Nội dung
• Ngun lí II đề cập đến một đặc tính khác của năng lượng. Đó là trong khi các dạng năng lượng khác có thể biến hồn tồn thành nhiệt thì nhiệt lại chỉ có thể biến một phần thành các dạng năng lượng khác.
• Nghiên cứu nguyên lí II cho phép rút ra một số hàm trạng thái làm tiêu chuẩn để xét đoán một phản ứng nhất định có thể tự xảy ra khơng
Phát biểu
• Nhiệt khơng tự truyền từ một vật lạnh sang một vật nóng hơn
• Khơng thể có động cơ vĩnh cửu loại 2 là động cơ biến hồn tồn nhiệt nhận được thành cơng ( cũng có nghĩa là động cơ làm việc mà khơng chịu sự mất mát nhiệt nào )
• Tồn tại một hàm số trạng thái gọi là entropy (S) mà biến thiên của nó trong một q trình thuận nghịch 𝛥𝑆 bằng tỷ số giữa nhiệt lượng trao đổi trong q trình dó và nhiệt độ tại đó xảy ra sự trao đổi nhiệt
Khái niện entropy (S)
• Q trình tự diễn biến
o Các q trình tự diễn biến là q trình tự nó có khả năng xảy ra mà khơng tác động từ bên ngồi
• Ví dụ
o Nhóm q trình A:
o Nước chảy từ chỗ cao đến chỗ thấp
o Khí chuyển từ nơi có áp cao đến nơi có áp thấp
o Trong nhóm này hệ mất dần khả năng sinh công ( giảm năng lượng ) và chuyển dần đến trạng thái cân bằng
o Nhóm q trình B:
o Cục nước đá tự chảy thành nước
o Sự khuếch tán vào nhau của hai khí khác nhau o Nhiều phản ứng phân hủy chất cũng tự xảy ra
o Trong nhóm này hệ chuyển từ trạng thái sắp xếp có trật tự sang trạng thái kém trật tự hơn
Tất cả cac quá trình tự diễn biến trên đều không thể tự xảy ra theo chiều ngược lại, chúng là những quá trình bất thuận nghịch
ENTROPY (S)
Entropy là thước đo độ hỗn độn của hệ Entropy là hàm trạng thái: S = f(W)
Entropy là thơng số dung độ nên có tính cộng
𝜟𝑺 = Scuối – Sđầu = S1 + S2
Hệ cơ lập 𝜟𝑺>= 0
• Entropy là tiêu chuẩn xét chiều trong hệ cô lập o Trong hệ cô lập: 𝜟𝑺 >= 0
o 𝛥𝑆 > 0 (S tăng): quá trình (bất thuận nghịch) tự phát
▪ Từ trật tự -> hỗn độn. Từ không đồng nhất -> đồng nhất ▪ Từ W nhỏ -> W lớn. Từ entropy nhỏ -> entropy lớn
▪ 𝜟𝑺 = 0( S max ): quá trình (thuận nghịch) cân bằng
• Q trình nóng chảy và bay hơi có 𝜟𝑯 > 0 đều tự phát theo chiều hướng tăng entropy
𝜟H chưa thể xem là đại lượng tiêu chuẩn để tiên đoán chiều và giới hạn q trình
hóa học.
Biểu thức ENTROPY
Trong biến đổi vô cùng nhỏ, một hệ ở nhiệt độ T trao đổi với mơi trường một lượng nhiệt 𝛿𝑄 có
• QT thuận nghịch: dS = 𝛿𝑄𝑇 • QT bất thuận nghịch: dS > 𝛿𝑄
𝑇• Biến đổi hữu hạn: 1 -> 2 • Biến đổi hữu hạn: 1 -> 2
• QT thuận nghịch: 𝛥𝑆 = S2 – S1 = ∫ 𝛿𝑄 𝑇 2 1 • QT thuận nghịch đẳng nhiệt: : 𝛥𝑆 = S2 – S1 = 𝑄𝑇𝑁 𝑇 • QT bất thuận nghịch: 𝛥𝑆 = S2 – S1 > ∫ 𝛿𝑄 𝑇 2 1 Trong một hệ cô lập (Q = 0) thì:
• Một q trình tự diễn biến (bất thuận nghịch) kèm theo sự tăng entropy của hệ 𝛥𝑆 > 0
• Một q trình thuận nghịch hay cân bằng có 𝛥𝑆 = 0
Biến thiên entropy là một tiêu chuẩn để xét đoán một q trình có tự xảy ra hay khơng trong hệ cơ lập.
Tính chất ENTROPY
• Đối với cùng một chất, trong điều kiện: o S (rắn) < S (lỏng) < S(khí)
• Nhiệt độ tăng làm tăng entropy • Áp suất tăng làm giảm entropy
• Entropy mol chuẩn (S0289)
o Là giá trị Entropy của 1 mol chất đo ở điều kiện tiêu chuẩn có 1atm (760mmHg) và nhiệt độ bằng 250C (298.15K)
o Đơn vị tính của S0289 là cal/mol.K hoặc J/mol.K
o Giá trị này có thể tra cứu được từ các sổ tay hóa học • Tính 𝛥S0289 của phản ứng hóa học
o 𝛥S0289 = tổng S0289 (sản phẩm) – tổng S0289 (chất đầu)