17.2
Энтропия, или S, является мерой хаотичности или беспорядка термодинамической системы, например хаотичности в расположении атомов, молекул или ионов. Чем больше беспорядок в системе, тем выше энтропия. Энтропия это функция состояния, что означает, что изменение энтропии процесса можно вычислить, найдя разницу между конечным состоянием и начальным состоянием, независимо от выбранного пути.
Энтропия системы может быть выражена уравнением Больцмана, в котором S равно постоянной Больцмана k, умноженной на натуральный логарифм числа микросостояний W.Микросостояния это различные энергетически эквивалентные конфигурации, которые возможны для атомов и молекул в данной системе. Рассмотрим систему, содержащую два атома с двумя единицами энергии. Эта энергия может быть распределена между двумя атомами тремя различными способами:обе единицы с первым атомом, обе единицы энергии со вторым атомом или одна единица с каждым атомом.
Таким образом, эта система имеет три потенциальных микросостояния, все из которых энергетически эквивалентны. Отсюда следует, что энтропия увеличивается пропорционально количеству атомов в молекуле и ее молекулярной массе. Например, при стандартных условиях 25 градусх Цельсия и 1 атмосфере энтропия 1 моля серной кислоты больше энтропии 1 моля воды.
Кроме того, энтропия смеси больше, чем энтропия ее чистых компонентов, поскольку повышенная сложность приводит к большему количеству возможных микросостояний. Энтропия системы также увеличивается с температурой. По мере увеличения температуры увеличивается и кинетическая энергия, что приводит к увеличению числа возможных микросостояний.
Физическое состояние вещества является индикатором относительной энтропии вещества. Энтропия данного твердого вещества всегда меньше, чем у жидкой формы того же вещества, а энтропия жидкой формы всегда меньше энтропии газа. Молекулы в газе находятся далеко друг от друга и имеют гораздо больше возможных микросостояний по сравнению с молекулами в жидкости или в твердом теле.
С другой стороны, твердые тела гораздо более организованы с меньшим количеством микросостояний, что приводит к более низкой энтропии.
Частицы соли, растворенные в воде, никогда не возвращаются в раствор спонтанно, чтобы преобразоваться твердые частицы. Более того, газ, который расшир…
Авторские права © 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.