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種自發(fā)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(dǎo)的不可逆性,這兩種說法實際上是等價的(相關(guān)證明可參考《物理化學(xué)》或相關(guān)書籍)。熱力學(xué)第二定律為我們解決化學(xué)反應(yīng)的方向和限度問題奠定了基礎(chǔ)。 三、混亂度與熵 混亂度(disorder)是有序性、規(guī)整度的反義詞,它是指組成實驗室噴霧干燥機物質(zhì)的質(zhì)點在體系內(nèi)排列和運動的無序程度。簡單地說就是體系內(nèi)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! §兀ǎ澹睿簦颍铮穑┦侨藗兌x的一個熱力學(xué)參數(shù),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(xué)能、焓一樣,是體系的 第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)方向 ———熵增加與吉布斯自由能減小17 廣度性質(zhì),也是一種狀態(tài)函數(shù)。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(tài)和終態(tài)有關(guān),而與其所經(jīng)歷的途徑無關(guān),顯示出狀態(tài)函數(shù)的特性! 嶒灡砻鳎旙w系經(jīng)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(huán)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(zhì)的完美晶體而言,當熱力學(xué)溫度為0K時,熱運動應(yīng)完全停止,體系的混亂度最低。因為是純物質(zhì),理論上不含任何雜質(zhì)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(guī)整性,混亂度為零。而完美晶體則表示該純物質(zhì)的結(jié)構(gòu)為單晶,而且沒有任何晶體缺陷。因而在晶體結(jié)構(gòu)方面也具有最高的規(guī)整性,混亂度為零。再加上處于絕對零度,物質(zhì)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(xué)上將此狀態(tài)下的熵值規(guī)定為零,即“在熱力學(xué)溫度0K時,任何
純物質(zhì)的完美晶體的熵值為零”,這就是熱力學(xué)第三定律(thirdlawofthermodynamics)。記為: S=0(127) 0 應(yīng)該指出熱力學(xué)第三定律描述的是一種理想的極端狀態(tài)。在實際上人們只能無限地接近這一理想狀態(tài),而不能真正達到理論上所表述的這種狀態(tài)。第三定律的結(jié)論,實際是利用在相當接近于這一理想狀態(tài)的條件下得到的實驗結(jié)果,經(jīng)嚴格的外推求得的。熱力學(xué)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! ∪绻麑⒛臣兾镔|(zhì)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(zhì)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(tài)間的熵變,稱為該物質(zhì)的規(guī)定熵(conventionalentropy)。值得注意的是,規(guī)定熵S(T)實質(zhì)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(guī)定熵看作熵的絕對值是不合適的! ≡跇藴薁顟B(tài)下,1mol某物質(zhì)的規(guī)定熵稱為該物質(zhì)的標準摩爾規(guī)定熵(standard
molarconventionalentropy),簡稱標準摩爾熵(standardmolarentropy)或標準 18第一章 化學(xué)反應(yīng)的基本規(guī)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(zhì)在298.15K時的標準摩爾熵數(shù)據(jù)。應(yīng)該強調(diào),在298.15K時任何