Введение

Закон сохранения энергии гласит, что при всех процессах, протекающих в изолированной системе, внутренняя энергия системы, представляющая собой сумму кинетических энергий и энергий взаимодействия (потенциальных энергий) частиц этой системы, остается постоянной. Об этом же говорит и первое начало термодинамики (принцип сохранения энергии). Однако внутренняя энергия, сама по себе еще не определяет состояние термодинамического равновесия системы. Состояние термодинамического равновесия описывается величиной свободной энергии и составляет второе начало термодинамики,

ΔF = ΔE - TΔS, (1)

где ΔF - изменение свободной энергии

ΔE - изменение внутренней энергии системы,

ΔS - изменение энтропии системы,

T - абсолютная температура

Основным фактором, определяющим состояние равновесия, является энтропия. В случае образования растворов, гомогенных смесей, жидких расплавов из исходных компонентов в уравнение свободной энергии входит энтропия смешения ΔS^см [1]. Необратимые физико-химические процессы всегда идут с возрастанием энтропии и характеризуют переход от неустойчивого состояния к устойчивому, иными словами из нестабильного состояния в стабильное.

Исходя из уравнения (1) система становится все более стабильной, чем меньше ее внутренняя энергия (например, выделение тепла при смешении компонентов, когда раствор или сплав занимает минимальное энергетическое состояние) и чем больше энтропия смешения. Однако процесс смешения самопроизвольно может идти даже в том случае, когда энергия системы (ΔE) повышается, если вклад энтропийного члена (TΔS) в уравнение свободной энергии значителен. Это в некоторой степени противоречит закону сохранения энергии, хотя второй закон термодинамики определяет лишь направление энергетических процессов, а не энергетический баланс. Это несоответствие возникает в основном из-за того, что не совсем ясен пока физический смысл энтропии смешения, а ее определение из квантовой механики как число вероятностей состояния системы не выявляет энергетическую природу энтропии.

В данной статье мы постарались приблизиться к пониманию физико-энергетической природы энтропии, рассматривая изменение величины энтропии смешения в физико-химических процессах как результат взаимодействия материи с Физическим Вакуумом (ФВ).