。ㄒ唬w系的混亂度與熵
所謂體系的混亂度,就是指體系內部所有物質微粒(包括分子、原子、離子、電子、原子核、原子團,以及由這些基本粒子組成的更大的集合體、團粒等)所處狀態(tài)的混亂程度。這是與這些微粒的排列有序性相反的一個概念。熵是人們用來描述、表征體系混亂度的函數;蛘哒f,熵是體系混亂度的量度。體系的混亂度越大,熵值也越大,反之亦然。而體系的混亂度是體系本身所處的狀態(tài)的特征之一。指定體系處于指定狀態(tài)時,其混亂度也是確定的,而如果體系混亂度改變了,則體系的狀態(tài)也就隨之有相應的改變。因此,熵也和熱力學能、焓等一樣,具有狀態(tài)函數的特性,熵也是一種狀態(tài)函數。
。ǘ崃W第三定律與物質的規(guī)定熵
熱力學第三定律是在很低的溫度下研究凝聚體系的熵變的實驗結果所推出的結論。它解決了如何通過實驗測求規(guī)定熵的問題。
熱力學第三定律有好幾種表述方法,這些表述方法字面上雖然各不相同,但其內容實質具有一定的聯系和等效性。對熱力學第三定律的一種基本表述為:“不能用有限的手續(xù)把一個物體的溫度降到絕對零度”。而化學熱力學中最普遍采用的表述為:“在絕對零度時任何純物質的完整晶體的熵等于零”。這里所謂完整晶體是指晶體中的原子或分子都只有一種排列形式。熱力學第三定律的內容與熵的概念是一致的。在絕對零度時,純物質的完整晶體中,所有的微粒都處于理想的晶格結點位置上,沒有任何熱運動,是一種理想的完全有序狀態(tài),自然具有最小的混亂度,所以其熵值為零。根據熱力學第三定律S.=0,利用熱力學的方法,熱化學測量,可以求得純物質的完整晶體從絕對零度加熱到某一溫度T的過程的熵變△S(T),(真正的完整晶體和絕對零度都是達不到的,實際上用在相當接近這一理想狀態(tài)的條件下得到的實驗結果外推后,用圖解積分的方法求得的)。
因為:△S(T)=ST—S0,而S0=0,所以ST=△S(T),即用上述方法測得的熵變△S(T),就等于在溫度T時,該物質的熵值,稱為該物質的規(guī)定熵。由此可定義:
在標準狀態(tài)下,1mol純物質的規(guī)定熵,即為該物質的標準摩爾規(guī)定熵,簡稱物質的標準熵。以Sm(-)表示,單位是J·K-1·mol-1.應該注意,任一種穩(wěn)定單質的規(guī)定熵和標準熵值都不為零。這是與物質的標準生成焓不同之處。
。ㄈ┗瘜W反應的標準摩爾熵變
對于化學反應而言,若反應物和產物都處于標準狀態(tài)下,則反應過程的熵變,即為該反應的標準熵變。當反應進度為單位反應進度時,反應的標準熵變?yōu)樵摲磻臉藴誓栰刈,以△rSm(-)表示。與反應的標準焓變的計算相似,化學反應的標準摩爾熵變,可由生成物與反應物的標準熵求得。
。ㄋ模╈刈兒头磻较
對于孤立體系而言,在其中發(fā)生的任何反應變化必然是自發(fā)的。熱力學第二定律告訴我們:在孤立體系中發(fā)生的任何變化或化學反應,總是向著熵值增大的方向進行,即向著△S孤立>0的方向進行的。而當達到平衡時△S孤立=0,此時熵值達到最大。
如果不是孤立體系,則可以把體系與其周圍的環(huán)境一起作為一個新的孤立體系考慮,熵增原理仍然是適用的。由此可以得出,自發(fā)反應是向著(△S體系+△S環(huán)境)>0的方向進行的。大家知道,在常壓下,當溫度低于273K時,水會自發(fā)地結成冰。這個過程中體系的熵是減小的,似乎違背了熵增原理。但應注意到,這個體系并非孤立體系。在體系和環(huán)境間發(fā)生了熱交換。從水變成冰的過程中體系放熱給環(huán)境。環(huán)境吸熱后熵值增大了,而且環(huán)境熵值的增加超過了體系熵值的減小。因而體系的熵變加上環(huán)境的熵變仍是大于零的,所以上述自發(fā)反應是符合熱力學第二定律的。
建設工程教育網整理
1、凡本網注明“來源:建設工程教育網”的所有作品,版權均屬建設工程教育網所有,未經本網授權不得轉載、鏈接、轉貼或以其他方式使用;已經本網授權的,應在授權范圍內使用,且必須注明“來源:建設工程教育網”。違反上述聲明者,本網將追究其法律責任。
2、本網部分資料為網上搜集轉載,均盡力標明作者和出處。對于本網刊載作品涉及版權等問題的,請作者與本網站聯系,本網站核實確認后會盡快予以處理。
本網轉載之作品,并不意味著認同該作品的觀點或真實性。如其他媒體、網站或個人轉載使用,請與著作權人聯系,并自負法律責任。
3、聯系方式:010-82326699 / 400 810 5999。