Основы химической термодинамики

Понятие об энтропии, вероятностный характер энтропии, направленность процессов в изолированных системах

• Для оценки принципиальной осуществимости химической реакции в системе используют функцию состояния системы, которая была названа Клаузиусом энтропия S( в переводе с греческого – превращение).
• S=S2-S1=Q/T
• Это выражение вытекает из анализа работы идеальной тепловой машины ( цикла Карно): эффективность паровой машины не зависит от природы нагреваемого и охлажденного рабочего вещества и определяется равенством:
• =W/Q=(Q1-Q2)/Q1=(T2-T1)/T1
• Q1-теплота, переданная рабочему веществу от нагревателя, температура которого T1, Q2 – теплота, принятая холодильником от рабочего вещества , температура которого T2
• Т.о. доля внутренней энергии, которая может быть превращена в работу зависит от разности температур нагревателя и холодильника.

Второе начало термодинамики

• Энтропия в термодинамически необратимом процессе, протекающем в изолированной системе, возрастает: S0
• Возрастание будет происходить до максимально возможного значения, характерного для данной системы, пока не наступит тепловое равновесие.
• Для закрытых систем, находящихся в тепловом равновесии с внешней средой: TSQ
• Для необратимых самопроизвольные химических реакций, протекающих в закрытых системах: TSQ

Вероятностный характер энтропии

• W - число микросостояний, с помощью которых реализуется данное макросостояние, называют термодинамической вероятностью.
• Рассмотрение различных изолированных систем показывает, что самопроизвольные процессы всегда связаны с ростом числа микросостояний w системы. В этих же процессах происходит возрастание энтропии S системы, т. е. энтропия возрастает с увеличением числа микросостояний.
• Впервые на существование такой зависимости обратил внимание австрийский физик Л. Больцман, который в 1872 г. предложил соотношение:
• S=klnW, k = R/NA = 1,38 *10-23 Дж/К,
• где k – постоянная Больцмана, равная отношению газовой постоянной R к постоянной Авогадро NA .