熵

熵，或 S，是对热力学系统的随机性 或无序性的度量，例如 原子、分子或离子排列的随机性。一个系统的无序度越大，熵就越大。熵是一个状态函数，这意味着，一个过程的熵变化，可以通过它的 最终状态和初始状态之间的差来计算，而与路径无关。系统的熵可以用 玻尔兹曼方程表示，其中 S 等于 玻尔兹曼常数 k 乘以 微观状态数 W 的自然对数。微观状态是给定系统中 原子和分子可能存在的 独特能量等效构型。请考虑一个包含两个原子，总共 有两个能量单位的系统。这种能量可以通过三种不同方式在两个原子之间 分配：两个单位都在第一个原子上、两个单位都在第二个原子上、或每个原子携带一个单位。因此，这个系统有三种潜在的微观状态，它们在能量上都是等效的。由此可见，熵的增加与 分子中的原子数目 及其分子量成比例。例如，在 25℃和 1 大气压的 标准状态下，1 摩尔硫酸的熵 大于 1 摩尔水的熵。此外，混合物的熵 大于其纯组分的熵，随着复杂性的增加，可能的微观状态数量也会增加。系统的熵也随温度升高而增加。随着温度升高，动能也随之增加，从而增加了可能的微观状态的数量。物质的物理状态是物质 相对熵的指标。就同一种给定物质而言，其固态的熵总是小于液态的熵，液态的熵 总是小于气态的熵。与液体或固体中的分子相比，气体中的分子彼此相距很远，它们具有更多可能的微观状态。另一方面，固体排列更有序，微观状态更少，从而导致熵更低。