Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
2.4.4. Određivanje promene entropije2.4.4.1. Promena entropije pri promeni faza
MoleMolekkularularnana iinterpretanterpretacciijaja eentropntropijeijeEntropija raste ako se krećemo od čvrstog preko tečnog do gasovitog stanja: Sčvrsto < Stečno << Sgas
U kristalu leda molekuli vode su na uređen način raspoređeni i povezani vodoničnim vezama.
Kada se led topi, uređen kristal leda se razara, a molekuli vode su haotičnije raspoređeni u tečnosti.
EntropEntropijaija--fazni prelazifazni prelazi
Promena entropije pri faznim prelazima
Tq
SSS rev=−= 12Δ
stk
mispmtmpmisp
THSSS ,
0
,0
,0
,0 ΔΔ =−=
stm
mmrtčmmr T
HSSS ,0
000,
Δ=−=Δ
Entropije isparavanja:21 cal/(mol K) odnosno 88 J/(mol K).
2.4.4. Određivanje promeneentropije
2.4.4.1. Promena entropije idealnog gasa
0lnln sVRTCS V ++= 'lnln 0sPTCS p +−=
1
2
1
212 lnln
VVR
TTCSSS V +=−=Δ
1
2
1
212 lnln
PPR
TTCSSS p −=−=Δ
1
2lnTTCS VV =Δ
.ln1
2
TTCS pp =Δ
2
1
1
2 lnlnPPR
VVRST ==Δ
2.4.4.3-4.Promena entropije sa T, P i V
VV
V
V TSTCodnosno
TC
TS
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛∂∂
==⎟⎠⎞
⎜⎝⎛∂∂
( ) ∫ ∫==−=2
1
2
1
ln12
T
T
T
TVVV TdC
TdTCSSSΔ
( ) ∫ ∫==−=2
1
2
1
ln12
T
T
T
TPPP TdC
TdTCSSSΔ
VT TP
VS
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛∂∂
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛∂∂
PT TV
PS
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛∂∂
−=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛∂∂
∫ ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛∂∂
−=−=Δ dPTVSSS
P12
Određivanje entropije
∫∫
∫
+Δ
++
++=
T
T
p
klj
ispT
T
p
Tp
klj
klj
t
t
TdTgC
TH
TdTtC
TdTčC
STS
)()(
)()0()(
0
3aTCp =Debajeva aproksimacija
• Entropija raste kada se čvrsta ili tečna supstancija rastvara u rastvaraču.• Ovo je zato što se kristalna rešetka razara
dovodeći do veće neuređenosti.
MoleMolekkularularnana iinterpretanterpretacciijaja eentropntropijeije
• Kada se KCl rastvara u rastvaraču, postoji i porast i opadanje entropije.
• 2Cs(č) + 2H2O(t) → 2CsOH(aq) + H2(g)EntropEntropijaija--rastvaranjerastvaranje
1. Da li je reakcija spontana? Jeste.2. Kog znaka je ΔHo? Negativnog.3. Kog znaka je ΔSo? Pozitivnog.
2.4.4.5. Entropija Mešanja
Šta se dešava kada se mešaju dva idealna gasa?
Šta se dešava kada rastavramo neku supstanciju u rastvaraču?
∑=
−=−=Δn
iiimeš xnRSSS
112 ln
2.4.4.6. Termodinamičke jednačinestanja
TV VU
TPTP ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛∂∂
−⎟⎠⎞
⎜⎝⎛∂∂
=
TP PH
TVTV ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛∂∂
+⎟⎠⎞
⎜⎝⎛∂∂
=
• Stepeni slobode su u vezi načina kretanja molekula.
• Što je molekul pokretljiviji to je njegova entropija veća i ima više stepeni slobode.
• III zakon termodinamike: idealan kristal na 0 K ima apsolutnu entropiju nula.
MoleMolekkularularnana iinterpretanterpretacciijaja eentropntropijeije
• Entropije komplikovanijih molekula su veće od entropija jednostavnijih molekula:
S(CH4) < S(C2H6)• Postoje tri tipa kretanja u molekulu:
translaciono, rotaciono, i vibraciono.• Translacija uključuje kretanje čitavog molekula
sa jednog mesta na drugo.• Gasovi imaju u najvećoj meri translaciono
kretanje.• Rotacija uključuje kretanje molekula oko ose.• Vibracija uključuje menjanje dužina i uglova
između hemijskih veza.
MoleMolekkularularnana iinterpretanterpretacciijaja eentropntropijeije
MolecularMolecularnana iinterpretanterpretacciijaja eentropntropijeije
Vibracija Vibracija
Vibracija Rotacija
http://fy.chalmers.se/~brodin/MolecularMotions/CCl4molecule.html
Koje opšte pravilo o entropiji je ovde ilustrovano?
Molekul So (J/mol.K)CH4(g) 186.3C2H6(g) 229.5C3H8(g) 269.9H2O(g) 188.83H2O(l) 69.91CO2(g) 213.6CO2(aq) 121CH3CO2H(l) 160CH3CO2H(aq) 179
MoleMolekkularularna ina interpretanterpretacciijaja eentropntropijeije
Molecule So (J/mol.K)CH4(g) 186.3C2H6(g) 229.5C3H8(g) 269.9H2O(g) 188.83H2O(t) 69.91CO2(g) 213.6CO2(aq) 121CH3CO2H(t) 160CH3CO2H(aq) 179
MoleMolekkularularnana iinterpretanterpretacciijaja eentropntropijeije
Koje opšte pravilo o entropiji je ovde ilustrovano?
Molekul So (J/mol.K)CH4(g) 186.3C2H6(g) 229.5C3H8(g) 269.9H2O(g) 188.83H2O(l) 69.91CO2(g) 213.6CO2(aq) 121CH3CO2H(l) 160CH3CO2H(aq) 179
MolekularnaMolekularna InterpretacijaInterpretacija EntropijeEntropije
Koje opšte pravilo o entropiji je ovde ilustrovano?
Koje opšte pravilo o entropiji je ovde ilustrovano?
Molekul So (J/mol.K)CH4(g) 186.3C2H6(g) 229.5C3H8(g) 269.9H2O(g) 188.83H2O(l) 69.91CO2(g) 213.6CO2(aq) 121CH3CO2H(l) 160CH3CO2H(aq) 179
MoleMolekkularularnana iinterpretanterpretacciijaja eentropntropijeije
Entropija materijala
DijamantS°298= 2.4 J/K
GrafitS°298= 5.7 J/K
Šta je sa vodom u različitim fazama:
S°298 (J/K mol)
H2O(č,led) 44.3 H2O(t) 69.91 H2O(g) 188.72
Zašto grafit ima veću entropiju oddijamanta?
Razumevanje entropije…• Mikroskopski pogled: mera neuređenosti
Čvrsto Tečno Gas
Neuređenost, haotičnost
Entropija
)(WfS =
Malaverovatnoca
Najvecaverovatnoca
V1
V2
Verovatnoća da se oba molekula nađu u istoj zapremini iznosi (1/2)2, tj. ¼, a da se svi molekuli u 1 molunađu u jednoj od dve zapremine je(1/2)N
A
2.4.5. Statistička definicija entropije
Samo je 1 stanje (12,5 %) u kojima su svimolekuli u istom balonu od od 8 mogućihstanja- .
Najverovatnijestanju u komesu molekuliraspoređeni u oba balona.
Makroskopska priroda II zakona
3
21⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
Spontani procesi predstavljaju prelaz sistema iz manje verovatnog u više verovatno stanje.
Entropija je u funkcionalnoj vezi sa termodinamičkom verovatnoćom tog stanja, W:
S = f (W)Termodinamička verovatnoća stanja sistema predstavlja
ukupan broj načina na koji se dati sistem u određenom termodinamičkom stanju može ostvariti prema broju načina na koje se mogu ostvariti sva stanja koja su za dati sistem moguća.
W se može definisati i kao broj mikroskopski različitih konfiguracija sistema, koje sistem može da zauzme, a da se ne oseti makroskopska razlika
Richard Feynman: ”Mi merimo ”nered” brojem načina na koje se sistem ima urediti, a da spolja izgleda isto”
Termodinamička verovatnoća
S1W1
S2W2
S12
W12
)( 122112 WfSSS =+=
2112 WWW ⋅=
)( 11 WfS =
)( 22 WfS =
)()()()( 211221 WWfWfWfWf ⋅==+
S = klnW + b b=0 SS==kklnlnWW
k-Bolcmanova konstanta, k=R/NA=1,38·10-23 J/K
EntropEntropijaija--statististatističčka definicijaka definicija
• Ludwig Boltzmann je prvi jasno razumeo značaj nereda-neuređenosti u razumevanju hemijskih i fizičkih procesa.
EntropEntropijaija--statististatističčka definicijaka definicija
Ludwig Boltzmann1844 – 1906
• Entropija (S): mera neuređenosti sistema.
S = k log W
OdređivanjeOdređivanje EntropijeEntropije• Metode određivanja entropije:• Poziciona neuređenost
S = k ln ωω−mogući rasporedi sistema; priroda favorizuje
najveći broj rasporeda (najveći nered)
ΔS = R ln Vf/Vi (1 mol idealnog gasa)ΔS = R ln Pi/PfŠirenje, porast zapremine je spontan proces
1
2
1
2
1
212 ln
)()(lnln)(
VVR
aVaVk
WWkSSS
A
A
N
N
TT =⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛==−=Δ