Номер 3, страница 134 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 4. Закономерности протекания химических реакций и физико-химических процессов. Параграф 19. Направление протекания химических реакций. Понятие об энтропии - номер 3, страница 134.

Условие.

3. Сформулируйте третье начало термодинамики. Возможно ли рассчитать абсолютное значение энтропии вещества в заданных условиях?

Решение.

Решение 2.

Сформулируйте третье начало термодинамики

Третье начало термодинамики, также известное как тепловая теорема Нернста, утверждает, что энтропия $\text{S}$ любого идеального (совершенного) кристалла при температуре абсолютного нуля ($T = 0$ K) равна нулю.

Математически это можно записать как: $$ \lim_{T \to 0} S(T) = 0 $$ Это означает, что при приближении к абсолютному нулю тепловое движение частиц в кристаллической решётке затухает, и система стремится к своему единственному основному состоянию с минимально возможной энергией. Поскольку энтропия является мерой неупорядоченности системы (или числа доступных микросостояний), в этом единственном, полностью упорядоченном состоянии она равна нулю. Из этого начала также следует принцип недостижимости абсолютного нуля температуры за конечное число шагов.

Возможно ли рассчитать абсолютное значение энтропии вещества в заданных условиях?

Да, это возможно. Именно третье начало термодинамики предоставляет фундаментальную основу для таких расчетов, поскольку оно устанавливает абсолютную, естественную точку отсчета для энтропии.

Абсолютное значение энтропии вещества при определенной температуре $\text{T}$ и давлении $\text{P}$ (часто берутся стандартные условия) рассчитывается путем суммирования всех приращений энтропии при нагревании вещества от абсолютного нуля до заданной температуры $\text{T}$. Расчет включает интегрирование зависимости теплоемкости от температуры и учет изменений энтропии во время фазовых переходов (плавление, кипение и т.д.).

Для вещества, которое нагревается от 0 К и проходит через твердую, жидкую и газообразную фазы до конечной температуры $\text{T}$, формула для расчета абсолютной стандартной энтропии $S_T^0$ выглядит следующим образом: $$ S_T^0 = \int_{0}^{T_{пл}} \frac{C_{p(тв)}}{T'} dT' + \frac{\Delta H_{пл}}{T_{пл}} + \int_{T_{пл}}^{T_{кип}} \frac{C_{p(ж)}}{T'} dT' + \frac{\Delta H_{кип}}{T_{кип}} + \int_{T_{кип}}^{T} \frac{C_{p(г)}}{T'} dT' $$ где:
$C_{p(тв)}$, $C_{p(ж)}$, $C_{p(г)}$ – молярные теплоемкости вещества в твердой, жидкой и газообразной фазах;
$T_{пл}$ и $T_{кип}$ – температуры плавления и кипения;
$\Delta H_{пл}$ и $\Delta H_{кип}$ – энтальпии (теплоты) плавления и кипения.

Таким образом, имея экспериментальные калориметрические данные, можно с высокой точностью рассчитать абсолютное значение энтропии для любого вещества при заданных условиях.

Ответ: Третье начало термодинамики гласит, что энтропия совершенного кристалла при абсолютном нуле температуры равна нулю. Да, на основе этого начала возможно рассчитать абсолютное значение энтропии вещества для заданных условий, используя калориметрические данные о теплоемкости вещества и теплотах фазовых переходов.