16. Энтропия образования химических соединений.

Энтропия (S) связана с числом W равновероятных микроскопических состояний, которыми можно реализовать данное макроскопическое состояние системы, уравнением: S=klgW, к- коэффициент пропорциональности.

Наименьшую энтропию имеют идеально правильно построенные кристаллы при абсолютном нуле. С повышением температуры энтропия возрастает, т.к. возрастает интенсивность движения частиц, растет число способов их расположения. Изменяется энтропия при протекании химических процессов. Увеличение числа газовых молекул приводит к возрастанию энтропии, уменьшение – ее понижению.

Подобно внутренней энергии и энтальпии, энтропия зависит только от состояния системы. Но, в отличие от этих двух функций, связь изменения энтропии с теплотой зависит от способа проведения процесса – от его скорости.

Если процесс проводится обратимо и при постоянной температуре, то изменение энтропии связано с поглощаемой теплотой уравнением:

S=Q_обр/Т, Q_обр- кол-во теплоты, поглощенной системой в изотермическом обратимом процессе; Т – абсолютная температура. С помощью этой формулы можно определить изменение энтропии при плавлении и кипении веществ. При поглощении некоторого кол-ва теплоты энтропия системы возрастает тем сильнее, чем ниже температура, при которой поглощается теплота. Энтропия имеет размерность энергии, деленной на температуру: выражают в Дж/К.

Энтропия и ее изменение при химических реакции

Многие процессы протекают без подвода энергии извне. Такие процес­сы называются самопроизвольными.

Например: переход теплоты от нагретого тела к менее нагретому, сме­шивание газов, образование ржавчины на металлах, реакция многих металлов с кислородом и др.

Как показывает опыт, одной из движущих сил самопроизвольного те­чения реакции является уменьшение энтальпии системы, т.е. ее экзотермичность ( Н). Однако известны эндотермические самопроизвольно проте­кающие процессы, у которых Н > 0. Например, растворение NH4N03 (ДН = 25,7 кДж/моль). происходит за счет внутренних процессов в системе. При растворении кристаллы соли распадаются на ионы, которые в гидратирован-ном состоянии совершают более хаотические движения, чем в кристалле. Та­ким образам система переходит от более упорядоченного состояния к менее упорядоченному. Отсюда следует, что кроме уменьшения энтальпии системы (энтальпийный фактор) имеется другая движущая сила самопроизвольного процесса - стремление к беспорядку.

Мерой неупорядоченности состояния системы служит термодинамическая величина – энтропия (S⁰₂₉₈ ^Дж/_моль*К).

В отличие от других термодинами­ческих величин можно определить не только изменение, но и абсолютное значение энтропии. Между энтропией (мерой беспорядка) и вероятностью состояния (W) существует связь, выраженная формулой Больцмана:

S=K*InW, где К=1,38*10^-23 Дж/К(постоянная Больцмана)

Характеристи­ка энтропии дается во втором и третьем началах термодинамики:

II начало термодинамики: в изолированной системе самопроизвольно могут протекать только такие процессы (и химические .реакции), при кото­рых энтропия возрастает.

III начало термодинамики; при абсолютном нуле энтропия идеально­го кристалла равна нулю.

Энтропия растет с повышением температуры, поэтому количественно

энтропия выражается произведением абсолютной температуры на энтропию системы, Т.е. Т S Дж/моль 8 Дж/моль. Агрегатное состояние также влияет на величину энтропии: энтропия растет при переходе от твердого агрегатного состояния к жидкому и далее к газообразному. Изменение энтропии химической реакции рассчитывается по уравнению:.

Значения энтропии в стандартных условиях берутся в табл., при расчете следует учитывать стехиометрические коэффициенты перед вещест­вами в реакции. После рассмотрения основных понятий об энтальпии и эн­тропии следует сделать вывод: в химических процессах одновременно дейст­вуют два фактора, приводящих к самопроизвольному протеканию химиче­ских реакций — энтальпийный (понижение энергии системы) и энтропийный (стремление к беспорядку). Суммарный эффект этих двух факторов в изобарноизотермических условиях (Р и Т - const) определяет направленность

химической реакции.

S⁰ _х.р. = S⁰ _{прод. реакции. -} S⁰ _{исход. веществ}

Величиной, указывающей на направление реакций, является энергияГиббса (G°298)

№16