12.Расчет изменения энтропии для различных физико-химических процессов: нагревание, фазовые переходы, смешение идеальных газов, изобарный, изотермический, изохорныйпроцессы.

Термодинамика (греч. термо - «тепло», динамика - «сила») - раздел физики, изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. В отдельные дисциплины выделились химическая термодинамика, изучающая физико-химические превращения, связанные с выделением или поглощением тепла, а также теплотехника.

Энтропия – величина экстенсивная; она зависит от количества вещества в системе. Энтропия подчиняется закону аддитивности, т.е. энтропия равновесной системы равна сумме энтропий отдельных ее частей, а изменение энтропии всей системы равно сумме изменений энтропии ее частей. Изменение энтропии в сложном процессе равно сумме изменений энтропии в отдельных стадиях процесса. Для необратимых процессов изменение энтропии связано с теплотой процесса неравенствами. Поэтому по данным для необратимых процессов энтропию нельзя вычислить. Но изменение энтропии в обратимом и необратимом процессах одинаково, так как энтропия является функцией состояния. Следовательно, чтобы вычислить изменение энтропии в данном реальном необратимом процессе, нужно этот процесс разбить на стадии, которые проводятся обратимо, и вычислить для них изменения энтропии по уравнениям для обратимых процессов. Просуммировав изменения энтропии всех стадий, получим изменение энтропии в необратимом процессе.

Вычислим изменение энтропии для разнчх процессов:

1.Для изотермического процесса (Т=const) с любым веществом. Проведем мысленно данный изотермический процесс обратимо и рассчитаем изменение энтропии по уравнению Например, для фазового переходагдеТ – абсолютная температура фазового перехода. В общем случае обратимого процесса при постоянном объеме, когда изменение внутренней энергии равноили при постоянном давлении, когда изменение энтальпии равноизменение энтропии равно:

2. При нагревании любого вещества от при постоянном объеме (V=const). В случае, как следует из математической формулироквки первого начала термодинамики, теплота процесса приобретает свойства функции состояния и не зависит от пути процесса. Подставляя значение из уравнения и , получаем:

Если принять

3. При нагревании любого вещества при постоянном давлении (p=const)

При (4)

4.Для различных процессов с идеальным газом в соответствии с получим выражение

Если , вместо уравнения (5) можно написать

Учитывая, что для идеального газа , уравнение (6) можно представить в виде:

В изотермическом процессе, учитывая, что получаем из (6) и (7)

В изохорном процессе, учитывая, что получаем из равенства (6)

В изобарном процессе, учитывая, что и находим из (7)

Определим изменение энтропии при взаимной диффузии двух идеальных газов. Представим себе два идеальных газа (1 и 2), находящихся в сосуде, разделенном перегородкой с отверстием. Пусть вначале в одной части сосуда объемом находится молей газа 1-го сорта, а в другой части сосуда объемоммолей газа 2-го сорта, причем, давлениеp и температура Т обоих газов одинаковы. Газы будут взаимно диффундировать через отверстие в перегородке и через некоторое время в обеих частях сосуда образуется равномерная смесь газов; при этом молей газов займут весь объемсосуда.