Энтропия.

Большинство процессов представляет собой два одновременно происходящих явления:

- передачу энергии;

- изменение в упорядо­ченности расположения частиц относительно друг друга.

Частицам (молекулам, атомам, ионам) присуще стремление к беспорядочному движению, поэтому система стремится перейти из более упорядочен­ного состояния в менее упорядоченное. Так, если, например, баллон с газом соединить с сосудом, то газ из баллона будет распределяться по всему объему сосуда. При этом система из более упорядоченного состояния (с меньшим беспорядком) переходит в состояние менее упорядоченное (с большим беспорядком). Количественной мерой бес­порядка является энтропия S. При переходе системы из более упо­рядоченного в менее упорядоченное состояние энтропия возрастает (DS > 0).

Переход же системы из менее упорядоченного состояния в более упорядоченное связан с уменьшением энтропии, и самопроизвольное протекание подобного процесса менее вероятно. Так, ясно, что в рас­сматриваемом примере невероятно, чтобы газ сам собой собрался в баллоне. В случае перехода системы из менее упорядоченного со­стояния в более упорядоченное энтропия системы уменьшается (DS < 0).

Энтропия определяется формулой Больцмана:

S = (R/N_A) ln W,

Где R - универсальная газовая постоянная; N_A - постоянная Авогадро.

Энторопию обычно относят к 1 моль вещества, следовательно единицы измерения Дж/(моль ^. К).

Величина W - термодинамическая вероятность, есть число различных способов реализации состояния вещества. Это очень большая величина. Если макросистема состоит даже из 10 частиц, то W = 10⁴. Обычно приходится иметь дело с объектами, содержащими 10²³ частиц и более. Но если провести логарифмирование W, то получаются сравнительно не большие значения энтропии - порядка десяти или сотен Дж/(моль ^. К).

Таким образом, в отличие от энтальпии абсолютные значения энтропии могут быть определены экспериментально.

Энтропия возрастает при увеличении беспорядка, т.е. при переходе вещества из твердого состояния в жидкость, в пар, при увеличении объемов газов, при усложнении молекул, при растворении вещества.

Примеры.

 

Энтропии веществ, как и их энтальпии образования, принято относить к опре­деленным условиям: обычно к температуре 25° С (298,15 К) и дав­лению 101 325 Па. Энтропию при этих условиях обозначают S°₂₉₈ и называют стандартной энтропией. Значения стандартной эн­тропии для многих веществ определены и сведены в таблицы.

Значениями энтропии веществ пользуются для установления изменения энтропии системы в результате соответствующих процес­сов. Так, для химической реакции

аА + bВ + • • • = dD + еЕ + • • •

изменение энтропии системы будет

DS = (dS_D + eS_E + …) - (aS_A + bS_B + …)

DS = SS_прод - SS_исх

Задача (качественная).

Не производя вычислений, определить знак изменения энтропии в следующих реакциях: