Энтропия вещества тем выше, чем меньше упорядоченность частиц этого вещества

Согласно второму закону термодинамики в замкнутой макроскопической системе энтропия при любом реальном процессе либо возрастает, либо остается неизменной, но никогда самопроизвольно не уменьшается:

ΔS ≥ 0

Связь между энтропией системы и ее упорядоченностью впервые сформулировал австрийский физик Больцман (1872 г.). Согласно Больцману термодинамическая вероятность (или степень беспорядка) системы пропорциональна энтропии этой системы (статистическая формулировка второго закона термодинамики):

S ∼ k·lnW

где k - постоянная Больцмана, равная отношению R/N_A или 1,3807·10⁺²³ Дж/К

При переходе газа в жидкость и далее жидкости в твердое состояние упорядоченность системы возрастает, а ее энтропия уменьшается.

Согласно третьему закону термодинамики изменение энтропии любой системы стремится к нулю в переходе "начальное состояние → конечное состояние" при термодинамической температуре, стремящейся к нулю:

ΔS → 0; T → 0

В 1911 г. немецкий физик Планк определил, что значения энтропии вещества являются абсолютными, поскольку статистически при термодинамической температуре, стремящейся к нулю, энтропия всех веществ, становящихся идеальными кристаллами, обращается в нуль (статистическая формулировка третьего закона термодинамики):

lim S = 0; T → 0

Для любого вещества в состоянии идеального кристалла термодинамическая вероятность равна единице, т.е. наивысшему значению степени порядка, W = 1, откуда согласно второму закону термодинамики в формулировке Больцмана: S = 0 при T = 0. Это и есть точка отсчета значений энтропии всех веществ.

Билет №9

Какой тип гибридизации атомов углерода в метане, этилене и ацетилене?

Четыре совершенно одинаковые sp³-гибридные орбитали атома углерода расположены под углом 109,5° друг к другу и направлены к вершинам тетраэдра, в центре которого находится  атом углерода 

А томы углерода находятся во втором валентном состоянии (sр2-гибридизация). В результате, на плоскости под углом 120° образуются три гибридных облака, которые образуют три сигма-связи с углеродом и двумя атомами водорода. Р-электрон, который не участвовал в гибридизации, образует в перпендикулярной плоскости -связь с р-электроном соседнего атома углерода. Так образуется двойная связь между атомами углерода. Молекула имеет плоскостное строение. CH2=CH2

В молекуле ацетилена каждый атом углерода находится в sp-гибридном состоянии, образуя две гибридные связи, направленные под углом 180° друг к другу. Как в случае связей С-С, так и в случае связей С-Н возникает общее двухэлектронное облако, образующее σ-связи. σ-связью называют связь, возникающую при обобществлении электронных облаков двух атомов, если облака перекрываются по линии, соединяющей атомы.

Но в молекуле ацетилена в каждом из атомов углерода содержится еще по два р-электрона, которые не принимают участия в образовании σ-связей. Молекула ацетилена имеет плоский линейный «скелет», поэтому оба р-электронных облака в каждом из атомов углерода выступают из плоскости молекулы в перпендикулярном к ней направлении. При этом происходит также некоторое взаимодействие электронных облаков, но менее сильное, чем при образовании σ-связей. В итоге, в молекуле ацетилена образуются еще две ковалентные углерод-углеродные связи, назы­ваемые p-связями .

В общем случае p-связью можно назвать ковалентную связь, образованную при перекрывании атомных орбиталей вне линии, соединяющей атомы.

σ-cвязи являются более прочными, чем p-связи, чем объясняется большая реакционная способность непредельных углеводородов по сравнению с предельными.