Химическая термодинамика Химическая термодинамикаСтраница 10
В самом деле, заменяя dQ на изменение внутренней энергии и работы dQ=dU+pdv, можно записать
(18)
Если U=const и v = const, то в идеальном процессе dS=0, что, по существу, определяет равновесие системы (обратимый процесс), и в этом случае энтропия стремится к максимальному значению:
S→Smax.
Приращение энтропии определяется развитием необратимых процессов, протекающих самопроизвольно, которые прекращаются только при достижении равновесия в системе.
Однако требование постоянства внутренней энергии системы исключает возможность использования только одной этой функции для исследования химических реакций, при которых внутренняя энергия веществ, составляющих систему, неизбежно меняется.
Гиббс предложил другую термодинамическую функцию, исследуя которую можно определить направление процессов в системе, стремящейся к равновесию при T=const и p=const:
G=H¾TS (19)
где G — энергия Гиббса (или термодинамический потенциал, как назвал эту функцию Гиббс); Н—энтальпия; S—энтропия; Т— абсолютная температура.
Опуская все математические исследования термодинамической функции G, можно считать, что функция G для системы, стремящейся к равновесию, убывает, при достижении равновесия она принимает минимальное значение (G→Gmin), а ее приращение обращается в нуль (ΔG=0).
ЭНТРОПИЯ
Наиболее информативной термодинамической функцией в уравнении (19) является энтропия S.
Значение энтропии легко определить только для состояния идеального газа. Используем для вычисления S уравнение (18), где dU — изменение внутренней энергии, равное для идеального газа СvdT т.е. теплоемкости при постоянном объеме, умноженной на приращение температуры: pdv — приращение работы, которое можно представить как
, заменив р на RT/v. Отсюда
(20)
После интегрирования в пределах 0¾T получаем
(21)
|
рис. 2 Схема для расчета энтропии при самопроизвольном смешивании двух газов. |
где ST — энтропия при температуре Т; S0 — энтропийная постоянная; Сv — теплоемкость при постоянном объеме; v — молярный объем. Таким образом, энтропия моля идеального газа является функцией Т и р (так как молярный объем зависит от Т и р). Выражение (21) применимо лишь для чистого идеального газа, так как для смесей газов, даже при отсутствии между ними химических реакций, энтропия смеси будет возрастать за счет необратимых процессов диффузии, приводящей к распределению компонентов по всему объему газовой смеси. Рассмотрим процесс самопроизвольного смешения двух газов. Пусть в двух частях объема, разделенного перегородкой r (рис. 2, а), находится n1 молей первого газа и n2 молей второго газа при р, Т=const. |
НОВОРЖЕВ , город (с 1777) в Российской Федерации, Псковская обл., в 41 км. от ж.-д ст. Сущево. 5,1 тыс. жителей (1992). Льнообрабатывающий, молочно-маслодельный и др. заводы.
"ИЗОБРАЗИТЕЛЬНОЕ ИСКУССТВО" , издательство, Москва. Основано в 1930. Художественно-изобразительная продукция (репродукции, альбомы, открытки и пр.), книги по искусству.
ЯМАЛО-НЕНЕЦКИЙ АВТОНОМНЫЙ ОКРУГ , в Российской Федерации, Тюменская обл. Образован 10.12.1930. 750,3 тыс. км2, включая острова в Карском м. - Белый, Олений, Шокальского и др. Население 465 тыс. человек (1993), городское 83%; русские, ненцы, ханты, коми и др. 6 городов, 9 поселков городского типа. Центр - Салехард. Расположен на Западно-Сибирской равнине, в нижнем течении Оби; выдается на севере п-овами Гыданский и Ямал. Средние температуры января от -22 до -26 °С, июля 4-14 °С. Осадков 200-400 мм в год. Главная отрасль хозяйства - добыча газа (месторождения: Уренгойское, Медвежье, Ямбургское и др.) и нефти (месторождения Холмогорское и др.). Предприятия рыбной, лесной и деревообрабатывающей промышленности; оленеводство, звероводство, пушной промысел. Судоходство по рекам Обь, Надым, Пур, Таз и Северному морскому пути. Трубопроводный транспорт (газопроводы в европейскую часть России). В отдаленных районах велика роль оленьего транспорта.