Энтропия өзгерісі. Химия, 10 сынып, презентация.

Суреттерді не байланыстырады?

Павлодар қ., ХББ НЗМ

Суреттерді не байланыстырады?

«Ретсіздік»

Энтропия өзгерісі. Изменение энтропии. Entropy change

Сабақ тақырыбы

Павлодар қ., ХББ НЗМ химия мұғалімі Маманова С.К.

Оқу мақсаты

еркін энергия (∆G) мен энтропия өзгерісі (∆S) түсініктерін түсіну және қолдана білу

Павлодар қ., ХББ НЗМ

Проблемалық сұрақтар

Өздігінен жүретін (спонтанды), өздігінен жүрмейтін (спонтанды емес) процесстерді қалай анықтауға болады?

Энтропия деген не?

Химиялық реакциялардың, қоршаған ортаның және жалпы энтропияның өзгерісін қалай есептейді? Ол не үшін керек?

Павлодар қ., ХББ НЗМ

Бүгін мен...

Өздігінен жүретін (спонтанды) және өздігінен жүрмейтін (спонтанды емес) процесстерге мысалдар келтіріп, оларды анықтаймын;

Энтропия ұғымымен және кейбір заттардың стандартты энтропия мәндерімен танысамын;

Энтропия өзгерісін физикалық және химиялық үрдістердің мысалдарын қарастыру арқылы болжаймын;

*Жүйе (химиялық реакция) мен қоршаған орта энтропияларының өзгерісін есептеуді үйренемін;

**Жалпы энтропияның өзгерісін есептеп, реакцияның спонтанды жүруін анықтаймын.

Павлодар қ., ХББ НЗМ

Өздігінен жүретін және өздігінен жүре алмайтын құбылыстар бар (мысалдар келтіріңіздер).

Өздігінен жүретін процесстер (спонтанды) – сыртқы күштің әсерінсіз жүретін үрдістер.

Өздігінен жүрмейтін процесстер (спонтанды емес) – қандай да бір сыртқы күштің әсерінен, яғни сыртқы энергияның жұмсалуымен жүретін үрдістер.

Павлодар қ., ХББ НЗМ

Өздігінен жүретін және өздігінен жүрмейтін процесстер (спонтанды, спонтанды емес)

Павлодар қ., ХББ НЗМ

Өздігінен жүретін және өздігінен жүрмейтін процесстер (спонтанды, спонтанды емес)

Спонтанды (өздігінен жүретін) процесстер

Спонтанды емес (өздігінен жүрмейтін) процесстер

5. Электролиттердің сулы ерітіндіде иондарға ыдырауы:

4. Газдар мен сұйықтықтардағы диффузия

3. Судың айналымы

2. Терімдің таттануы

1. Тастың таудан құлауы

1. Газдың сығылуы

2. Тоңазытқыштың жұмысы

работ

3. Судың электролизі

4. Доңғалақты насоспен үрлеу

Павлодар қ., ХББ НЗМ

Өздігінен жүретін және өздігінен жүрмейтін процесстер (спонтанды, спонтанды емес)

Процесстің спонтанды болатын/болмайтындығын қалай анықтауға болады? Ол тек энтальпиялық факторға тәуелді ме?

Бертло -Томсен принципі (19 ғасырдың ортасы) бойынша өздігінен тек экзотермиялық реакциялар жүреді:

А + В → АВ ΔΗ<0 (мысалы, сутек пен оттектен судың түзілуі; метанның жануы)

А + В → С+D ΔΗ<0 (мысалы, бейтараптану реакциясы, т.с.с)

Иә, 95% барлық қайтымсыз процесстер үшін бұл принцип сақталады, алайда 5% реакцияларда керісінше тәуелдідік байқалады, мысалы:

NH4NO3 → NH4+ aq+ NO3_aq ΔΗ>0

N2O4 → 2NO2 ΔΗ>0

Мұздың еруі ΔΗ>0

Яғни, егер жүйе ретсіздік күйге келсе, эндотермиялық процесстер де спонтанды жүре алады.

Сонымен, жүйенің тек жылуды сіңіру немесе бөле алатындығы жайлы ақпараты (энтальпиялық фактор) арқылы ғана кез келген процесстің жүре алу мүмкіндігі туралы айта алмаймыз.

Энтропиялық факторды да ескеру керек

Павлодар қ., ХББ НЗМ

Спонтанды жүретін процесстердің кейбір мысалдары

Павлодар қ., ХББ НЗМ

Павлодар қ., ХББ НЗМ

Энтропия

1865 жылы Рудольф Клаузиус алғашқы рет осы түсінікті енгізген.

Реттілігі жоғары күйден реттілігі төмен күйге ауыса жүретін физикалық немесе химиялық өзгерістер спонтанды түрде жүреді. Бұл бақылау жүйедегі және оның айналасындағы жалпы өзгеріске қатысты.

Жүйедегі ретсіздік деңгейінің өлшемі энтропия деп аталады, белгіленуі «S»

Энтропия – оқшауланған жүйелер үшін процестің жүру мүмкіндігін, бағытын көрсететін негізгі белгі

Clausius, Rudolf Julius Emanuel

1822-1888

Entropy increases when SOLIDS MELT

Entropy increases when LIQUIDS BOIL

Entropy increases when IONIC SOLIDS DISSOLVE IN WATER

Павлодар қ., ХББ НЗМ

Энтропия

Regular arrangement of particles in solids

Less regular arrangement; more disorder in liquids

Irregular arrangement; some disorder in liquids

Random nature and disorder of particles in a gas

Regular arrangement in an ionic crystal lattice

Ions dissociate in water; there is less order

Энтропия артады (ΔS > 0)

Павлодар қ., ХББ НЗМ

1-тапсырма

Әрбір жұптан энтропиясы жоғары болатын жүйені анықтаңыз. 

Дұрыс жауап

a) CaCO3(s) —> CaO(s) + CO2(g)

b) NH3(g) + HCl(g) —> NH4Cl(s)

c) Na(s) —> Na(g)

d) C6H12(l) + 9O2(g) —> 6CO2(g) + 6H2O(g)

e) C(s) + O2(g) —> CO2(g)

-

+

+

‘0’

fewer gas molecules

goes from solid to gas

more gas molecules

‘similar’ moles of gas

Павлодар қ., ХББ НЗМ

2-тапсырма

Төменде берілген реакциялардың жанына энтропияның өзгеру белгісін қойыңыз. Жауапты түсіндіріңіз 

+

more gas molecules

Павлодар қ., ХББ НЗМ

Кейбір элементтер мен қосылыстардың стандартты энтропия мәндері S0298

Заттың 298 K (25 °C) және 100 кПа стандартты жағдайда анықталған энтропиясы стандартты энтропия деп аталады және қысқаша S∘298 немесе жай S∘ түрінде жазылады.

Химиялық реакцияның стандартты энтропия өзгерісін есептеу

Павлодар қ., ХББ НЗМ

ΔS0реак – реакцияның стандартты энтропия өзгерісі

ΣΔS0(өнімдер) − барлық өнімдердің стандартты энтропияларының қосындысы

ΣΔS0(реагенттер) − барлық реагенттердің стандартты энтропияларының қосындысы

Физикалық және химиялық процестердегі стандартты энтропия өзгерісін өнімдер мен реагенттердің жалпы энтропияларының айырмасы ретінде есептеуге болады

Энтропия

Термодинамикалық жабық жүйеде энтропия өздігінен жүретін процесстердің жүру бағытын сипаттайды.

Клаузиус теңсіздігі

Қайтымды үрдістер үшін энтропия тұрақты болып қалады

Қайтымсыз үрдістер үшін энтропия өзгерісі әрдайым оң мәнді қабылдайды

Павлодар қ., ХББ НЗМ

Exothermic Process

DSsurr > 0

Endothermic Process

DSsurr < 0

Қоршаған ортаның энтропия өзгерісі (DSқорш.орта)

Қоршаған ортаның энтропия өзгерісі.

Павлодар қ., ХББ НЗМ

Егер жүйе мен қоршаған ортаның жалпы энтропия өзгерісі оң мәнге ие болса, онда химиялық немесе физикалық өзгеріс спонтанды жүреді

Жүйенің ΔH және ΔS мәндері нені білдіреді?

Қайтымды

Қайтымсыз

S <=====> L

L <=====> G

S <=====> Lѕ

S₁ <=====> S₂

Газдың вакуумде кеңеюі

Ыстық денеден салқынға жылудың берілуі

Нан пісіру

Ақуыздың толық денатурациясы (пісірілген жұмыртқаны қайта өз қалпына келтіріп көріңіз )

балқу

конденсация

булану

кристаллдану

еру

тұндыру

фазалық өту

Павлодар қ., ХББ НЗМ

*Қайтымды және қайтымсыз процесстер

Қайтымды химиялық процесстер

Қайтымсыз химиялық процесстер

2H2 + O2 ⇄ 2H2O; ΔН<0

N2O4 ⇄ 2 NO2 ; ΔΗ>0

N2 + 3H2 ⇄ 2NH₃

Тұздардың гидролизі

Термокраскалар (термоиндикаторлар):

Ag2HgJ4 (сары-қара қоңыр, 50°С)

Cu2HgJ4 (қызыл-қоңыр, 65°С)

Нәтижесінде тұнба түзіле жүретін реакциялар:

Ba(NO3)2 + K2SO4 → BaSO4↓ + 2KNO3

Нәтижесінде газ түзіле жүретін реакциялар:

Na₂CO₃ + HCl → NaCl + CO₂ + H2O

Жану реакциялары:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Ыдырау реакцияларының көбі:

(NH₄)₂Cr₂O₇ → N₂ + Cr₂O₃ + 4H2O

Бейтараптану реакциялары (қышқылдық-негіздік титрлеу)

HCl + NaOH → NaCl + H2O

Қайтымсыздық – ашық жүйелерде

Павлодар қ., ХББ НЗМ

*Қайтымды және қайтымсыз процесстер

*Энтропия. Термодинамиканың екінші заңы

Екінші заң жабық жүйенің энтропиясы тек артады, ал жүйе ішіндегі пайдалы энергия мөлшері (яғни, осы энергияның көмегімен жүретін жұмыс) кемитіндігін тұжырымдайды. Жоғары реттіліктен реттілігі төмен күйге өткенде (яғни энтропия артқанда) жүйе жұмыс атқарады. Бұл үрдісті «Төмен және жоғары энтропиясы бар күйлердің механикалық аналогі» суретінен көруге болады.

А суретінде жоғары энергиялы күй көрсетілген, мұнда белгілі бір ретпен ұйымдасқан молекулалардың барлығы дерлік І бөлімде орналасқан (энтропия төмен). Молекулаларда диффундирлеу мүмкіндігі пайда болғанда олар көрші ІІ бөлімге тепе-теңдік орнағанша дейін өтеді, сол кезде энтропия артады да, жүйенің бос энергиясы төмендейді (Б суреті). Төмен энтропиялы күйден жоғары энтропиялы күйге өту кезінде энергия босатылады (осы мысалда бұл энергия қанатшалардың айналуына жұмсалды). Жүйе тепе-теңдікке келісімен жұмысты яқтайды. (Baker, Allen, 1965.)

Қорытындылау

Бүгін мен...

Өздігінен жүретін (спонтанды) және өздігінен жүрмейтін (спонтанды емес) процесстерге мысалдар келтіріп, оларды анықтадым/анықтай алмадым;

Энтропия ұғымымен және кейбір заттардың стандартты энтропия мәндерімен таныстым/ұққан жоқпын;

Энтропия өзгерісін физикалық және химиялық үрдістердің мысалдарын қарастыру арқылы болжадым/қиын болды;

*Жүйе (химиялық реакция) мен қоршаған орта энтропияларының өзгерісін есептеуді үйрендім/қиын болды;

**Жалпы энтропияның өзгерісін есептеп, реакцияның спонтанды жүруін анықтадым/қиын болды

Павлодар қ., ХББ НЗМ

Қолданылған ресурстар

Химиялық термодинамика. Энтропия. - Білімлэнд http://bilimland.kz/kk/content/structure/977-zhalpy_ximiya#lesson=11306

Химическая термодинамика. Физическая химия. Лекция 5.

Cengage Learning. Entropy

Entropy, Free Energy and Equilibrium - PowerPoint Lecture Presentation by J. David Robertson University of Missouri. The McGraw-Hill Companies, Inc.

https://www.saddleback.edu/faculty/cabel/Saddleback/Chapter17_files/chem1b-ws14-s-g.pdf

https://www.saddleback.edu/faculty/cabel/Saddleback/Chapter17_files/chem1b-ws14-s-g.pdf

http://ellischemistry.wikispaces.com/file/view/Entropyworksheet.pdf

Павлодар қ., ХББ НЗМ