4.4.3、热力学第三定律和标准熵
1、热力学第三定律
任何纯净物质完整有序晶体在0K时的熵值为零。即:
(完整晶体,0K )=0
2、标准摩尔熵
纯物质在温度T时的ST称为该物质的规定熵。
在某温度(通常为298.15K)下,在标准压力下,1mol某纯物质B的规定熵又叫做B标准摩尔熵,用Sm。(B.相态T) 表示,单位:J•K-1•mol-1
所有物质在298 K 的标准摩尔熵均大于零。
Sm。(单质.298.15K)﹥0即单质的标准摩尔熵均不等于零。这一点与单质的标准摩尔生成焓等于零不相同,
热力学中规定Sm。(H .298。15K)=0,以此为基准计算出水溶液中其他离子的标准摩尔熵为相对值。但是,这并不影响化学反应熵变化的计算结果。
标准摩尔熵的一些规律:
(1)对于同一物质来说,熵与物质的聚集状态有关。同一种物质的气态熵值最大,液态次之,固态的熵值最小。 例如:S水蒸气>S液态水>S固体冰)
(2)有相似分子结构且相对分子质量又相似的物质,其Sm。相近。例如, ; 结构相似,相对分子质量不同的物质,Sm。随相对分子质量增大而增大。因此,在周期表中同族相同物态单质的 从上到下逐渐增大。又如,298.15K卤素的氢化物 , , , 的 依次增大,分别为 , , 和 ,。
(3)物质的相对分子质量相近时,分子结构复杂的其Sm。大。例如气态乙醇, ;气态二甲醇, 。二者的化学式相同,相对分子量相等,但二甲醚分子中C和H各原子以O为对称中心,乙醇分子中原子排布没有对称中心。
这些规律再一次表明了物质的标准摩尔熵与其微观结构是密切相关的。
4.4.4、化学反应熵变和热力学第二定律
1、化学反应熵变的计算
对于化学反应: ,根据状态函数的特征及其 定律,利用标准摩尔熵,可以计算298.15K时的标准摩尔熵变,
即: (298.15K) =
﹥0,有利于反应正向自发进行。
例题4-6。
以上过程的△S> 0,混乱程度增加,自发过程。
结论:气体分子数增加的反应,其熵值增大。
2、 热力学第二定律(熵增加原理)
在任何自发过程中,体系和环境的熵变化的总和是增加的。
>0 自发变化 (4-11b)
<0 非自发变化
=0 平衡状态
但温度低于0℃时,水会自动结冰 ,也即能够自发进行。因此,△ S 的大小和符号不能作为自发性判断的普遍依据。