Bài giảng môn cơ sở lý thuyết hoá học - Chương 2 - Nguyên lý II của nhiệt động học chiều và giới hạn tự diễn biến của quá trình

Tham khảo tài liệu bài giảng môn cơ sở lý thuyết hoá học - chương 2 - nguyên lý ii của nhiệt động học chiều và giới hạn tự diễn biến của quá trình, tài liệu phổ thông, hóa học phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng môn cơ sở lý thuyết hoá học - Chương 2 - Nguyên lý II của nhiệt động học chiều và giới hạn tự diễn biến của quá trình Bµi gi¶ng m«n C¬ së lý thuyÕt Hãa häc Ch¬ng II: Nguyªn lý II cña nhiÖt ®éng häc chiÒu vµ giíi h¹n tù diÔn biÕn cña qu¸ tr×nh Më ®Çu Trong tù nhiªn, c¸c qu¸ tr×nh lý häc vµ ho¸ häc x¶y ra theo chiÒu hoµn toµn x¸c ®Þnh. - NhiÖt tù truyÒn tõ vËt nãng sang vËt l¹nh h¬n - KhÝ tù truyÒn tõ n¬i cã ¸p suÊt cao ®Õn n¬i cã ¸p suÊt thÊp - C¸c ph¶n øng ho¸ häc tù x¶y ra, vÝ dô: Zn + HCl --> ZnCl2 + H2 Cßn c¸c qu¸ tr×nh ngîc l¹i th× kh«ng tù x¶y ra ®îc. Nguyªn lý I cho phÐp tÝnh nhiÖt cña c¸c ph¶n øng nhng kh«ng cho phÐp tiªn ®o¸nchiÒu vµ giíi h¹n cña qu¸ tr×nh Nguyªn lý II cho phÐp gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò nµy.I.Nguyªn lý II. Hµm entropy1.Nguyªn lý II (Tiªu chuÈn ®Ó xÐt chiÒu cña qu¸ tr×nh)- Tån t¹i mét hµm tr¹ng th¸i gäi lµ entropi (S).- ë nhiÖt ®é T kh«ng ®æi, trong sù biÕn ®æi v« cïng nhá, hÖ trao ®æi víi m«i trêng métnhiÖt lîng d Q th× biÕn thiªn entropi cña qu¸ tr×nh ®îc x¸c ®Þnh: dQ · NÕu lµ biÕn ®æi thuËn nghÞch: dS = TN T dQbTN · NÕu lµ biÕn ®æi bÊt thuËn nghÞch: dS > T Tæng qu¸t dQ dS ³ DÊu “ > ”: qu¸ tr×nh bÊt thuËn nghÞch T dQ 2 DS ³ ò DÊu “ = ”: qu¸ tr×nh thuËn nghÞch T 1* Chó ý: V× S lµ hµm tr¹ng th¸i --> DS chØ phô thuéc vµo tr¹ng th¸i ®Çu vµ tr¹ng th¸i cuèi, tøc dQTN 2 DS BTN = DS TN = òlµ: T 1 dQbtn 2 DS TN = DS BTN > ò T 1==> QTn> QBTN : NhiÖt qu¸ tr×nh thuËn nghÞch lín h¬n nhiÖt qu¸ tr×nh bÊt thuËn nghÞch. + §Ó x¸c ®Þnh D Sbtn , tríc hÕt h×nh dung mét qu¸ tr×nh thuËn nghÞch cã cïng tr¹ngth¸i ®Çu vµ tr¹ng th¸i cuèi víi qu¸ tr×nh bÊt thuËn nghÞch, sau ®ã tÝnh DS theo c«ng thøc: NguyÔn Ngäc ThÞnh, §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi Email: ngocthinhbk@yahoo.com Bµi gi¶ng m«n C¬ së lý thuyÕt Hãa häc dQTN 2 DS = ò (kh«ng x¸c ®Þnh ®îc trùc tiÕp D Sbtn) T 12. Nguyªn lý II ¸p dông trong hÖ c« lËp §èi víi hÖ c« lËp: Qtn= 0 --> DS = 0 Qbtn=0 --> DS > 0 Nh vËy ®èi víi hÖ c« lËp: - Trong qu¸ tr×nh thuËn nghÞch (c©n b»ng), entropi cña hÖ lµ kh«ng ®æi. - Trong qu¸ tr×nh bÊt thuËn nghÞch nghÜa lµ tù x¶y ra, entropi cña hÖ t¨ng. §iÒu nµy cã nghÜa r»ng trong c¸c hÖ c« lËp, entropy cña hÖ t¨ng cho tíi khi ®¹t tíi gi¸trÞ cùc ®¹i th× hÖ ®¹t tíi tr¹ng th¸i c©n b»ng.§¶o l¹i ta cã thÓ nãi: Trong hÖ c« lËp:- NÕu dS >0 ( S t¨ng) hÖ tù diÔn biÕn 2- NÕu dS=0, d S 2 khÝ khuÕch t¸n vµo nhau cho ®Õn khi cã sù ph©n bè ®ång ®Òu trong toµn bé thÓtÝch cña 2 b×nh. Sù khuÕch t¸n c¸c khÝ lý tëng vµo nhau lµ qu¸ tr×nh cã T=const(Q=0) --> DS > 0 (S2>S1) --> ®é hçn ®én cña tr¹ng th¸i cuèi (hçn hîp 2 khÝ) ®Æc trng b»ng S2 lín h¬n ®é hçn®én cña tr¹ng th¸i ®Çu ( mçi khÝ ë 1 b×nh riªng biÖt) ®Æc trng b»ng S1. VËy trong hÖ c« lËp, qu¸ tr×nh tù x¶y ra theo chiÒu t¨ng ®é hçn ®én cña hÖ (t¨ngentropi, DS > 0 ). Qu¸ tr×nh ngîc l¹i: Mçi khÝ tù t¸ch ra khái hçn hîp khÝ ®Ó trë l¹i tr¹ngth¸i ®Çu kh«ng thÓ tù x¶y ra.* KÕt luËn: - Entropi ®Æc trng cho ®é hçn ®én: ®é hçn ®én cña hÖ cµng lín th× S cµng lín. - NÕu sè h¹t trong hÖ cµng lín--> ®é hçn ®én cµng lín--> Slín - Liªn kÕt gi÷a c¸c h¹t trong hÖ cµng yÕu --> ®é hçn ®én cµng lín--> S lín. VÝ dô: SH2O(r) ,SH2O(l)< SH2O (k) . - S lµ hµm tr¹ng th¸i vµ lµ ®¹i lîng dung ®é.b.ý nghÜa thèng kª cña S Tr¹ng th¸i cña mét tËp hîp bÊt k× cã thÓ ®îc ®Æc trng b»ng 2 c¸ch: - B»ng gi¸ trÞ cña c¸c tÝnh chÊt ®o ®îc : T, P,C...--> ®îc gäi lµ c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i vÜ m«. NguyÔn Ngäc ThÞnh, §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi ...