Глава 12. Ключевые термины и уравнения¶
Ключевые термины¶
энтропия ($S$)(entropy)- функция состояния, являющаяся мерой распределения вещества и/или энергии в системе и определяемая числом микросостояний системы; часто описывается как мера беспорядка в системе.
изменение энергии Гиббса ($G$)(Gibbs free energy change)- термодинамическое свойство, определяемое через энтальпию и энтропию системы; все самопроизвольные процессы сопровождаются уменьшением \(G\).
микросостояние(microstate)- возможная конфигурация или расположение вещества и энергии в системе.
несамопроизвольный процесс(nonspontaneous process)- процесс, требующий непрерывного подвода энергии от внешнего источника.
обратимый процесс(reversible process)- процесс, протекающий настолько медленно, что способен изменить направление в ответ на бесконечно малое изменение условий; гипотетическое построение, к которому реальные процессы могут лишь приближаться.
второе начало термодинамики(second law of thermodynamics)- все самопроизвольные процессы сопровождаются увеличением энтропии Вселенной.
самопроизвольное превращение(spontaneous change)- превращение, протекающее без непрерывного подвода энергии от внешнего источника.
стандартная энтропия ($S^\circ$)(standard entropy)- энтропия одного моля вещества при давлении \(1\ \text{бар}\); табличные значения обычно приводятся при \(298{,}15\ \text{К}\).
стандартное изменение энтропии ($\Delta S^\circ$)(standard entropy change)- изменение энтропии в ходе реакции, рассчитанное по стандартным энтропиям.
стандартное изменение энергии Гиббса ($\Delta G^\circ$)(standard free energy change)- изменение энергии Гиббса в ходе процесса, протекающего в стандартных условиях (давление \(1\ \text{бар}\) для газов, концентрация \(1\ \text{М}\) для растворов).
стандартная энергия Гиббса образования ($\Delta G_f^\circ$)(standard free energy of formation)- изменение энергии Гиббса при образовании одного моля вещества из простых веществ, взятых в их стандартных состояниях.
третье начало термодинамики(third law of thermodynamics)- энтропия идеального кристалла при абсолютном нуле (\(0\ \text{К}\)) равна нулю.
Ключевые уравнения¶
Связь изменения энтропии и обратимо переданной теплоты:
\[
\Delta S = \frac{q_\text{rev}}{T}
\]
Статистическое определение энтропии (формула Больцмана):
\[
S = k \ln W
\]
\[
\Delta S = k \ln \frac{W_f}{W_i}
\]
Стандартное изменение энтропии реакции:
\[
\Delta S^\circ = \sum \nu\, S^\circ(\text{продукты}) - \sum \nu\, S^\circ(\text{исходные вещества})
\]
Изменение энтропии Вселенной:
\[
\Delta S_\text{univ} = \Delta S_\text{sys} + \Delta S_\text{surr}
\]
\[
\Delta S_\text{univ} = \Delta S_\text{sys} + \frac{q_\text{surr}}{T}
\]
Определение изменения энергии Гиббса:
\[
\Delta G = \Delta H - T\,\Delta S
\]
где \(S\) — энтропия, \(q_\text{rev}\) — теплота, переданная в обратимом процессе, \(T\) — абсолютная температура, \(k\) — постоянная Больцмана, \(W\) — число микросостояний, \(\nu\) — стехиометрические коэффициенты, \(\Delta S_\text{sys}\) и \(\Delta S_\text{surr}\) — изменения энтропии системы и окружающей среды, \(\Delta G\) — изменение энергии Гиббса, \(\Delta H\) — изменение энтальпии.