k-tree

Общая химия

1. Вещество

Вещество и его строение, модель атома

2. Электронная конфигурация атома

Сколько электронов в атоме и где их искать?

3. Ион

Ионы - заряженые частицы, катионы и анионы

4. Единицы измерения

А.е.м., моль, концентрация

5. Химические соединения

Молекулы, химические соединения

6. Термохимия

Химическая термодинамика, система, энтальпия

7. Скорость химической реакции

Сколько времени займёт реакция? Что влияет на скорость реакции?

8. Химическое равновесие

Равновесие обратимых реакций. Принцип Ле Шателье. Влияние внешних факторов на равновесие

9. Законы термодинамики

Мера беспорядка, энергия вселенной, свободная энергия Гиббса

10. Окислительно-восстановительные реакции

Степень окисления. Окислитель. Восстановитель. Редокс

11. Электрохимия

Электрохимия. Электролиз. Гальванические элементы

12. Классы соединений

Основные классы химических соединений. Классификация

Органическая химия

Неорганическая химия



Термодинамика

Из статьи Вы узнаете, в что такое энтропия, как количественно определить беспорядок и как посчитать, произойдёт ли реакция?

Законы термодинамики

Первый закон термодинамики гласит, что энергия сохраняется в течение любого процесса, но этого недостаточно, что бы определить, произойдёт ли реакция при достаточном количестве энергии. Например, если в комнату с книгой на полу подвести много тепла, то книга на стол не поднимется, даже если количество подведённого тепла будет несоизмеримо больше требуемой энергии. Реакции, происходящие сами по себе, часто сопровождаются потерей энергии, но это не может служить критерием по которому мы сможем предугадать: произойдёт ли реакция?

Любой процесс происходит так, что более желаемое состояние системы - это менее упорядоченое (всё стремится к беспорядку). Математически, беспорядок более вероятен, пример: представим два соединённых сосуда, поместим в них одну молекулу. Вероятность, что молекула окажется в сосуде А - 50%, в сосуде Б - 50%. Если мы поместим две молекулы, то мы получим четыре возможных комбинации: молекулы окажутся в сосуде А - 25%, в сосуде Б - 25%, в двух разных сосудах - 50%. Если мы попробуем разместить четыре молекулы, то вероятность, что молекулы сгруппируются по парам - 3/8. Если увеличивать количество молекул, то мы увидем тенденцию, что вероятность нахождения молекул в одном сосуде становится бесконечно мала, тогда как вероятность равномерного распределения всегда больше.

Таким образом, любая система стремится к более вероятному состоянию - менее упорядоченному. Беспорядок можно выразить через количество возможных комбинаций распределения энергии, например, если мы возьмём кристалл, в котором находится восемь атомов, опустим температуру до абсолютного нуля, то все восемь атомов будут находиться в вершинах кристалла и передача энергии между ними невозможна, таким образом есть только одна возможная комбинация и W=1. Если сообщить кристаллу достаточное количество энергии что бы перенести один из атомов в возбуждённое состояние, то мы получим восемь возможных состояний системы, так W=8.

Третий закон термодинамики

Третий закон термодинамики можно сформулировать так: энтропия чистого твёрдого кристалла равна нулю при абсолютном нуле.

Энтропия - это мера беспорядка, выражается S = k • ln W, где k - это константа Больцмана, определяющая зависимость энергии от температуры. В изолированной системе (система, в которой невозможны передача энергии или материи за её пределы) каждое изменение состояния обозначает, что система переходит в более вероятное состояние, т.е. энтропия увеличивается.

В неизолированной системе может происходить обмен энергией с окружающей средой. Таким образом, изменение энтропии это сумма ΔSсреды и ΔSсистемы, т.е. изменение энтропии, это:

ΔS = ΔSсреды + ΔSсистемы (1)

Так можно вывести, что сумма любой системы и окружающей среды - это вселенная. Рудольф Клаузиус сформулировал первый и второй законы термодинамики так:

  • Энергия вселенной постоянна
  • Энтропия вселенной постоянно увеличивается

Энергия Гиббса

Для любого процесса, который происходит при постоянной температуре изменение энтропии среды зависит от количества тепла поглощённого системой и температуры, при которой было передано тепло:

ΔS = тепло/T (2)

Тепло, поглощённое средой это -q, системой - +q, при постоянном давлении q=ΔH, отсюда, при постоянных P и T получаем:

ΔS = ΔHсреды/T = -ΔHсистемы/T (3)
так как
ΔSΣ = ΔSсистемы + ΔSсреды (4)
то
ΔSΣ = ΔSсистемы - ΔHсистемы/T (5)
умножив на -T, получим:
-TΔSΣ = ΔHсистемы - TΔSсистемы (6)

Значение -TΔSΣ называется свободной энергией Гиббса или просто свободной энергией:

G = H - TS

H и S - функции состояния, поэтому G также будет являться функцией состояния, то есть не зависеть от того, как система пришла в такое состояние:

ΔG = G2 - G1 = H2 - H1 - (T2S2 - T1S1) (7)

Согласно второму закону термодинамики, энтропия увеличивается в процессах, которые происходят сами по себе, таким образом, при постоянных температуре и давлении, если ΔG > 0, то реакция не произойдёт.

Используя третий закон, мы можем посчитать ΔS Для изменения температуры от абсолютного нуля до T: ΔS0→T = ST - S0 = ST - 0 = ST. Так, ST, абсолютная энтропия вещества при температуре T подсчитана и затабулирована для многих веществ, значения энтропии для заданной температуры берутся из справочника.


Следующая статья - Окислительно-восстановительные реакции.

© 2015-2017 - K-Tree.ru
Копия материалов, размещённых на данном сайте, допускается только по письменному разрешению владельцев сайта.
По любым вопросам Вы можете связаться по почте info@k-tree.ru