CHƯƠNG II: NGUYÊN LÍ II CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ CHIỀU DIỄN BIẾN CỦA QUÁ TRÌNH HÓA HỌC pdf

CHƢƠNG II: NGUYÊN LÍ II CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ CHIỀU DIỄN BIẾN CỦA QUÁ TRÌNH (8:5;3) - Nguyên lí I cho khảo sát vấn đề gì? - Ngun lí I khảo sát vấn đề bảo tồn chuyển hố lượng mà chưa đề cập đến chiều hướng, mức độ q trình Ngun lí II khảo sát vấn đề 2.1 Quá trình tự diễn biến khơng tự diễn biến Q trình gì? Khi hệ từ trạng thái đến trạng thái ta nói hệ thực q trình Trong tự nhiên có nhiều q trình tự xảy mà không cần tác động từ bên ngồi Ví dụ: cho tiếp xúc hai vật có nhiệt độ khác nhau, nhiệt độ tự truyền từ vật nóng sang vật lạnh Trong q trình này, nhiệt độ vật nóng giảm, nhiệt độ vật lạnh tăng truyền nhiệt xảy nhiệt độ hai vật Q trình nhiệt độ tự truyền từ vật nóng sang vật lạnh trình tự diễn biến Trong thí nghiệm trên, q trình ngược lại, nhiệt tự truyền từ vật lạnh sang vật nóng khơng thể xảy Muốn có q trình đó, người ta phải thực cơng từ ngồi Q trình gọi q trình khơng tự diễn biến Hoạt động thầy trị Nội dung giảng 2.2 Q trình thuận nghịch bất thuận nghịch nhiệt động học + Quá trình thuận nghịch: Một trình biêns đổi hệ từ trạng thái đến trạng thái gọi thuận nghịch tiến hành theo chiều ngược lại q trình hệ qua trạng thái trung gian trình thuận P V VD1: Q trình dãn nén khí xilanh biểu diễn đồ thị P-V: Quá trình thuận 1-2 trình nghịch 2-1 trùng nhau: VD2: Con lắc tóan học( lắc khơng có ma sát) VD3: Phản ứng thuận nghịch hoá học đồng thời thuận nghịch nhiệt động tính thuận nghịch đảm bảo điều kiện đặc biệt( VD: tiến hành phản ứng pin điện có sức diện động khác sức điện động ngược chiều tác dụng từ ngồi vào lượng vơ nhỏ cho trình pin điện lúc diễn gần tĩnh lúc đảo ngược chiều q trình cách làm thay đổi vơ sức điện động bên Đọc thêm: Sau tiến hành theo chiều thuận nghịch, để đưa hệ trạng thái ban đầu xung quanh thân hệ khơng có biến đổi Trong q trình thuận nghịch khơng có tổn thất cơng ma sát nên cơng hệ sinh có giá trị cực đại + Quá trình bất thuận nghịch: trình mà tiến hành theo chiều nghịch hệ không qua trạng thái trung gian trình thuận sau tiến hành theo chiều thuận chiều nghịch để đưa hệ trạng thái ban đầu xung quanh thân hệ có biến đổi VD: Quá trình nén dãn khí xi lanh VD: Q trình chuyển động lắc vật lí 2.3 Entropi nguyên lí II nhiệt động lực học 2.3.1 Entropi + Định nghĩa entropi: Entropi hàm trạng thái, trình thuận nghịch nhiệt động, vi phân lượng nhiệt vơ bé mà hệ nhận nhiệt độ tuyệt đối T chia cho nhiệt độ QTN (II.2) T + Biến thiên Entropi q trình thuận nghịch: Lấy tích phân (II.2):  S= + Biểu thức: dS  QTN T S2 – S1   (II.3) + Biến thiên Entropi trình bất thuận nghịch:  QBTN = dU +  ABTN < dU+  ATN Hàm Entropi sử dụng  QBTN <  QTN q trình TN BTN tính 2 QTN Q   BTN Entropi tính  S   T T 1 trình TN Q Vậy  S >  BTN (II.4) T + Ý nghĩa vật lí Entropi : Đặc trưng cho mức độ hỗn loạn hệ, hệ trật tự, Entropi tăng + Ý nghĩa hoá học Entropi : Biến thiên Entropi tiêu chuẩn tự xảy cân q trình hệ lập - Đối với hệ cô lập  Q=0 ( qt Q Trong hệ lập q trình BTN TN  S=   TN =0  S=const; tự xảy theo chiều tăng Entropi T đến lúc đạt tới TTCB2 Q nghĩa tạiđó  S=0 S đạt tới giá trị QTBTN:  S>  TN =0) T cực đại   S  với hệ cô lập Chú ý:  S có giá trị xác định - Khi  S>0 : trình tự diễn biến; chiều trình hệ lập  S=0 q trình đạt TTCB Muốn xác định chiều đkcb hệ không cô lập phải đưa hệ lập phải tìm hàm nhiệt động khác VD: Tính biến thiên Entropi pư: 2.3 Biến thiên Entropi pƣhh: S hàm trạng thái (II.9) H2 + ½ O2  H2O S0 (cal/molK) 31,2 49 45,1 298  Spư = (  n iS )s phẩm – (  n jS )tgia Giải:  S0 298,pu = Thường dùng Entropi đk chuẩn:  S0 298,pu =(  n iS298 )sp-( = S0 2O - ( S0 +1/2 S0 ) 298;H 298;H 298;O n S j 298 tg ) Ni hệ số tỉ lượng chất sp; nj =45,1-(31,2+1/2.49)=-10,6cal/molK hệ số tỉ lượng chất tgia Biến thiên Entropi hệ ứng với trình bất thuận nghịch; dS : vi phân hàm Entropi ;  Q: lượng nhiệt vô nhỏ; T: nhiệt độ trạng thái xét;  S: biến thiên Entropi hệ từ TT1 đến TT2 2.4 Năng lƣợng tự Gibbs: Ở phần trước xây dựng tiêu chuẩn để xác định chiều điều kiện cân trình hệ cô lập Thực tế lại thường gặp q trình xảy hệ khơng lập Mặt khác việc chuyển hệ không cô lập hệ cô lập lại khó khăn Do phải xây dựng tiêu chuẩn để xét chiều điều kiện cân hệ không cô 2.4.1 Cách xây dựng hàm đẳng lập Có q trình thường gặp: - đẳng nhiệt đẳng áp G nhiệt đẳng áp đẳng nhiệt dẳng tích Nguyên tắc: Vẫn dùng Entropi tiêu chuẩn để khảo sát trình, cách gộp hệ với thể tích đủ lớn mơi trường để coi tồn chúng hệ lập Chiều hướng giới hạn trình xét qua giá trị  S cô lập  Scôlập=  Shệ +  Smôi trường(II.10) Giả sử P T không đổi, hệ trao đổi với môi trường lượng nhiệt Qp =  H Như môi trường nhận hệ lượng nhiệt -  H  môi trường = -  H/T Thay vào II.10 ta có:  Scơ lập =  S  H/T (II.11) H >0 T hay  H-T  S