当前课程知识点：大学化学 > 第七章 化学反应的方向 > 7.2 熵与热力学第二定律—熵 > Video
同学们好
下边我们继续
关于自发反应
方向判据的学习
在上一节当中
跟大家一起讨论了
自发过程和自发反应的
判据的发展的历史
从最初人们以为
放热是自发反应的
一个唯一的判据
这样一个基础出发
发展到人们通过
无数的反例证实了
放热与吸热
不是我们自发反应的
唯一确定的判据
而对于孤立系统而言
体系的混乱度的增加
才是我们判断
自发反应进行的方向的
重要的基础
而这一节
我们将继续延续
这样的思路
去讨论熵
与热力学的第二定律
在十九世纪末
德国物理学家
克劳修斯
首先提出了
关于熵和系统混乱度
之间的关系
克劳修斯指出
一切自发过程
都具有单向性
而且
在孤立的体系当中
自发过程呢总是向着
使体系混乱度
达到最大的方向进行
混乱度达到最大
我们通过刚才的
气体扩散的例子
已经可以理解
这是达到平衡的
这样一个过程
平衡时体系的混乱度
会达到最大
而通过这样的研究思路
在十九世纪后期
人们越来越明晰了
关于自发反应的
它的判断依据的
体系的建立
在这当中
经过多年的研究
克劳修斯通过解释
气体膨胀做功时
恒温过程当中的
热量的变化
与温度之间的
比值的关系
确定了一个新的
物理参量
把它定为熵变
简写为ΔS
如果用数学方式来表达的话
也就是说
我们的恒温条件下
气体在进行
恒温可逆膨胀做功的时候
我们的整个体系当中的
热量变化
与温度之间的比值
就定义了一个新的
热力学的物理参量
这样一个物理参量
可以帮人们去判断
自发反应进行的方向
与体系内
混乱度的变化的一致性
或相互的联系
到了十九世纪七十年代
奥地利物理学家
波尔兹曼
又以理想气体模型为基础
为大家设立了熵
针对体系状态
和体系混乱度的
统计物理模型
这个模型可以形象的
用这样一个式子来表达
在这个式子当中
W为系统内
所有的微观状态的总数
而k呢
就是我们熟知的
波尔兹曼常数
所谓系统的状态的总和
那么系统
包括哪些状态呢
从前边我们介绍内能的时候
同学们已经了解了
在一个体系当中
体系的分子
会有相应的
平动、转动、振动和
相互之间的静电作用
但是不管它处在
怎么样一种运动状态
只要系统的状态
一旦确定了
我们的状态数的总和
也就相应确定了
这样就为我们确立
理想气体的熵
提供了最直接的
数学判断的依据
波尔兹曼提出来的
有关熵与微观状态之间的
数学关系
被用于后续
人们从理论上解析
体系的混乱度
与熵之间的数学模型
奠定了
重要的物理基础
因此
在波尔兹曼的墓碑上
人们为了纪念这位伟大的
奥地利物理学家
就把波尔兹曼关于熵的
这样一个方程
刻在了他的墓碑的
最显眼的地方
也帮助我们
进一步的记住了
这位统计物理学家
对于热力学发展的
重要贡献
熵是热力学当中
描述系统混乱度的
一个状态函数
当状态改变时
我们了解的
这样一个过程当中的熵变
就与我们判断
体系的混乱度的变化
密切相关
如果
我们体系的混乱度越大
这时候
体系的熵值呢 就会越大
而体系的混乱度越小的时候呢
熵值也会越小
从熵的大小
与物质的聚集状态上
我们可以进一步的观察
熵的变化规律
比如说
我们以气、液、固
这三种相之间的相变过程
来分析物质的聚集状态
与熵的变化规律
我们就不难发现
同样物质的量的
这样的气态的物质
它的熵值呢
要高于同样物质量的
液态物质的熵值
原因是
气态分子的运动
更加的活跃
气态分子具有的平均能量
比液态分子更高
它们彼此之间的距离更远
它们的运动状态呢
更为多样化
而相对于液相和固相而言
这时候
我们就不难理解
相同量的
液相的物质的熵值
要比固相的
熵值要来得高
原因
也和气相与液相的关系
相类似
液相分子的运动不受拘束
彼此的作用力呢 较弱
因此它的微观状态数
就会比
相同物质量的固态
被约束在晶格周围
只能在有限的范围内
进行热运动的
固态分子来讲
要来得更多
因此它的熵值呢也会比
相同物质量的
固态的熵值
要来得高
这就是聚集状态
与熵之间的
一个典型的关系
同时呢 同类物质的熵值
为随着温度的升高
而变大
怎么去理解这样的关系呢
我们还是从
混乱度上来理解
刚才我们在气、液、固的
变化过程当中
得到了
气相的熵要大于液相的熵
要大于固相的熵
而对于同类物质来讲
我们可以发现
随着温度的升高
分子的热运动会加剧
体系内微观状态数
也会增加
因此
它的熵值呢 也会相应的增加
而且
我们还可以注意到
另外一个规律
也就是说
在我们的这样的一个纵向的
相比较当中
我们看看
同样的烷烃结构
随着分子量的增加
在相同的温度下
它们的这样一个熵值
也会增加
这个原因在哪里呢
实际上
同类物质的摩尔质量越大
它的熵值也会越大
原因是什么呢
同学们可以从
我们的分子结构与
摩尔质量之间的关系当中
去探寻它们之间的联系
首先
对于同类物质来讲
摩尔质量越大
就意味着
这当中的原子数
和电子数就会越多
而原子数和电子数呢
又直接与我们刚才介绍的
波尔兹曼方程当中的
微观状态数直接相关
参与的单元越多
微观状态的数目
也就会越多
因此
同类物质的摩尔质量越大呢
熵值往往也就会越大
当发生溶解的时候
如果气相溶解在液相当中
这时候
气相分子彼此之间的距离
变小了
它们和液相分子的相互作用呢
使彼此之间的距离
变近了
由原来的无规则的热运动呢
变成了局限在
一定范围内的热运动
这时候
体系的混乱度
会相应的减小
熵值呢 也会相应的减小
相比之下
如果
固相溶解在液相当中的时候
它的熵值的变化的趋势
恰恰与气相溶解的时候
正好是处在一个相反的
这样一个趋势上
什么原因呢
对比刚才气相分子
它们的距离被拉近
熵值所减小
这样一个原因
在固相
溶解到液相当中的时候
由于固相分子
本身的有序度
是比较高的
而且它只能局限在
相应的晶格的
这样一个周期结构当中
当它与溶剂相结合
形成溶液以后
分子会从
固相的晶格当中脱出
而变成了随着溶剂结构的
无序结构
这时候不仅仅
分子之间的距离
会被拉大
而且分子之间的作用呢
也会减弱
相对于原本有固定周期和
固定对称结构的
固相来讲
这时候固相体系的分子
它们的熵值
却是反而增加的
在了解了物质的熵的
变化规律以后呢
我们还要和了解物质的
标准摩尔焓一样
我们需要学习
物质的标准摩尔熵
所谓标准摩尔熵
和我们前边研究
一定量的
物质的焓变的过程
非常相似
我们把一定物质量的
物质所含有的熵值呢
同样
规定在一定温度和
标准状态下
一定量的物质
所含有的熵值呢
我们称为标准摩尔熵
这当中同学们注意
标准状态只是规定了
体系的环境压力
是100kPa
而相应的标准状态下
并没有确定
我们标准摩尔熵的
测定的温度
但是大多数情况下呢
为了方便
热力学参数的计量
我们选择的测量温度呢
是298.15K
而298.15K呢 是IUPAC规定的
热力学的参考温度
所以从这里的两个层次上
同学们就可以
抓住它的本质
也就是热力学的标准态
并不包含特定的温度
我们在所有的
热力学用表当中
所发现的那样一个298.15K
只是我们测量的一个
参考温度
通过对于标准摩尔熵的学习
同学们应该更加强化
对于热力学标准态的理解
对于标准摩尔熵来讲
我们有和焓相类似的
标准摩尔熵的符号
这当中圆圆的圈中间的一横
同样要念成标准
而标准摩尔熵的量纲呢
由于增加了
单位物质的量
所以它的量纲
被定义为J·mol-1·K-1
了解了标准摩尔熵的定义
就会帮助我们去计算
在不同物质量当中
熵的大小
比如说
我们从标准摩尔熵当中
可以计算
1mol的液态水
它所含的熵值的高低
如果液态水的量
恰恰是1mol的话
我们通过液态水的
标准摩尔熵
与摩尔数之间的乘积
就可以得出来
它的熵值呢 是69.96J·K-1
同样
如果是2mol的液态水呢
毫无疑问的
这时候把2代入到
这样一个式子当中
我们可以得到
它是139.92J·K-1
所以
物质的熵值的大小
是与物质的标准摩尔熵
和物质的摩尔数
也就是物质的量
直接相关的
了解了刚才这样的例子呢
就帮助同学们在日后
计算熵值的大小的时候
一定要注意观察到
相应的物质的摩尔数
和在这个状态下
物质的标准的摩尔熵
-1.1 不一样的大学化学
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-1.2 化学体系的建立
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-1.3 应该了解的化学
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-1.4 课程学习的必要准备
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-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
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-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
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-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
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-2.1 物质的聚集状态—液体
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-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
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-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
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-2.1 物质的聚集状态—等离子体
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-2.1 物质的聚集状态—液晶
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-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
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-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
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-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
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-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
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-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
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-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
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-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
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-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
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-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
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-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
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-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
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-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
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-4.1 离子键理论—离子键价键构型
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-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
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-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
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-4.2 共价键理论—现代价键理论
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-4.2 共价键理论—共价键的性质
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
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-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
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-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
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-4.6 分子间作用力-分子的极性
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-4.6 分子间作用力-分子间作用力
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-4.7 氢键
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-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
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-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
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-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
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-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
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-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
