Энергия как функция состояния системы II и III законы термодинамики. Способы определения изменения энтропии в ходе химических реакций. Изменение энтропии при фазовых переменах

Энтропия (S)- функция состояния, характеризующая степень неупорядоченности системы,ее молекулярного беспорядка из-за броуновского движения частиц. Изменение энтропии связано с переходом из одного агрегатного состояния в другое, по мере повышения температуры системы растет скорость движения частиц, растет число микросостояний, увеличивается термодинамическая вероятность,а, значит и энтропия.

Второй закон термодинамики позволяет ответить на вопросы, возможен ли тот или иной процесс, в каком направлении он существует, до какого предела протекает.Установлен экспериментально.

Закон имеет несколько формулировок:

Теплота сама собой не может переходить от более холодного тела к более нагретому

Невозможно превратить какое- либо количество теплоты в работу без того, чтобы часть тепла не была растрачена при более низкой температуре:

A = q1 - q2 = T1- T2 Где q2>q1 T2>T1

В изолированных системах самопроизвольно идут только те процессы, которые ведут к увеличению неупорядоченности системы,т.е к росту энтропии

1) с увеличением числа атомов в молекуле и усложнением молекулы энтропия увеличивается

Так S0(CH4)= 186.19 Дж/(моль*к) S0(C2H2)= 200.8 Дж/(моль*к)

2) при понижении давления происходит рост энтропии из-за увеличения термодинамической вероятности системы,

3) энтропия меняется с изменением атомных характеристик вещества. В периодической системе при движении сверху вниз по подгруппам она возрастает, т.к усложняется структура атомов.

В изохорных процессах не происходит изменения энтропии.

 

Вопрос 19

Понятие о скорости и механизмах химических реакций. Закон действия масс для гомотерогенных реакций (на примерах). Зависимость скорости реакции от концентрации веществ, давления и объема системы, площади поверхности раздела фаз.

Скорость химической реакции определяется количеством вещества, прореагировавшего в единицу времени в единице объема.

Выявление механизма реакции — установление элементарных стадий процесса и последовательности их протекания (качественные изменения).Зависимость скорости гомогенных реакций от концентрации (закон действующих масс). Влияние концентрации реагирующих веществ может быть объяснено из представлений, согласно которым химическое взаимодействие является результатом столкновения частиц. Увеличение числа частиц в заданном объеме приводит к более частыми столкновениям, т. е. к увеличению скорости реакции. Количественно зависимость между скоростью реакции и молярными концентрациями реагирующих веществ описывается основным законом химической кинетики — законом действующих масс. Скорость химической реакции при постоянной температуре прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

Влияние концентраций веществ на скорость химической реакции

Чтобы вещества прореагировали, необходимо, чтобы их молекулы столкнулись. Очевидно, что вероятность столкновения молекул прямо пропорциональна количеству молекул реагентов в единице объема, т.е. молярным концентрациям реагентов.

В середине XIX в. (1865 г. – Н.Н. Бекетов, 1867 г. – К. Гульдберг, П. Вааге) был сформулирован основной постулат химической кинетики, называемый также законом действующих масс: скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных коэффициентам перед формулами веществ в уравнении реакции: υ = k [A]а * [B] b, для реакции aA + bB = cC + dD, где υ – скорость химической реакции; [А] – концентрация вещества А; [В] – концентрация вещества В; k – константа скорости реакции (коэффициент пропорциональности); а и b – коэффициенты в уравнении реакции.

Если [А]= [В]= 1 моль/л, то скорость химической реакции (υ) равна константе (k). Константа скорости реакции зависит от природы реагирующих веществ, температуры, но не зависит от концентрации вещества.

Например, напишем кинетическое уравнение для реакции синтеза аммиака

N2 (г) + 3 H2 (г) ↔ 2 NH3 (г): υ = k [N2] * [H2] 3.

В закон действующих масс не входят концентрации твердых веществ, т. к. реакции с твердыми веществами протекают на их поверхности, где «концентрация» вещества постоянна. Влияние поверхности соприкосновения реагентов на скорость химической реакции.Скорость гетерогенной реакции прямо пропорциональна площади поверхности соприкосновения реагентов. Но в этом определении есть нюансы. Твердые вещества, участвующие в гетерогенной реакции, для увеличения скорости взаимодействия измельчают, чтобы увеличить площадь поверхности частиц. Например, уголь для приготовления пороха растирают в порошок. Жидкость для реакции с газом распыляют в мельчайшие капельки: так, дизельное топливо (смесь углеводородов) впрыскивают в камеру, где оно встречается с воздухом, через специальное устройство, обеспечивающее распыление.