Формула Больцмана для энтропии как термодинамической вероятности состояния системы.

Энтропия (S) – это количественная мера степени неупорядоченности системы.

Зависит от температуры. Чем выше температура, тем выше степень неупорядоченности.

Молекулярную природу энтропии раскрыл австрийский физик Людвиг Больцман (1844-1906). Связь энтропии с молекулярным хаосом он описал формулой S=k*lnW, где W – термодинамическая вероятность, k – постоянная величина, называемая константой Больцмана, которая связана с газовой постоянной соотношением k=R/N_A (N_A – постоянная Авогадро) и равна 1.38*10^-23 Дж/К

Энтропия скачкообразно изменяется при фазовых переходах вещества. Она повышается при плавлении, так как разрушается упорядоченная кристаллическая решетка, и,особенно, при испарении, поскольку резко возрастает объем, доступный для хаотичного движения молекул. Процессы же кристаллизации и конденсации вещества, наоборот, приводят к уменьшению энтропии. Снижается она, хотя и не так резко, и при охлаждении газов, жидкостей, твердых тел. В идеально правильном кристалле при температуре абсолютного нуля (-273⁰С) энтропия равна нулю.

Прибора, который показывал бы величину энтропии, не существует. В то же время энтропию или ее изменение можно рассчитать. Например, увеличение энтропии вещества ΔS, вызванное добавлением количества теплоты ΔQ при температуре T, определяется по формуле: ΔS=ΔQ/T. Единицей измерения энтропии является Дж/К или Дж/(моль*К)

Критерий самопроизвольности процесса устанавливается вторым законом термодинамики. Он имеет несколько формулировок, равнозначность которых не всегда очевидна на первый взгляд. Впервые второй закон термодинамики был сформулирован в 1850 году Клазиусом: Тепло не может переходить самопроизвольно от менее нагретого тела к более горячему.

3. Напишите вариант реакции какого-нибудь металла-лантаноида или его окисла с водой. Определение амфотерности.

Лантаноиды – это 14 элементов, следующих за лантаном, у которых к электронной конфигурации лантана последовательно добавляются 14 4f-электронов. В свободном состоянии лантаноиды – весьма активные металлы. (В рядунапряжений они находятся значительно левее водорода), электродные
потенциалы лантаноидов составляют около –2,4 В). Поэтому все лантаноиды
взаимодействуют с водой с выделением водорода:
2Э + 6Н2О = 2Э(ОН)3 + 3Н2

 

2Nd + 6Н2О = 2Nd (ОН)3 +3Н2 (Неодим)

 

Амфотерность (от греч. amphoteros - и тот и другой) – способность некоторых химических соединений, напр. гидроксидов, аминокислот, взависимости от условий проявлять либо основные, либо кислотные свойства. Напр., в присутствии кислот Al(OH)3 ведет себя как основание

 

 

2Pm + 6Н2О = 2Pm (ОН)3 +3Н2 (Прометий)

2 Gd + 6Н2О = 2Pm (ОН)3 +3Н2 (Гадолиний)

2 Ho + 6Н2О = 2Но (ОН)3 +3Н2 (Гольмий)

2 Er + 6Н2О = 2Er (ОН)3 +3Н2 (Эрбий)

 

|Неодим |Nd |4f46s2 |+3 |

|Прометий |Pm |4f56s2 |+3 |

|Гадолиний |Gd |4f75d16s2 |+3 |

|Гольмий |Ho |4f116s2 |+3 |
|Эрбий |Er |4f126s2 |+3 |

 

 

Билет № 12

1. Что такое энергетический уровень и в каком порядке происходит их заполнение в атомах (принцип Паули, правила Гунда и Клечковского)?

Энергетический уровень - состояние электрона, характеризующееся различными значениями l -(орбитальное квантовое число).

S(орбитальное к.ч. 0) - Орбиталь максимально на ней находится 2 элек­трона

Р(орбитальное к.ч. ]) - Орбиталь максимально на ней находится 6 электронов

D(орбитальное к.ч. 2) - Орбиталь максимально на ней находится 10

электронов

F(орбитальное к.ч. 3) - Орбиталь максимально на ней находится 14 электронов

1 n 28, 2р|35,Зр|-Ч Зс1, 4р|5ь, 4с1, 5р|б8,4Г, 5с!, 6р|7я, 5Г, 6(1, 7р

Принцип Паули. В атоме не может быть двух электронов, у которых значения всех квантовых чисел (n, l, m, s) были бы одинаковы, т.е. на каждой орбитали может находиться не более двух электронов (c противоположными спинами).

Правило Клечковского (принцип наименьшей энергии). В основном состоянии каждый электрон располагается так, чтобы его энергия была минимальной. Чем меньше сумма (n + l), тем меньше энергия орбитали. При заданном значении (n + l) наименьшую энергию имеет орбиталь с меньшим n. Энергия орбиталей возрастает в ряду:

1S < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 5d» 4f < 6p < 7s.

Правило Хунда. Атом в основном состоянии должен иметь максимально возможное число неспаренных электронов в пределах определенного подуровня.