在普通化学、物理化学和热力学课程中,你会遇到标准摩尔熵,所以理解熵是什么以及它的含义很重要。以下是关于标准摩尔熵的基础知识,以及如何使用它来预测化学反应。
熵是粒子运动的随机性、混沌性或自由度的度量。大写字母S用来表示熵。然而,你不会看到简单的“熵”的计算,因为这个概念是相当无用的,除非你把它放在一种可以用来进行比较的形式,以计算熵或ΔS的变化。熵值作为标准摩尔熵给出,它是一摩尔物质在标准状态下的熵。标准摩尔熵用符号S表示,通常单位为焦耳/摩尔开尔文(J/mol·K)。
热力学第二定律指出,孤立系统的熵会增加,所以你可能认为熵会一直增加,熵随时间的变化总是正值。
事实证明,有时系统的熵会减小。这是否违反了第二定律?不,因为法律指的是一个孤立的系统。当你在实验室环境中计算熵变时,你决定使用一个系统,但系统外的环境已经准备好补偿你可能看到的熵变化。虽然宇宙作为一个整体(如果你认为它是一种孤立的系统),可能会随着时间的推移经历熵的总体增加,系统的小口袋可以并且确实经历负熵。例如,你可以清理你的桌子,从混乱走向有序。化学反应也可以从随机性转变为有序性。一般来说:
Sgas>;Ssoln>;Sliq>;苏利德
所以,物质状态的变化可以导致正熵变或负熵变。
在化学和物理学中,你经常被要求预测一个动作或反应会导致熵的正变化还是负变化。熵的变化是最终熵和初始熵之间的差值:
ΔS=Sf-Si
在以下情况下,可以预期正ΔS或熵增加:
负ΔS或熵减少通常发生在以下情况:
使用指南,有时很容易预测化学反应的熵变化是正的还是负的。例如,当食盐(氯化钠)由其离子形成时:
Na+(aq)+Cl-(aq)→ 氯化钠(s)
固体盐的熵低于水离子的熵,因此反应产生负ΔS。
有时你可以通过检查化学方程式来预测熵的变化是正的还是负的。例如,在一氧化碳与水反应生成二氧化碳和氢气的过程中:
CO(g)+H2O(g)→ CO2(g)+H2(g)
反应物的摩尔数与产物的摩尔数相同,所有的化学物质都是气体,分子的复杂性似乎相当。在这种情况下,你需要查找每种化学物质的标准摩尔熵值,并计算熵的变化。
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