Энтропия өзгерісі. Химия, 10 сынып, дидактикалық материал.

Тақырып: «Энтропия өзгерісі ΔS»

Тек экзотермиялық процестер ғана спонтанды ма?

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

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

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

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

 NH₄NO₃ → NH₄⁺(aq)+ NO₃ (aq) ΔΗ>0

 N₂O₄(g) → 2NO₂(g) 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. Процестің өздігінен жүру-жүрмеуі тек энергияға ғана тәуелді емес. Энтропиялық факторды да ескеру керек

Энтропия дегеніміз не? (видео)

 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»

Энтропияның абсолютті мәндері

 Жүйенің күйі өзгеретін кезде біз энтальпияның абсолютті мәнін (Н) есептей алмаймыз, тек салыстырмалы энтальпия өзгерісін (ΔH) ғана есептей аламыз. Бірақ бұл энтропияға қатысты емес. Энтропияның абсолютті мәнін S анықтауға болады.

 Стандартты энтропия мәндері S⁰₂₉₈ (видео)

 Абсолютті стандартты энтропия мәні әрқашан оң мәнге ие болады. Өйткені мінсіз түрде реттелген қатты денеден стандартты жағдайдағы затқа ауысу әрдайым ретсіздіктің, сәйкесінше энтропияның артуымен байланысты. 

 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.

Кейбір элементтер мен қосылыстардың стандартты энтропия мәндері S⁰₂₉₈

Стандартты энтропия өзгерісін есептеу ΔS⁰ (видео)

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

ΔS⁰реак – реакцияның (жүйенің) стандартты энтропия өзгерісі

ΣΔS⁰(өнімдер) − барлық өнімдердің стандартты энтропияларының қосындысы

ΣΔS⁰(реагенттер) − барлық реагенттердің стандартты энтропияларының қосындысы

Мысалы, What is the standard entropy change for the following reaction at 25⁰C?

2CO(g) + O₂(g) ⟶ 2CO₂(g)

Жоғарыда берілген формулаға сәйкес және реакцияға қатысқан заттар мен түзілген өнімдердің әрқайсысының стандартты энтропия мәндерін кестеден тауып, олардың алдында тұрған коэффициенттерді ескере отырып есептеу керек.

S⁰(CO) = 197.9 J/K•mol

S⁰(O₂) = 205.0 J/K•mol

S⁰(CO₂) = 213.6 J/K•mol

ΔS⁰_{реакц. =} 2 х S⁰(CO₂) – [2хS⁰(CO) + S⁰(O₂)]

ΔS⁰_{реакц. =} 427.2 – [395.8 + 205.0] = -173.6 J/K•mol

Жауабы: ΔS⁰_{реакц. =} -173.6 Дж/К•моль

Қоршаған ортадағы энтропия өзгерісі. Жалпы энтропия (видео)

 Егер жүйеде экзотермиялық процесс жүретін болса (ΔН<0), жылу қоршаған ортаға беріледі, осы кезде қоршаған ортадағы молекулалардың ретсіздігі, яғни энтропиясы сәл артады. Ал эндотермиялық процессте (ΔН>0) керісінше, жылу қоршаған ортадан жүйеге беріледі, қоршаған ортада энтропиясы күрт төмендейді.

 Демек, қоршаған ортаның энтропия өзгерісі жүйенің энтальпия өзгерісіне кері пропорционал.

 Қоршаған орта энтропиясы өзгерісінің өрнегі

 Жалпы энтропия өзгерісі жүйе мен қоршаған орта энтропия мәндерінің қосындысына тең:

 Жалпы энтропия өзгерісі бізге қандай ақпарат береді?

 Егер жүйедегі және қоршаған ортадағы жалпы энтропия өзгерісі оң мәнге ие болса, онда химиялық немесе физикалық өзгеріс спонтанды жүреді; ал екі мән де теріс болса, химиялық немесе физикалық өзгеріс спонтанды жүре алмайды (аммиак синтезі спонтанды/спонтанды емес екендігін анықтаудың жолын видео арқылы көру).

 Мысалы,

At T = 25^oC = 298K

Яғни, осы мысал үшін ΔS⁰жалпы=ΔS⁰жүйе + ΔS⁰қорш.орта=0+729=729Дж/K•моль

Жауабы: ΔS⁰жалпы=729Дж/K•моль

 Сол сияқты, жүйенің энтропия өзгерісі қоршаған орта энтропия өзгерісінің теріс мәнін (қоршаған ортадан жылу жүйеге берілгенде) компенсациялай алса, онда эндотермиялық реакция жүре алады.

 Сонымен қатар,