Bài giảng Hóa lý - Chương 2: Chiều hướng và giới hạn của quá trình

Chöông 2

CHIEÀU HÖÔÙNG VAØ GIÔÙI HAÏN

CUÛA QUAÙ TRÌNH

I. Quaù trình thuaän nghòch vaø khoâng thuaän nghòch

II. Nguyeân lyù 2 cuûa nhieät ñoäng löïc hoïc

III.Ñònh ñeà Planck vaø entropy tuyeät ñoái

IV.Caùc haøm nhieät ñoäng ñaëc tröng vaø phöông trình cô

baûn

V. Ảnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán theá nhieät ñoäng

VI. Ảnh höôûng cuûa aùp suaát ñeán haøm G

VII.Theá hoaù hoïc vaø ñaïi löôïng mol rieâng phaàn

I. QUAÙ TRÌNH THUAÄN NGHÒCH & KHOÂNG

THUAÄN NGHÒCH

Quaù trình töï xaûy ra & Quaù trình khoâng töï xaûy ra

5/1/2022

607010 - Chương 2

2

Chieàu höôùng töï xaûy ra cuûa quaù trình :

- Naêng löôïng phaân boá ñeàu hôn

- Vaät chaáât phaân boá ñeàu hôn

➔HOÃN ÑOÄN HÔN

5/1/2022

607010 - Chương 2

3

Quaù trình caân baèng: laø quaù trình bao goàm moät daõy lieân

tuïc nhöõng traïng thaùi caân baèng.

Quaù trình thuaän nghòch (TN) laø quaù trình khi ñi töø

traïng thaùi (TT) cuoái trôû veà TT thaùi ñaàu, heä laïi traûi qua

ñuùng caùc TT trung gian nhö khi noù ñi töø TT ñaàu ñeán TT

cuoái vaø khoâng gaây ra moät bieán ñoåi naøo trong heä cuõng

nhö moâi tröôøng.

Quaù trình baát thuaän nghòch (BTN) laø quaù trình khoâng

coù ñaày ñuû caùc ñaëc tính treân.

5/1/2022

607010 - Chương 2

4

Phaûn öùng

töï xaûy ra

Truyeàn nhieät

T₁> T₂

Q

Chuyeån ñoäng

coù ma saùt

Chuyeån ñoäng

khoâng ma saùt

Khueách taùn

....

5/1/2022

607010 - Chương 2

5

Ñaëc ñieåm cuûa quaù trình TN:

Laø moät daõy lieân tuïc caùc trạng thaùi caân baèng noái tieáp

nhau (nghóa laø: quaù trình TN laø quaù trình caân baèng)

Coâng heä sinh cöïc ñaïi, coâng heä nhaän cöïc tieåu.

5/1/2022

607010 - Chương 2

6

Trong thöïc teá, caùc quaù trình gaàn vôùi TN cuõng

ñöôïc xem laø TN ñeå xaây döïng caùc heä thöùc nhieät ñoäng

löïc hoïc.

Caùc QUAÙ TRÌNH CHUYEÅN PHA xaûy ra ôû T vaø p

chuyeån pha

Caùc QUAÙ TRÌNH TAÊNG/GIAÛM NHIEÄT ÑOÄ voâ

cuøng chaäm baèng caùch cho tieáp xuùc laàn löôït vôùi caùc

nguoàn nhieät coù nhieät ñoä cheânh leäch khoâng ñaùng keå

…

Caùc PHAÛN ÖÙNG HOÙA HOÏC xaûy ra ôû ñieàu kieän raát

gaàn vôùi ñieàu kieän caân baèng

5/1/2022

607010 - Chương 2

7

II. NGUYEÂN LYÙ 2 CUÛA NHIEÄT

ÑOÄNG LÖÏC HOÏC

Nguyeân lyù 2 toång keát caùc kinh nghieäm veà chieàu

höôùng xaûy ra cuûa caùc quaù trình, seõ ñöôïc aùp duïng

vaøo hoùa hoïc ñeå XEÙT CHIEÀU VAØ GIÔÙI HAÏN CUÛA

QUAÙ TRÌNH.

Nguyeân lyù 1 toång keát caùc vaán ñeà veà NAÊNG

LÖÔÏNG trong quaù trình.

5/1/2022

607010 - Chương 2

8

1. Ñònh nghóa entropy:

Thoâng soá nhieät ñoäng hoïc ñaëc tröng cho ñoä hoãn ñoän laø

ENTROPY, S

Bieán thieân entropy S = Nhieät ruùt goïn cuûa quaù trình

thuaän nghòch:

Q_TN

S =

(2.1)

T

Q_TN

Quaù trình voâ cuøng nhoû:

dS =

T

^{ S =}^Q^TN

(2.2)

T

Ñôn vò: Cal/mol.K = ñôn vò entropy (kyù hieäu: ñv.e),

hay

J/ mol.K.

5/1/2022

607010 - Chương 2

9

So saùnh vôùi quaù trình baát kyø:

Q_TNQ

_BTN(vì A_TN= A_max> A_BTN)

dS = 

T T

Q

^{S }^Q

dS 

hay vieát goïn lai:

Trong ñoù:

hay

(2.3)

T

daáu “=“ öùng vôùi quaù trình thuaän nghòch

daáu “>“ öùng vôùi quaù trình baát thuaän nghòch

5/1/2022

607010 - Chương 2

10

2. Tieâu chuaån xeùt chieàu trong heä coâ laäp

Neáu heä coâ laäp töùc laø Q = 0, ta coù:

S  0 hay dS  0

(2.4)

➔ Neáu quaù trình laø thuaän nghòch:

dS = 0 hay S = const

➔ Neáu quaù trình laø baát thuaän nghòch:

dS > 0 hay S taêng

Quaù trình BTN trong chöøng möïc naøo ñoù ñeàu laø töï xaûy ra

vaø S taêng ñeán cöïc ñaïi

(hay dS = 0 vaø d²S < 0 ).

5/1/2022

607010 - Chương 2

11

Duøng S ñeå XEÙT CHIEÀU TRONG HEÄ COÂ LAÄP:

- Neáu dS > 0 (S taêng ):

Quaù trình töï xaûy ra

(baát thuaän nghòch)

- Neáu dS = 0 vaø d²S < 0 Quaù trình ñaït caân baèng

(S_max):

(thuaän nghòch)

Nguyeân lyù 2:

Caùc quaù trình töï xaûy ra trong heä coâ laäp luoân theo

chieàu höôùng laøm taêng entropy.

5/1/2022

607010 - Chương 2

12

Löu yù:

Tieâu chuaån xeùt chieàu treân ñöôïc aùp duïng vôùi heä coâ

laäp.

Ta coù theå duøng S thay cho dS ñeå xeùt chieàu cuûa quaù

trình.

Vôùi heä khoâng coâ laäp coù theå gheùp moâi tröôøng vaøo laäp

thaønh heä coâ laäp lôùn:

Q_heäï

T

(2.5)

S_coâlaäp= S_heä+ S_{moâitröôøng}= S_heä−

(Moâi tröôøng laø moät heä voâ cuøng lôùn luoân coù T =

const, C = , quaù trình ñoái vôùi noù luoân laø thuaän

5/1/2022

607010 - Chương 2

13

nghòch).

➔ Hệ coâ lập bao goàm:

hệ con & moâi trường xung quanh

5/1/2022

607010 - Chương 2

14

2 H₂(K) + O₂(K) ---> 2 H₂O(L)

∆S^o= -326.9 J/K

heä

∆S^o

= +1917 J/K

moâi tröôøng

∆S^o= +1590. J/K

coâ laäp

5/1/2022

607010 - Chương 2

15

3. Tính chaát thoáng keâ cuûa entropy:

S laø haøm traïng thaùi, coù tính chaát coäng tính:

S = S₁+ S₂+ … + S_n=  S_i

S laø haøm cuûa xaùc suaát nhieät ñoäng W: S = f(W)

Xaùc suaát nhieät ñoäng laø toång soá traïng thaùi vi moâ öùng vôùi

moãi traïng thaùi vó moâ cuûa heä.

Neáu heä goàm N tieåu phaân ñöôïc phaân boá ôû n möùc naêng

löôïng khaùc nhau thì:

N!

W=

=

n

(W thöôøng raát lôùn (W >> 1).

N₁!N₂!...N_n!

N



i

i=1

5/1/2022

607010 - Chương 2

16

Neáu heä goàm n heä nhoû, thì xaùc suaát nhieät ñoäng cuûa toaøn

heä laø tích cuûa caùc W_i:

n

W=W .W .W ...W = W

n



1

2

3

n

i

i=1

W



i

n

i=1

 

ÞS = S = f(W ) hay S = f W = f(W )

 



_ _

i

i=1

 

Haøm coù tính chaát nhö treân phaûi laø haøm logarit.

 Ta ñöôïc heä thöùc Boltzmann: S = k lnW

(k = R/No: haèng soá Boltzmann - No : soá Avogadro)

W₂

S = S₂− S₁= k ln

 Bieán thieân entropy:

W

1

5/1/2022

607010 - Chương 2

17

YÙ nghóa thoáng keâ cuûa nguyeân lyù 2:

Xaùc suaát nhieät ñoäng laø ñaïi löôïng ñaëc tröng cho ñoä

hoãn ñoän, neân S ñöôïc duøng laøm thöôùc ño ñoä hoãn ñoän

cuûa heä.

 Moät quaù trình seõ töï xaûy ra theo chieàu :

Töø traät töï ñeán hoãn ñoän.

Töø khoâng ñoàng nhaát ñeán ñoàng nhaát.

Töø XS nhieät ñoäng nhoû ñeán XS nhieät ñoäng lôùn.

Töø entropy nhoû ñeán entropy lôùn.

5/1/2022

607010 - Chương 2

18

5/1/2022

607010 - Chương 2

19

5/1/2022

607010 - Chương 2

20