Энтропия. Второй закон термодинамики ( формулировка и математическое выражение). Обратимые и необратимые в термодинамической смысле процессы.

Энтропия - мера энергетического беспорядка в системе, мера хаоса, мера той энергии, которая рассеивается в виде тепла и не превращается в работу.

Физический смысл энтропии:

энтропия – это количество энергии, рассеянной 1 моль вещества, отнесенное к 1 градусу.

S

Энтропия – экстенсивная функция. Энтропия пропорциональна массе, её относят к 1 моль или 1 грамму вещества. Это означает, что энтропия системы равна сумме энтропий составных частей:

S =

Энтропия является функцией состояния системы. Это значит, что характеризует систему, а не процесс. Её изменение зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит от пути перехода:

.

Для химической реакции изменение энтропии: _прод - _исх

S= k In W Уравнение Больцмана

 

Второй закон термодинамики (второе начало термодинамики):

Самопроизвольно протекают процессы, приводящие к увеличению общей энтропии системы и окружающей среды

ΔS_сист + ΔS_среды ≥ 0 или ΔS ≥ 0

k – константа Больцмана: k = = 1,38∙10^-23 Дж/градус;

W – число микросостояний, с помощью которых можно реализовать данное макросостояние: W=1/Р;

Р – вероятность того, что система находится именно в этом микросостоянии.

Используя энергию Гиббса, второй закон термодинамики можно выразить так:

При постоянстве температуры и давления в системе самопроизвольно протекают только процессы, ведущие к уменьшению энергии Гиббса. В состоянии равновесия энергия Гиббса равна нулю.

Энергия Гиббса. Прогнозирование самопроизвольно протекающих процессов в изолированной и закрытой системах; роль энтальпийного и энтрапийного факторов. Термодинамические условия равновесия.

Энергия Гиббса (или потенциал Гиббса) — это величина, показывающая изменение энергии в ходе химической реакции. G = U + PV - TS, где U — внутренняя энергия, P — давление, V — объем, T — абсолютная температура, S — энтропия

G=H-TS

При ∆G<0 реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении;

∆G>0 в обратном направлении

∆G=0 реакция находится в состоянии равновесия.

Изменение энергии Гиббса определяется формулой

Первое слагаемое называют энтальпийным фактором, второе – энтропийным фактором.

В изолированной системе самопроизвольно совершаются только такие процессы, при которых S возрастает, т.е. ∆S > 0 2.

Для закрытых систем необходимо учитывать 2 фактора, определяющих направление самопроизвольно протекающих процессов:

Энтальпийный – стремление системы к минимуму энергии за счет экзотермической реакции.

Энтропийный – к увеличению неупорядоченности в расположении частиц за счет теплового движения, поэтому новая функция состояния.

Уменьшению энергии Гиббса, а значит и самопроизвольному протеканию процесса, способствует уменьшение ∆Н (процессы с выделением тепла) и рост энтропии (процессы с ростом разупорядоченности в системе).

 

Стандартная энергия Гиббса химической реакции рассчитывается по формуле с использованием табличных данных:

или

,

где

Термодинамическое равновесие — состояние системы, при котором ее параметры остаются неизменными сколь угодно долгое время при неизменности внешних условий.

Термодинамические условия равновесия: (вроде так, не нашла)

1. Постоянство концентрации

2. Постоянство давления

3. Постоянство температуры.