16)Элементы второго начала термодинамики. Энтропия.

Ответ: Элементы второго начала термодинамики: Первое начало термодинамики являясь законом сохранения энергии, рассматривает уже совершённые процессы, но не указывает: 1)на возможность протекания данного процесса в данных условиях, 2)на полноту его протекания, 3)на его направления. Но известно, что одни и те же реакции (то есть с одинаковым ) в разных условиях могут протекать по-разному. H₂(г)+ ½O₂(г)=H₂O(п), =-242 кДж. а)t<1000 ^OC; H₂(г)+ ½O₂(г)=>H₂O(п) – мгновенно (со взрывом), б)t=1000-3000 ^OС, H₂(г)+½O₂(г)H₂O (обратимо равновесия). в)t>3500 ^OC H₂(г)+½O₂(г) не идёт. Клаузиус (1841г) установил: Любая форма энергии может быть полностью превращена в тепловую энергию, но тепловая полностью в другие виды энергии не превращается. Первая формулировка 2 начала термодинамики: Не возможен процесс единственный результат которого было бы превращение теплоты в работу.

Энтропия: Исследуя выражение для КПД Клаузиус ввёл новую термодинамическую функцию – энтропию. При химическом процессе – происходит как изменение энергии системы, так и изменение порядка расположения частиц относительно друг друга. Всем частицам (молекулам, атомам, ионам…) присуще стремление перейти в состояние с большим беспорядком в расположении. Мерой беспорядка хаотичности в расположении частиц в системе и является энтропия (S). Чем больше беспорядок в расположении частиц, тем больше энтропия (S). В изолированной системе изменение энтропии определяется соотношением: , где: К – постоянная Больцамана, или , где: W – вероятное состояния системы. Переход в систему из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное (то есть с большим беспорядком в расположении) возможен самопроизвольно, т.к. он идёт с увеличением энтропии . Если - возможен самопроизвольный процесс. - не возможен самопроизвольный процесс. - равновесие (реакция обратима). В изолированных системах: Современный формулы 2 начала термодинамики: В изолированной системе самопроизвольные процессы протекают в сторону увеличения энтропии . Однако: в неизолированных системах самопроизвольные процессы могут протекать и с уменьшением энтропии . Например: самопроизвольное охлаждение расплавленного металла на открытом воздухе . В химических реакция под изменением энтропии можно судить по изменению объёма системы: Если V продукции реакции больше объёма исходного вещества, то энтропия увеличивается (жидкое и твёрдое вещество не учитывается). C(г)+O₂(г)=2CO(г), =2Vсo-Vo₂=1 т.е. В общем случае: , где: n_i, m_i – коэффициент, Sорб – справочник. Пример: СO(г)+H₂O(ж)=CO₂(г)+H₂(г), будет ли эта реакция протекать самопроизвольно? S^O₂₉₈, Дж/моль*К; CO=198, СO₂=214, H₂O=70, H₂=130.

17)Энергия Гиббса. Направленность химических процессов.

Ответ: Общая тенденция при химических взаимодействий характеризуется: 1)с одной стороны уменьшением энтропии из-за стремления частиц к объединению, то есть достижению максимального упор. Состояния (образования связей), 2)с другой стороны – увеличении энтропии из-за стремления частиц к беспорядочному движению, то есть достижению максимального разупорядоченного состояния. Суммарный эффект этих двух противоположных тенденций характеризуется изменением изобарно-изотермического потенциала (G) и выражается соотношением: , где: - энтропии фактор (характер стремления частиц к объединению), - энтропии фактор (характер стремления частиц к разъединению), - энергия Гиббса (химическое сродство) – нереальность протекания данного процесса с данным условием – это критерий направленного процесса: Если: <0 – возможен самопроизвольный процесс, >0 – невозможен самопроизвольный процесс, =0 – равновесие (реакция обратима). Крайние случаи: 1)t->1К (-273^OС) Это говорит о том, что при такой температуре преобладает энтропийний фактор, то есть частицы стремятся к объединению. При этой температуре – прекращаются все виды движений атомов и молекул, то есть наступает полный порядок расположения частиц. Сущность 3 начала термодинамики: Абсолютная величина энтропии идеального кристалла при абсолютном нуле равна нулю. 2)при t->5000 ^OC, энтропийний фактор можно пренебречь. При таким температурах преобладает энтропийный фактор то есть стремление частиц к разъединению превышает их стремление к объединению, то есть образованию связи. При этих температурах разрываются все химические связи и молекулы становятся термически дессоциированными. При средних температурах величина и знак зависят от абсолютной величины энтропийного фактора, , где: n_i, m_i – коэффициенты, - в справочниках. Пример: Будет ли данная реакция протекать произвольно. CH₄(г)+2H₂O(п)=CO₂(г)+4H₂(г), CH₄=-50,9; H₂O=-228,6; CO₂=-394,4; H₂=0. не будет протекать произвольно т.к. . Мы только, что установили, что величина и знак определяет возможность или невозможность данного процесса в данном условии. Но опыт показывает, что одни реакции идут с очень большой скоростью (взрыв), а другие очень медленно – процессы в земной коре. Химическая кинетика – изучает закономерности протекания химических реакций во времени, то есть их скорости и механизмы.