6)Понятие энтропии. Факторы, влияющие на энтропию. Второе начало термодинамики.

Энтропия (S)– термодинамическая функция состояния, которая служит мерой беспорядка (неупорядоченности) системы. Возможность протекания эндотермических процессов обусловлена изменением энтропии, ибо в изолированных системах энтропия самопроизвольно протекающего процесса увеличиваетсяΔS> 0 (второй закон термодинамики).

Энтропия и фазовые переходы

Л. Больцман определил энтропию как термодинамическую вероятность состояния (беспорядок) системы W. Энтропия связана с термодинамической вероятностью соотношением:S=R·lnW

Размерность энтропии 1 моля вещества совпадает с размерностью газовой постоянной Rи равна Дж∙моль–1∙K–1. Изменение энтропии *) в необратимых и обратимых процессах передается соотношениямиΔS>Q/TиΔS=Q/T. Например, изменение энтропии плавления равно теплоте (энтальпии) плавленияΔSпл =ΔHпл/Tпл. Для химической реакции изменение энтропии аналогично изменению энтальпии

*) термин энтропия был введен Клаузиусом (1865 г.) через отношение Q/T(приведенное тепло).

Здесь ΔS° соответствует энтропии стандартного состояния. Стандартные энтропии простых веществ не равны нулю. В отличие от других термодинамических функций энтропия идеально кристаллического тела при абсолютном нуле равна нулю(постулат Планка), поскольку W = 1.

Энтропия зависит от:

-агрегатного состояния вещества. Энтропия увеличивается при переходе от твердого к жидкому и особенно к газообразному состоянию (вода, лед, пар).

-изотопного состава (H2OиD2O).

-молекулярной массы однотипных соединений (CH4,C2H6, н-C4H10).

-строения молекулы (н-C4H10, изо-C4H10).

-кристаллической структуры (аллотропии) – алмаз, графит.

-температуры.

Следовательно, стремление системы к беспорядку проявляется тем больше, чем выше температура. Произведение изменения энтропии системы на температуру TΔSколичественно оценивает эту тендецию и называется энтропийным фактором.

Второе начало термодинамики

Второе начало термодинамики может быть сформулировано несколькими способами. В наиболее очевидной формулировке второе начало гласит, что невозможен самопроизвольный переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому. Более строго, невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых был бы переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому.

Второе начало термодинамики может быть также сформулировано следующим образом: невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых явилось бы отнятие от некоторого тела определенного количества тепла и превращения этого тепла полностью в работу.

На первый взгляд может показаться, что второй формулировке противоречит, например, процесс изотермического расширения идеального газа. Действительно, все полученное идеальным газом от какого-то тела тепло превращается полностью в работу. Однако получение и превращение его в работу не единственный конечный результат процесса, кроме того, в результате происходит изменение объема газа.

Легко убедиться, что утверждение, содержащееся во второй формулировке, логически вытекает из утверждения, заключенного в первой формулировке. В самом деле, работа может быть полностью превращена в тепло, например, при трении. Поэтому, превратив с помощью процесса, запрещенного второй формулировкой, тепло, отнятое от какого-либо тела, полностью в работу, а затем превратив эту работу при посредстве трения в тепло, сообщаемое другому телу с более высокой температурой, мы осуществим процесс, невозможный согласно первой формулировке.

Использую процессы, запрещаемые вторым началом термодинамики, можно было бы создать двигатель, совершающий работу за счет тепла, получаемого от такого, например, практически неисчерпаемого источника энергии, как океан. Практически такой двигатель был бы равнозначен вечному двигателю. Поэтому второе начало иногда формулируется следующим образом: невозможен такой периодически действующий двигатель, который получал бы тепло от одного резервуара и превращал это тепло полностью в работу.