Химия — СЗГМУ, Лечебное дело
Энтропия () — термодинамическая функция состояния, характеризующая меру неупорядоченности (хаотичности) системы. В классической термодинамике изменение энтропии для обратимого процесса определяется как отношение теплоты, поглощённой системой, к температуре, при которой происходит теплообмен:
где:
Функция состояния означает, что её значение зависит только от параметров системы в данном состоянии (давление, температура, объём, состав) и не зависит от пути, которым система пришла в это состояние. Полный дифференциал энтропии является точным дифференциалом, поэтому интеграл не зависит от пути перехода между состояниями 1 и 2.
В статистической термодинамике энтропия связана с числом микросостояний (), реализующих данное макросостояние, уравнением Больцмана:
где — постоянная Больцмана. Эта формула наглядно показывает, что энтропия растёт при увеличении числа возможных микроскопических конфигураций системы.
С ростом температуры усиливается тепловое движение частиц, возрастает число доступных микросостояний. Для расчёта изменения энтропии при нагревании от до при постоянном давлении используют формулу:
где — изобарная теплоёмкость системы. Если считать постоянной в узком интервале температур, то .
Энтропия возрастает в ряду: твёрдое тело жидкость газ. Фазовые переходы первого рода (плавление, испарение, возгонка) сопровождаются скачкообразным увеличением энтропии, которое вычисляется по теплоте перехода:
где и — молярные энтальпии плавления и испарения соответственно.
Энтропия — экстенсивная величина, поэтому для однородной системы она прямо пропорциональна числу молей : ( — молярная энтропия). При изотермическом расширении идеального газа энтропия увеличивается:
где — универсальная газовая постоянная, и — начальный и конечный объёмы.
Для веществ в одинаковом фазовом состоянии:
Изменение энтропии в ходе реакции рассчитывают как разность стандартных молярных энтропий продуктов и реагентов с учётом стехиометрических коэффициентов ():
Реакции, при которых увеличивается количество молей газообразных веществ, обычно сопровождаются ростом энтропии (например, термическое разложение карбонатов). Обратные процессы (конденсация, полимеризация) уменьшают энтропию.
В изолированной системе (не обменивающейся с окружающей средой ни энергией, ни веществом) суммарная энтропия при любых самопроизвольных процессах возрастает, а при обратимых процессах остаётся неизменной. Математически это записывается как:
Второй закон термодинамики определяет принципиальную возможность или невозможность самопроизвольного протекания химических реакций и физико-химических процессов в условиях отсутствия обмена с внешней средой. При этом в неизолированных системах (открытых или закрытых) энтропия может уменьшаться за счёт обмена энергией или веществом, но полная энтропия системы и окружающей среды всегда возрастает (вселенная — изолированная система).