Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


—амов≥льн≥ процеси привод€ть систему до р≥вноваги




Ќаприклад, вир≥внюЇтьс€ тиск, температура, концентрац≥€ тощо.

ƒруге начало термодинам≥ки визначаЇ:

а) €к≥ процеси у в≥дпов≥дн≥й систем≥ при заданих умовах можуть в≥дбуватис€ самов≥льно;

б) встановлюЇ межу можливост≥ самов≥льного прот≥канн€ процесу, тобто стан р≥вноваги;

в) даЇ можлив≥сть визначити, €кими повинн≥ бути зовн≥шн≥ умови, щоб процес в≥дбувавс€ в певному напр€мку.

≤снуЇ дек≥лька формулювань ≤≤ закону термодинам≥ки:

Ј “еплота не може самочинно перейти в≥д менш нагр≥того т≥ла до б≥льш нагр≥того. (–. лауз≥с. 1850р.)

Ј Ќеможливо зд≥йснити процес, Їдиним результатом €кого було б перетворенн€ теплоти в роботу. ( ельв≥н 1854р.)

Ј ¬≥чний двигун другого роду неможливий. (ќсвальд 1888р.)

ѕ≥д в≥чним двигуном другого роду розум≥Їтьс€ пер≥одично д≥юча теплова машина, €ка зд≥бна повн≥стю перетворити теплоту в роботу, тобто без передач≥ частини њњ холодильнику.

Ј ¬ ≥зольован≥й систем≥ вс≥ х≥м≥чн≥ взаЇмод≥њ м≥ж речовинами проход€ть т≥льки в тому напр€мку, при €кому система зд≥йснюЇ роботу п≥д час €коњ зменшуЇтьс€ в≥льна енерг≥€, тобто т≥льки тоњ частинки енерг≥њ, €ка зд≥бна зд≥йснити роботу.

ѕриклад 5. як оц≥нюЇтьс€ можлив≥сть переб≥гу х≥м≥чного процесу?

¬≥дпов≥дь:

 ожна система намагаЇтьс€ перейти в стан з найменшим запасом енерг≥њ. “ому самов≥льний переб≥г будь-€кого процесу маЇ супроводжуватис€ зменшенн€м внутр≥шньоњ енерг≥њ ≥ ентальп≥њ системи. ќтже, в≥дТЇмне значенн€ ентальп≥њ ∆Ќ де€кою м≥рою вказуЇ на ймов≥рн≥сть переб≥гу х≥м≥чноњ реакц≥њ.

ƒл€ оц≥нки можливост≥ переб≥гу х≥м≥чного процесу потр≥бно розгл€нути так≥ термодинам≥чн≥ функц≥њ, €к ентроп≥€ S ≥ енерг≥€ √≥ббса G.

«г≥дно з другим законом термодинам≥ки теплота, а отже, ≥ внутр≥шн€ енерг≥€ не можуть повн≥стю перетворюватис€ в роботу. ѕри стал≥й температур≥ запас внутр≥шньоњ енерг≥њ можна подати у вигл€д≥ двох складових частин.

U = F + G

де F Ц корисна частина внутр≥шньоњ енерг≥њ, €ка здатна виконувати роботу ≥ називаЇтьс€ в≥льною енерг≥Їю;

G Ц непродуктивна частина внутр≥шньоњ енерг≥њ, €ка не перетворюЇтьс€ на роботу ≥ називаЇтьс€ звТ€заною енерг≥Їю.

” м≥ру виконанн€ системою роботи њњ в≥льна енерг≥€ зменшуЇтьс€, ≥, очевидно, чим б≥льше система м≥стить у соб≥ в≥льноњ енерг≥њ, тим б≥льшу роботу вона може виконувати. ’арактеристикою звТ€заноњ енерг≥њ Ї ентроп≥€ S (в≥д грец.
en Ц всередину, trope Ц звертати).

ўоб охарактеризувати ентроп≥ю, розгл€немо приклад. ™ посудина, €ка под≥лена перегородкою. ¬ одн≥й частин≥ посудини Ї газ, а в друг≥й Ц вакуум (стан ≤). якщо перегородку прибрати, газ буде дифундувати у вакуум, його молекули р≥вном≥рно розпод≥л€тьс€ по всьому обТЇму посудини
(стан ≤≤). ¬≥дбувс€ самов≥льний (спонтанний) процес розпод≥лу молекул по всьому обТЇму системи. «воротн≥й процес самочинного стисканн€ газу Ц неможливий.

–озгл€нуте €вище розширенн€ газу вказуЇ на направлен≥сть процесу до найб≥льш ймов≥рного стану, тобто до стану, €кому в≥дпов≥даЇ максимальна безладн≥сть розпод≥лу частинок. ѕри цьому енерг≥€, маса ≥ загальний обТЇм системи залишилис€ сталими, а зм≥нивс€ лише ступ≥нь безладност≥: в стан≥ 1 система мала б≥льший ступ≥нь пор€дку, бо концентрац≥€ газу вища, м≥жмолекул€рн≥ в≥ддал≥ меш≥, отже, й м≥жмолекул€рн≥ звТ€зки сильн≥ш≥, що зумовлюЇ б≥льшу ф≥ксован≥сть молекул в≥дносно одна одноњ.

ƒл€ оц≥нки ступен€ безладност≥ системи ввод€ть функц≥ю стану системи, €ку називають ентроп≥Їю.

÷е пон€тт€ прийшло в науку з теор≥њ теплових машин, тепер воно повн≥стю переосмислено статистичною ф≥зикою ≥ вводитьс€ €к м≥ра невпор€дкованост≥ систем, що складаютьс€ з великоњ к≥лькост≥ частинок. ” такому вигл€д≥ воно набуло великого значенн€ дл€ х≥м≥чних ≥ б≥олог≥чних процес≥в.

¬вод€чи 1865 роц≥ пон€тт€ ентроп≥њ, –.  лауз≥ус мав на уваз≥ досл≥дити функц≥ю стану, зм≥на €коњ показуватиме напр€м ф≥зичних ≥ х≥м≥чних процес≥в в ≥зольованих системах. ўоб розкрити зм≥ст ц≥Їњ функц≥њ скористаЇмось статистичним п≥дходом Ћ.Ѕольцмана ≥ ћ.—молуховського.

”€вимо велику сукупн≥сть чатинок. ћакростан такоњ системи можна описати, використавши так≥ функц≥њ стану, €к температура, тиск, обТЇм. ÷ю саму систему можна описати також через миттЇв≥ характеристики кожноњ частинки системи, њњ положенн€ в простор≥, швидк≥сть ≥ напр€м перем≥щенн€. ќск≥льки м≥кростани зм≥нюютьс€ безперервно, то певному макростану в≥дпов≥даЇ велика к≥льк≥сть м≥кростан≥в. „исло останн≥х за допомогою €ких реал≥зуЇтьс€ такий макростан, називаЇтьс€ термодинам≥чною ймов≥рн≥стю системи (W). Ѕольцман встановив, що функц≥€ стану ентроп≥€ повТ€зана з термодинам≥чною ймов≥рн≥стю системи:

S=(R/Nј)lnW

де, R Ц ун≥версальна газова стала; Nј Ц число јвогадро.

якщо в≥днести величину ентроп≥њ до моль речовини дл€ цього вираз треба помножити на Nј, тод≥ ентроп≥€ вим≥рюЇтьс€ в таких самих одиниц€х, €к ≥ R, вони називаютьс€ ентроп≥йними одиниц€ми (е.о.).

Ќа в≥дм≥ну в≥д ентальп≥њ абсолютн≥ значенн€ ентроп≥њ можна визначити експериментально. ƒл€ цього необх≥дно знати величину W.

«м≥на ентроп≥њ переходу речовин з початкового стану в к≥нцевий виражаЇтьс€ р≥вн€нн€м.

∆S = Sк≥нц. Ц Sвих. = Rln(Wк≥нц./Wвих.)

«м≥на ентроп≥њ проходить п≥д час р≥зних процес≥в.

‘азов≥ переходи

ѕ≥д час плавленн€ твердоњ речовини, випаровуванн≥ р≥дини ≥ субл≥мац≥њ неупор€дкован≥сть в систем≥ зб≥льшуЇтьс€, а значить зростаЇ ентроп≥€. Ѕудь-€кий фазовий перех≥д звТ€заний ≥з певним пост≥йним тепловим ефектом (теплота плавленн€, теплота випаровуванн€ тощо), можна назвати тепловою фазою переход≥в (∆H ф.п.). ÷≥ переходи в≥дбуваютьс€ при пост≥йн≥й температур≥, тобто Ї ≥зотерм≥чн≥. «начить дл€ фазових переход≥в одного мол€ речовини справедливе р≥вн€нн€

∆S ф.п.= (∆H ф.п.)/“ф.п.

ѕриклад 1.

ќбчисл≥ть зм≥ну стандартноњ ентроп≥њ системи в результат≥ випаровуванн€ 100г води.

« табличних даних берем значенн€ ∆H0вип2ќ
≥ “кип. Ќ2ќ
≥ п≥дставимо в формулу: S0=100/18Ј(41,09Ј103)/373,2=611,68 кƒж/ 

«м≥на температури

Ќагр≥ванн€ речовин супроводжуЇтьс€ зб≥льшенн€м, а охолодженн€ - зменшенн€м ентроп≥њ. ƒл€ ≥зобарного процесу:

Q=CpЈdT

якщо вз€ти середнЇ значенн€ теплоЇмност≥, то

∆S = ЈlnT2/T1

ѕриклад 2.

ќбчисл≥ть зм≥ну ентроп≥њ 2 моль ам≥аку при нагр≥ванн≥ в≥д 400 до 500  .

« табличних даних беремо середню теплоЇмн≥сть газопод≥бного ам≥аку:

= 8,52 ƒжЈмоль-1Ј -1

“од≥:

∆S = 2Ј8,52Јln(500/400) = 3,80 ƒжЈ -1

 

’≥м≥чн≥ реакц≥њ

≈нтроп≥€ 1 моль речовини в його стандартному стан≥ при в≥дпов≥дн≥й температур≥ називаЇтьс€ стандартною ентроп≥Їю S0. (стандартн≥ ентроп≥њ багатьох простих ≥ складних речовин даютьс€ в дов≥дникових таблиц€х). —л≥д зазначити, що стандартн≥ ентроп≥њ простих речовин не дор≥внюють 0. «м≥на стандартноњ ентроп≥њ п≥д час х≥м≥чних реакц≥њ може бути обчислена зг≥дно р≥вн€нн€:

∆S0=∑ S0прод.- ∑ S0вих.реч.

ѕри сумуванн≥ абсолютних ентроп≥й кожна ≥з них повинна бути помножена на в≥дпов≥дний стех≥ометричний коеф≥ц≥Їнт.

ѕриклад 3.

ќбчисл≥ть зм≥ну стандартноњ ентроп≥њ в реакц≥њ синтезу амон≥аку:

N2+3H2=2NH3

« дов≥дковоњ л≥тератури знаходимо значенн€ стандартних абсолютних ентроп≥й:

S0 (NH3(г)) = 193 ƒжЈмоль-1 -1

S0 (N2(г)) = - 192 ƒжЈмоль-1 -1

S0 (H2(г)) = 131 ƒжЈмоль-1 -1

S0=2Ј193-192-3Ј131=-195 ƒжЈмоль-1 -1

¬ даному випадку ентроп≥€ зменшитьс€, оск≥льки в результат≥ реакц≥њ зменшитьс€ обТЇм газопод≥бних речовин, а значить ≥ невпор€дкован≥сть в систем≥.

¬веденн€ стандартних ентроп≥й даЇ змогу встановити так≥ законом≥рност≥:

1. ≈нтроп≥€ простих речовин ≥ сполук елемент≥в Ц це пер≥одична властив≥сть.

2. ” межах даноњ п≥дгрупи елемент≥в пер≥одичноњ системи ентроп≥€ простих речовин зростаЇ.

3. „им б≥льша тверд≥сть речовин, тим менша њњ ентроп≥€.

4. ≈нтроп≥€ речовин, що перебувають в аморфному або склопод≥бному стан≥ б≥льша, н≥ж кристал≥чних речовин.

5. ”складенн€ молекул зумовлюЇ зростанн€ ентроп≥њ. Ќаприклад:

S0298 (ќ) =161 ƒж/моль

S02982) =205 ƒж/моль

S02983) =239 ƒж/моль

 

ѕриклад 6. —формулюйте основн≥ закони термох≥м≥њ. як проводитьс€ термох≥м≥чн≥ розрахунки? ѕо€сн≥ть на прикладах.

¬≥дпов≥дь:

¬изначенн€ теплових ефект≥в р≥зних х≥м≥чних реакц≥й грунтуютьс€ на двох основних законах термох≥м≥њ.

ѕерший закон термох≥м≥њ встановили французьк≥ вчен≥ ј.ЋавуазьЇ ≥ ѕ. Ћаплас наприк≥нц≥ XVIII ст.:





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-11-05; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 915 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

Ќасто€ща€ ответственность бывает только личной. © ‘азиль »скандер
==> читать все изречени€...

2123 - | 1852 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.016 с.