Химия модуль 3 энергетика и динамика химических процессов

2.6.3 Третий закон термодинамики Ранее мы показали, что внутреннюю энергию системы можно условно представить в виде суммы двух величин «свободной» и «связанной» энергии. Возможность рассчитать величину «свободной» энергии, т.е. той части внутренней энергии системы, которую можно превратить в работу, дает тепловая теорема Нернста, называемая также третьим началом термодинамики. Основные положения тепловой теоремы заключаются в следующем: 1. При абсолютном нуле температуры свободная энергия X равна теплоте процесса. . (2.33) 2. При температурах, близких к абсолютному нулю, теплоемкость системы равна нулю. Одной из формулировок третьего начала термодинамики является также постулат Планка: При абсолютном нуле все идеальные кристаллы имеют одинаковую энтропию, равную нулю. Строго говоря, тепловая теорема Нернста и постулат Планка являются следствиями из второго начала термодинамики; но независимо от этого они имеют очень большое значение, позволяя рассчитывать абсолютную энтропию системы и, следовательно,  величину свободной энергии системы. 2.6.4 Расчет энтропии Расчеты изменения энтропии в различных процессах основаны на использовании соотношения (2.30). 1. Изменение энтропии при химической реакции. Для многих веществ величины абсолютной энтропии в стандартных условиях приведены в справочной литературе. Стандартной энтропией реакции называется разность мольных энтропий продуктов реакции и реагентов с учетом стехиометрических коэффициентов, взятых в стандартных состояниях. . (2.34) Знак изменения энтропии часто можно предсказать, исходя из уравнения реакций. Уменьшение количества газовых молей означает уменьшение энтропии, и наоборот. Для энтропии стандартные значения обычно приводят при температуре Т = 298 K и давлении 1 атм. Но этого не достаточно. Энтропия зависит от концентрации. Для растворов стандартное значение энтропии S отвечает концентрации 1 моль/л. Тогда вполне очевидной становится зависимость энтропии от концентрации, выведенная на основании ее определения: , (2.35) где S − стандартная энтропия; R − универсальная газовая постоянная; СМ − молярная концентрация раствора. 2. Нагревание или охлаждение вещества без фазовых переходов. Как изменяется энтропия с изменением температуры? При температуре абсолютного нуля в идеальном кристалле полностью заморожено всякое движение. Следовательно, вероятность такого состояния равна 1, а энтропия равна нулю (рисунок 7). Рисунок 7 − Зависимость энтропии вещества от температуры При повышении температуры Т начинаются колебания атомов и энтропия S растет до Тпл. Далее следует фазовый переход и скачок энтропии Sпл. С повышением температуры Т энтропия S плавно и незначительно растет до Тисп, где опять наблюдается резкий скачок Sисп и опять плавное увеличение. При нагревании любого вещества или охлаждении от Т1 до Т2 при постоянном объеме (V = const) или постоянном давлении (P = const) теплота процесса приобретает свойства функции состояния и не зависит от пути процесса. Изменение энтропии определяется по формулам: . (2.36) . (2.37) Выражение (2.36) и (2.37) справедливы, если теплоемкости , постоянны в данном интервале температур 3. Фазовые переходы. При фазовых превращениях (плавление, испарение, возгонка, полиморфные превращения) изменение энтропии можно вычислить из уравнения: , (2.38) где ∆Нфп – изменение энтальпии системы при фазовом переходе; Т – температура фазового перехода. Очевидно, что энтропия жидкости существенно превышает энтропию твердого тела, а энтропия газа – энтропию жидкости. Sгаз>>Sж>>Sтв. Чем сложнее молекула газа (молекулярный вес, изотопный и изомерный состав, аллотропные модификации), тем больше ее энтропия. 2.6.5 Примеры решения задач Задача 1 Не производя вычислений, определить знак изменения энтропии в следующих реакциях: , (1) , (2) , (3) Дано: Решение: В реакции (1) из 1 моля вещества в кристаллическом состоянии образуется 3 моля газов, = 3-1 = = 2, следовательно, ∆S1 > 0. В реакциях (2) и (3) уменьшается как общее число молей, так и число молей газообразных веществ, так что ∆S2 < 0 и ∆S3 <. 0. Найти: знак изменения энтропии в реакциях. При этом ∆S3 имеет более отрицательное значение, чем ∆S2, так как S (Н20 (ж)) < S (Н20 (г)) . Ответ: в первой реакции изменение энтропии имеет положительный знак, во второй и третьей − отрицательный. Задача 2 Рассчитайте изменение энтропии при плавлении 1 моля льда и при кристаллизации 1 моля воды при температуре 0 С и давлении 1 атм. Известно изменение энтальпии плавления льда Нпл= 6 кДж/моль. Дано: Нпл = 6 кДж/моль Решение: Sпл = Hпл/T = 6000/273 = 22 (Дж/моль∙К). Hпл=-Hкрист Sкрист=-Hкрист/T=-6000/273=-22 (Дж/моль∙К). Найти: Sпл, Sкрист Ответ: Sпл = 22 Дж/моль∙К, Sкрист= -22 Дж/моль∙К.

Похожие:

	Рабочая программа по дисциплине в физическая и коллоидная химия Цельюявляетсяизучение закономерностей протекания химических, физико-химических и коллоидно-химических процессов, используя при этом...		Рабочая программа по дисциплине в химия физическая и коллоидная Цельюявляетсяизучение закономерностей протекания химических, физико-химических и коллоидно-химических процессов, используя при этом...
	Рабочая программа по дисциплине с 3 Физическая и коллоидная химия Целью является изучение закономерностей протекания химических, физико-химических и коллоидно-химических процессов, используя при...		Химические основы биологических процессов учебно-методический комплекс «Химия», профили подготовки: «Неорганическая химия и химия координационных соединений», «Физическая химия», «Химия окружающей среды,...
	Аввакумов Е. Г. Механические методы активации химических процессов. 2-е изд Дисциплина «Химия и физика полимеров» явля­ется одной из основных теоретических химических дисциплин для под­готовки химиков-технологов,...		Рабочая программа по дисциплине б транспортная энергетика «Транспортная энергетика» являются: формирование у студентов знаний основных теоретических положений термодинамики и теплотехники,...
	Рабочая программа дисциплины Химия. Модуль «Аналитическая химия» Особенностью программы по дисциплине «Химия» является фундаментальный характер её содержания, необходимых для формирования у бакалавров...		Рабочая программа дисциплины Химия. Модуль «Аналитическая химия» Особенностью программы по дисциплине «Химия» является фундаментальный характер её содержания, необходимых для формирования у специалистов...
	Рабочая программа дисциплины дисциплина опд. Ф. 10 Биохимия Целью дисциплины является изучение строения и свойств макромолекул, входящих в состав живой материи, их химических превращений и...		Отчет 63 с., 39 рис., 11 табл., 46 источников. Ключевые слова «Спектроскопия молекулярных комплексов. Структура, динамика и энергетика межмолекулярных взаимодействий в них» авцп «Развитие научного...
	Альтернативные источники энергии Солнечная энергетика Солнечная энергетика Солнечная энергетика используетнеисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов....		Аналитическая химия учебно-методический комплекс «Химия», профили подготовки: «Неорганическая химия и химия координационных соединений», «Физическая химия», «Химия окружающей среды,...
	Рабочая программа учебной дисциплины «Математика» Фундаментальная и прикладная химия включает: исследование химических процессов, происходящих в природе или проводимых в лабораторных...		Содержание учебной дисциплины Элементы химической термодинамики. Понятие о внутренней энергии, энтальпии, энтропии, энергии Гиббса. Тепловые эффекты химических...
	Программа элективного курса ««химия и жизнь» Целью настоящего курса является системное изучение химических процессов, происходящих в воздухе, почве и воде, биогеохимических механизмов,...		«физические основы электротехнологических процессов» Разработана в соответствии с фгос впо, ооп по направлению подготовки бакалавриата 140400. 62 «Энергетика и электротехника»