NGUYÊN lý II của NHIỆT ĐỘNG học

BÀI
BÀI
NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG HỌC
NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG HỌC

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


NHIỆT ĐỘNG HỌC (NĐH):
NHIỆT ĐỘNG HỌC (NĐH):
-
-
NĐH là khoa học nghiên cứu các qui luật điều khiển sự trao đổi năng lượng.
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.
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 NĐH
:
:
Nguyên lý I phát biểu sự bảo toàn năng lượng:
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
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.
nhiệt hấp thu từ môi trường ngoài.
Như vậy có thể nói quá trình tự diễn biến theo nguyên lý I khi
Như vậy có thể nói quá trình tự diễn biến theo nguyên lý I khi
∆H <0 (quá trình tỏa nhiệt)
∆H <0 (quá trình tỏa nhiệt)




NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG HỌC
NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG HỌC


1. Nguyên lý II nhiệt động học
1. Nguyên lý II nhiệt động học
2. Áp dụng nguyên lý II vào hóa
2. Áp dụng nguyên lý II vào hóa
học
học
3. Chiều và giới hạn của quá
3. Chiều và giới hạn của quá
trình hóa học

trình hóa học

1. Nguyên lý II nhiệt động 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
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
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
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:
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 ”
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:
Nguyên lý II dựa trên biến đổi Entropy (S) để xác định chiều biến đổi xảy ra tự nhiên:
Biểu thức toán học:
Biểu thức toán học:
∆
∆
S
S
≥
≥
Dấu = áp dụng cho quá trình thuận nghịch

Dấu = áp dụng cho quá trình thuận nghịch
Dấu > áp dụng cho quá trình bất 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. Áp dụng nguyên lý II vào hóa học
2.1. Entropy (S):
2.1. Entropy (S):


2.2. Dự đoán chiều hướng của phản ứng.
2.2. Dự đoán chiều hướng của phản ứng.
2.3. Trong phản ứng hóa học
2.3. Trong phản ứng hóa học

2.1. Entropy (S):
2.1. Entropy (S):


là thứơc đo mức độ hỗn loạn của trạng thái của hệ.
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
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).
trạng thái vi mô nghiên cứu. Đại lượng này gọi là entropy (S).
S= klnW =
S= klnW =
K: hằng số Boltman, k = 1,38.10
K: hằng số Boltman, k = 1,38.10
-33
-33
R: hằng số khí
R: hằng số khí
N: số Avogadro
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: 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.
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
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
hướng chuyển hệ đến trạng thái có năng lượng nhỏ nhất và khuynh hướng đạt đến trạng thái có xác suất lớn
nhất.
nhất.
Ví dụ: phản ứng N
Ví dụ: phản ứng N
2

2
+ 3H
+ 3H
2
2




2NH
2NH
3
3
;
;
∆H = -10,5 kcal
∆H = -10,5 kcal
Phản ứng diễn ra theo chiều thuận tạo thành NH
Phản ứng diễn ra theo chiều thuận tạo thành NH
3
3
ứng với mức năng lượng nhỏ nhất của hệ. Tuy nhiên trạng
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
thái xác suất lớn nhất lại theo chiều nghịch (làm tăng hai lần số phân tử


khí
khí
).

).





2.3. Trong phản ứng hóa học
2.3. Trong phản ứng hóa học
Xét phản ứng: A+B
Xét phản ứng: A+B


C+D
C+D
a. Trong phản ứng hóa học
a. Trong phản ứng hóa học
∆
∆
S = ∑S
S = ∑S
sản phẩm
sản phẩm
- ∑S
- ∑S
tác
tác


chất
chất

b. Trong quá trình giãn nở (nén) đẳng nhiệt (với khí lí tưởng )
b. Trong quá trình giãn nở (nén) đẳng nhiệt (với khí lí tưởng )
∑
∑
S = nRln = -nRln
S = nRln = -nRln
1
2V
V

1
2
P
P

3.
3.


Chiều và giới hạn của quá trình hóa
Chiều và giới hạn của quá trình hóa
học
học
3.1. Năng lượng tự do Gibb
3.1. Năng lượng tự do Gibb
3.2. Biểu thức toán học thế đẳng áp
3.2. Biểu thức toán học thế đẳng áp
3.3. Dự đoán chiều hướng của phản ứng
3.3. Dự đoán chiều hướng của phản ứng
3.4. Tính ∆G trong phản ứng

3.4. Tính ∆G trong phản ứng

3.1. Năng lượng tự do Gibbs (G)
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
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.
áp của hệ.
∆
∆
G = G
G = G
2
2
– G
– G
1
1
<0
<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
- 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.
đạt tới giá trị cực tiểu, khi đó quá trình này dừng lại.
∆
∆
G = 0
G = 0

3.2. Biểu thức toàn học thế đẳng áp

3.2. Biểu thức toàn học thế đẳng áp
.
.
Để quá trình tự xảy ra:
Để quá trình tự xảy ra:
∆G < 0
∆G < 0
Mặt khác, nếu dùng H và T.S để biểu thị khuynh hướng tư biến đổi của hệ, ta có:
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:
Phối hợp hai điều kiện lại:
∆H – T. ∆S <0
∆H – T. ∆S <0
Để đạt trạng thái cân bằng:
Để đạt trạng thái cân bằng:
∆G = 0
∆G = 0
(*)
(*)
∆
∆
H = T. ∆S
H = T. ∆S
Hay
Hay
∆H – T. ∆S = 0

∆H – T. ∆S = 0
(*’)
(*’)


=> ∆G = ∆H – T. ∆S
=> ∆G = ∆H – T. ∆S
Khi đó:
Khi đó:
G
G
2
2
– G
– G
1
1
= (H
= (H
2
2
– H
– H
1
1
) – (TS
) – (TS
2
2
– TS

– TS
1
1
)
)
Hay
Hay
G
G
2
2
– G
– G
1
1
= (H
= (H
2
2
– TS
– TS
2
2
) – (H
) – (H
1
1
– TS
– TS
1

1
)
)
G = H – T. S
G = H – T. S
Vậy biểu thức toán học:
Vậy biểu thức toán học:
Vậy tiêu chuẩn để quá trình tự xảy ra là:
Vậy tiêu chuẩn để quá trình tự xảy ra là:
∆G <0
∆G <0
Hay ∆H – T.∆S <0
Hay ∆H – T.∆S <0

3.3. Dự đoán chiều hướng diễn ra của phản ứng
3.3. Dự đoán chiều hướng diễn ra của phản ứng


Muốn cho quá trình tự xảy ra theo chiều thuận thì:
Muốn cho quá trình tự xảy ra theo chiều thuận thì:
∆G <0
∆G <0
Hay ∆H - T∆S <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 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 |
- 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
3.4. Tính ∆G trong phản ứng hóa học


∆
∆
G
G
pư
pư
= ∑∆G
= ∑∆G
sản
sản


phẩm
phẩm
- ∑∆G
- ∑∆G
tác
tác


chất
chất

Ví dụ 1: Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng :
Ví dụ 1: Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng :
C
C
2
2
H
H
4(k)
4(k)
+ H
+ H
2
2
→ C
→ C
2
2
H
H
6
6
: ở 298
: ở 298
o
o
K→ C
K→ C
2
2

H
H
6
6
Biết:
Biết:
C
C
2
2
H
H
4(k)
4(k)
C
C
2
2
H
H
6(k)
6(k)
∆
∆
H
H
o
o
298
298

(KJ/mol)
(KJ/mol)
+52.30
+52.30
-84,68
-84,68
Ví dụ 2:Tính ∆H, ∆S, ∆G của phản ứng:
Ví dụ 2:Tính ∆H, ∆S, ∆G của phản ứng:
ZnO
ZnO
(r)
(r)
+ CO
+ CO
(k)
(k)
→ Zn
→ Zn
(r)
(r)
+ CO
+ CO
2(K)
2(K)
; ở 298
; ở 298
0
0
K
K

Cho biết:
Cho biết:
ZnO
ZnO
(r)
(r)


CO
CO
(K)
(K)
Zn
Zn
(r)
(r)
CO
CO
2(K)
2(K)
∆
∆
H
H
O
O
298
298
(KJ/mol)
(KJ/mol)

-349
-349
-110,50
-110,50
0
0
-393,51
-393,51
SO
SO
298
298
(J/mol.độ)
(J/mol.độ)
43,5
43,5
197,4
197,4
41,6
41,6
213,6
213,6

CHÂN THÀNH CẢM ƠN
CHÂN THÀNH CẢM ƠN