NGUYÊN lý II của NHIỆT ĐỘNG học

SƠ LƯỢC VỀ NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG HỌC - NĐH là khoa học nghiên cứu các qui luật điều khiển sự trao đổi năng lượng..  Nguyên lý I NĐH:Nguyên lý I phát biểu sự bảo toàn

BÀI NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG HỌC

SƠ LƯỢC VỀ NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG HỌC

- NĐH là khoa học nghiên cứu các qui luật điều khiển sự trao đổi năng lượng.

- NĐH được xây dựng từ các nguyên lý NĐH, trong đó nghiên lý I và II là quan trọng nhất.

 Nguyên lý I NĐH:

Nguyên lý I phát biểu sự bảo toàn năng lượng:

Nếu một thống biến đổi theo một chu trình kín, công phóng thích ra môi trường ngoài bằng nhiệt hấp thu từ môi trường ngoài.

Như vậy có thể nói quá trình tự diễn biến theo nguyên lý I khi ∆H <0 (quá trình tỏa nhiệt)

NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG HỌC

1 Nguyên lý II nhiệt động học

2 Áp dụng nguyên lý II vào hóa học

3 Chiều và giới hạn của quá

trình hóa học

1 Nguyên lý II nhiệt động học

Thực nghiệm chứng tỏ tất cả mọi dạng năng lượng (cơ, điện, hóa học) có thể biến hoàn toàn thành nhiệt, còn nhiệt không thể biến hoàn toàn thành năng lượng cơ, điện, hóa học, … mà luôn còn lại một lượng không thể biến thành dạng năng lượng khác được.

Đó là nội dung nguyên lý II nhiệt động học Nguyên lý này còn có thể phát biểu một cách khác:

“ Nhiệt không thể tự ý truyền từ vật lạnh sang vật nóng ”

Nguyên lý II dựa trên biến đổi Entropy (S) để xác định chiều biến đổi xảy ra tự nhiên: Biểu thức toán học:

∆S ≥

Dấu = áp dụng cho quá trình thuận nghịch

Dấu > áp dụng cho quá trình bất thuận nghịch ∫2

1

T

T T dQ

2 Áp dụng nguyên lý II vào hóa học

2.1 Entropy (S):

2.2 Dự đoán chiều hướng của phản ứng.

2.3 Trong phản ứng hóa học

2.1 Entropy (S):

là thứơc đo mức độ hỗn loạn của trạng thái của hệ

Để đặt trưng cho trạng thái của hệ thuận lợi hơn, người ta dùng đại lượng tỷ lệ thuận với logarit của xác suất thực hiện trạng thái vi mô nghiên cứu Đại lượng này gọi là entropy (S).

S= klnW =

K: hằng số Boltman, k = 1,38.10 -33

R: hằng số khí

N: số Avogadro

W: Xác suất trạng thái của hệ (số trạng thái của các tiểu phân tạo nên trạng thái toàn hệ trong thời điểm đã chọn).

W N

R

ln

2.2 Dự đoán chiều hướng của phản ứng.

Chiều tự diễn biến của các phản ứng hóa học được xác định bằng sự tác động tổng hợp của hai yếu tố: khuynh hướng chuyển hệ đến trạng thái có năng lượng nhỏ nhất và khuynh hướng đạt đến trạng thái có xác suất lớn nhất.

Phản ứng diễn ra theo chiều thuận tạo thành NH3 ứng với mức năng lượng nhỏ nhất của hệ Tuy nhiên trạng thái xác suất lớn nhất lại theo chiều nghịch (làm tăng hai lần số phân tử khí)

2.3 Trong phản ứng hóa học

Xét phản ứng: A+B  C+D

a Trong phản ứng hóa học

∆S = ∑Ssản phẩm - ∑Stác chất

b Trong quá trình giãn nở (nén) đẳng nhiệt (với khí lí tưởng )

∑S = nRln = -nRln

1

2

V

2

P P

3 Chiều và giới hạn của quá trình hóa

học 3.1 Năng lượng tự do Gibb

3.2 Biểu thức toán học thế đẳng áp

3.3 Dự đoán chiều hướng của phản ứng

3.4 Tính ∆G trong phản ứng

3.1 Năng lượng tự do Gibbs (G)

Trong một hệ, quá trình có thể tự xảy ra mà không cần tiêu tốn công ngoài kèm theo sự giảm thế năng đẳng

áp của hệ.

∆G = G2 – G1 <0

- Nếu sau một quá trình biến đổi hệ đạt tới trạng thái ổn định (tức trạng thái cân bằng) thì thế đẳng áp của hệ đạt tới giá trị cực tiểu, khi đó quá trình này dừng lại.

∆G = 0

3.2 Biểu thức toàn học thế đẳng áp.

Mặt khác, nếu dùng H và T.S để biểu thị khuynh hướng tư biến đổi của hệ, ta có:

∆H <0; và T ∆S >0 H <0; và T ∆S >0

Phối hợp hai điều kiện lại: ∆H – T ∆S <0

∆H = T ∆S

=> ∆G = ∆H – T ∆S

Khi đó: G2 – G1 = (H2 – H1) – (TS2 – TS1)

G = H – T S

Vậy biểu thức toán học:

Vậy tiêu chuẩn để quá trình tự xảy ra là: ∆G <0

Hay ∆H – T.∆S <0

3.3 Dự đoán chiều hướng diễn ra của phản ứng

Muốn cho quá trình tự xảy ra theo chiều thuận thì: ∆G <0

Hay ∆H - T∆S <0

- Nếu quá trình có ∆H<0, ∆S>0 thì tất nhiên ∆G <0

- Nếu quá trình có ∆H<0, ∆S≈ 0 thì tất nhiên ∆G <0

- Nếu quá trình có ∆H <0, ∆S <0 muốn ∆G <0 thì điều kiện là |∆H |<|T.∆S |

3.4 Tính ∆G trong phản ứng hóa học

∆Gpư = ∑∆Gsản phẩm - ∑∆Gtác chất

Ví dụ 1: Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng :

C2H4(k) + H2 → C2H6: ở 298 o K→ C2H6 Biết:

Ví dụ 2:Tính ∆H, ∆S, ∆G của phản ứng:

ZnO(r) + CO(k) → Zn(r) + CO2(K) ; ở 298 0 K Cho biết:

CHÂN THÀNH CẢM ƠN