2014-01-25
989
Второй закон термодинамики (второе начало термодинамики):
Самопроизвольно протекают процессы, приводящие к увеличению общей энтропии системы и окружающей среды
ΔSсист + ΔSсреды ≥ 0 или ΔS ≥ 0
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
Больцман в 1896 г. постулировал, что энтропия связана с термодинамической вероятностью логарифмической зависимостью
S = k ln W уравнение Больцмана
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.
С увеличением порядка в системе уменьшается число микросостояний, с помощью которых можно реализовать это состояние, и уменьшается энтропия.
При переходе вещества из газообразного состояния в жидкое и далее в кристаллическое энтропия уменьшается. Согласно уравнению Больцмана энтропия может быть равна нулю только в одном единственном состоянии.
V. Третий закон термодинамики:
В 1911 г. Планк сформулировал постулат, известный как третий закон термодинамики:
энтропия идеально построенного кристалла чистого вещества
(без дефектов и примесей) при абсолютном нуле равна нулю.
Этот закон устанавливает нуль отсчета для энтропии, что позволяет рассчитывать её абсолютное значение, т.к.
В изолированной системе (U, V=const) в самопроизвольном процессе возрастает энтропия. В состоянии равновесия энтропия максимальна и постоянна.
В закрытой и открытой системе критерием самопроизвольного протекания процесса является уменьшение энергии Гиббса (G).
G=H-TS
H – энтальпия, T – температура, S – энтропия
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.
∆G ≤0 (р, Т=const)
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
Стандартная энергия Гиббса химической реакции рассчитывается по формуле с использованием табличных данных:
или
,
где
Экзергонические процессы – химические реакции, в результате которых уменьшается энергия Гиббса и система совершает работу.
Эндергонические процессы – химические реакции, в результате которых возрастает энергия Гиббса и над системой совершается работа.
Например, окисление глюкозы в крови процесс экзергонический, поскольку, сопровождается уменьшением энергии Гиббса, а в результате этой реакции возможно осуществлять различные виды работ в организме.
Рекомендуемая литература
Основная:
1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учебник для медицинских вузов. /Ю.А. Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд и другие. Под ред. Ю.А. Ершова, 8 изд.,560 с. – М.: Высш. Шк., 2010.
2. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учебное пособие для студентов медицинских вузов.(Ред. В.А. Попков).- М., Высшая школа, 4 изд., 239 с., 2008 г.
Дополнительная
1. Общая химия./ Глинка Н.Л., 720 с.- Л.: Химия, 1978.
2. Физическая и коллоидная химия./ Равич-Щербо М.И., Новиков В.В., 255с. - М.: Высш. шк., 1975.
3. Введение в бионеорганическую и биофизическую химию. / Ленский А.С., 256 с.- М.: Высш. шк., 1989.
Методические пособия, рекомендации и т.д., изданные кафедрой:
Лекции по общей химии для студентов лечебного и педиатрического факультетов (Ю.А. Алексашин, Ю.В. Куляш, Р. Т. Куцемако), Изд-во СГМУ,186 с., Саратов, 2002.
