С повышением температуры энтропия всегда возрастает, так же возрастает при превращении вещества из кристаллического состояния в жидкое, и в особенности при переходе из жидкого состояния в газообразное.

Энтропия зависит только от состояния системы. Но связь изменения энтропии с теплотой зависит от способа проведения процесса – от его скорости.

Если процесс проходит обратимо и при постоянной температуре:

Изменение S = Q_(обр)/T, где Q_(обр) - кол-во теплоты, T- абсолютная температура.

22. Соотношение между величиной изменения энергии Гиббса и величинами энтальпии и энтропии реакции.

Энергия Гиббса является функцией состояния. При переходе системы из одного состояния в другое изменение ее величины не зависит от пути проте­кания процесса, а лишь от природы исходных и конечных ве­ществ и их состояний. Энергия Гиббса рассчитывается по формуле:

G = H - TS; G – изменение свободной энергии Гиббса

H – изменение энтальпии, Т – температура в Кельвинах; S – изменение энтропии.

G = U + PV - TS; Р – давление; S – энтропия; G – энергия Гиббса.

Так как энергия Гиббса зависит от энтропии и энтальпии следующим образом:

G = H -TS; H – энтальпия; S - энтропия

то самопроизвольному протеканию процесса способствуют уменьшение энтальпии и увеличение энтропии системы.

Если энтальпия и энтропия изменяются одновременно, то возможность процесса определяет либо энтальпийный, либо энтропийный фактор.

Энергия Гиббса служит критерием самопроизвольного про­текания химической реакции в изобарно-изотермических про­цессах:

- если энергия Гиббса уменьшается, т. е G < 0, то реакция принципиально возможна;

- если энергия Гиббса систем возрастает, т. е. G > 0, то реакция не может протекать самопроизвольно;

- если G = 0, то реакция может протекать как в прямом, так и в обратном направлениях, т. е. обратима, в системе уста­навливается равновесие.

- направление химических реакций зависит oт их характера. Для экзотермических реакций (H < 0) условие соблюда­ется при любой температуре, если в ходе нее возрастает количе­ство газообразных веществ и энтропия возрастает (S > 0). В данных реакциях обе движущие силы (H) и (TS) направле­ны в сторону протекания прямого процесса и G < 0 при лю­бых температурах. Такие реакции могут самопроизвольно идти только в прямом направлении, т. е. являются необратимыми.