組成實驗室噴霧干燥機物質
種自發過程的逆過程是不能自動進行的。開爾文說法指明了摩擦生熱過程的不可逆性,而克勞修斯說法則指明了熱傳導的不可逆性,這兩種說法實際上是等價的(相關證明可參考《物理化學》或相關書籍)。熱力學第二定律為我們解決化學反應的方向和限度問題奠定了基礎。 三、混亂度與熵 混亂度(disorder)是有序性、規整度的反義詞,它是指組成實驗室噴霧干燥機物質的質點在體系內排列和運動的無序程度。簡單地說就是體系內部混亂的程度。顯然,氣體的混亂度比液體大,而液體的混亂度又比固體大。 熵(entropy)是人們定義的一個熱力學參數,作為體系混亂度的量度,用符號S表示。體系的混亂度越大
,熵值也越大。熵與熱力學能、焓一樣,是體系的 第三節 化學反應方向 ———熵增加與吉布斯自由能減小17 廣度性質,也是一種狀態函數。因此,盡管熵(S)的絕對值目前也還無法求得,但在某一變化過程中體系的熵變(ΔS)只與體系的始態和終態有關,而與其所經歷的途徑無關,顯示出狀態函數的特性。 實驗表明,當體系經過一個恒溫可逆變化過程時,體系的熵變 ΔS等于體系在此過程中從環境吸收的熱量Q(r代表可逆)與體系溫度T之比,稱為熱溫商, r 即 r ΔS=QT(126) 對于純物質的完美晶體而言,當熱力學溫度為0K時,熱運動應完全停止,體系的混亂度最低。因為是純物質,理論上不含任何雜質粒子,表示體系的組分是完全單一的。在組成方面具有最高的規整性,混亂度為零。而完美晶體則表示該純物質的結構為單晶,而且沒有任何晶體缺陷。因而在晶體結構方面也具有最高的規整性,混亂度為零。再加上處于絕對零度,物質的分子、離子、原子的一切熱運動完全停止了。因而從理論上講,在此條件下,整個體系的熵也就處于最低值。熱力學上將此狀態下的熵值規定為零,即“在熱力學溫度0K時,任何
純物質的完美晶體的熵值為零”,這就是熱力學第三定律(thirdlawofthermodynamics)。記為: S=0(127) 0 應該指出熱力學第三定律描述的是一種理想的極端狀態。在實際上人們只能無限地接近這一理想狀態,而不能真正達到理論上所表述的這種狀態。第三定律的結論,實際是利用在相當接近于這一理想狀態的條件下得到的實驗結果,經嚴格的外推求得的。熱力學第三定律有幾種不同的表述方法。除了上面介紹的表述外,另一為人們熟悉的表述是: “不能用有限的手段把一個物體的溫度降到絕對零度”。這些不同的表述實際上都是等價的。 如果將某純物質的完美晶體從0K加熱至某一溫度T,則過程的熵變 ΔS為: ΔS=S(T)S=S(T)0=S(T)S(T)=ΔS(128) 上式表示,某純物質的完美晶體在溫度T時的熵值S(T)等于它從0K到TK兩狀態間的熵變,稱為該物質的規定熵(conventionalentropy)。值得注意的是,規定熵S(T)實質上是一種熵增量 ΔS,是以S為參比標準的相對值;熵的絕 0 0 對值目前還無法求得,過去把規定熵看作熵的絕對值是不合適的。 在標準狀態下,1mol某物質的規定熵稱為該物質的標準摩爾規定熵(standard
molarconventionalentropy),簡稱標準摩爾熵(standardmolarentropy)或標準 18第一章 化學反應的基本規律 1 熵(standardentropy)。用S砓m(T)表示,其單位為J ·K1·mol。本書附錄中列出了一些物質在298.15K時的標準摩爾熵數據。應該強調,在298.15K時任何