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焓和熵之间的差异
  • 时间:2025-04-05

Introduction

热力学是一项建立热量和功之间关系的研究。为了更好地理解它,必须深入挖掘熵和焓这两个术语的概念。本文将有序地讨论熵和焓的基本定义以及它们之间的区别。简单地说,熵是随机性的度量;另一方面,焓表示系统的总热量。

What is Entropy?

熵是一种可测量的物理性质,表示系统的无序程度。任何一种物质或介质——流体或固体,都是由分子组成的。分子越是无序和随机,熵就越大。因此,热量中可以转化为功的部分不会太多。这样,我们可以说熵是热量的函数。最初,这个概念是用“热势”这个名字创造的。后来,克劳修斯在他关于热力学第二定律的陈述中,将其定义为可逆过程中热量的微小变化与瞬时温度的比值。

$$mathrm{ΔS=frac{ΔQ}{T}}$$

如果分子的随机性较小,熵的变化也会较小。因此,固体通常比流体具有更小的熵。系统的熵,加上周围的熵,总是在增加。这意味着宇宙的熵总是在增加。

Examples

在我们周围可以看到熵变化的各种例子。在日常生活中,我们看到的证据表明,宇宙总是倾向于熵增加的方向,即随机性。日常生活中的一些例子可以列出如下-

    渗透−当我们在一个封闭的平静房间里点燃一根香时,产生的烟雾总是会散开。随着分子获得随机性和无序性,它会自行扩展。这是熵增加的一个例子。我们永远不会看到烟雾在一个单独的地方沉淀和集中。

    溶解也会导致熵的增加。固体实际上处于一种非常有序的状态,一旦溶解,就会进入一种更加无序的状态。当系统的随机性增加时,将糖溶解在水中会增加系统的能量,因此熵也会增加。

    篝火也是熵的一个例子。燃料通常是实木、纸张或稻草,燃烧后会变成杂乱无章的灰烬。此外,还会释放烟雾和二氧化碳等各种气体。原子以膨胀的形式展开,无序度越来越大,因此据说熵增加了。

    从一种状态到另一种状态的相变过程也带来了熵的变化。固态冰块在融化过程中比水具有更大的有序性,因此熵也更大。宇宙本身永远不会推动冻结的过程,即熵的减少。

What is Enthalpy?

焓是热力学系统的性质,它表示系统中的总热变化。根据热力学第一定律,它是内能与压力和体积的乘积之和。了解化学反应中焓的变化是非常重要的。由于内能中存在一些未知参数,我们无法直接测量系统的总焓。相反,我们测量焓的变化,以便更好地理解这个过程。从数学上讲,它可以表示为

$$mathrm{H=U+PV}$$

这里,U是内能,P是压力,V是系统的体积。此外,测量焓的变化也有助于我们弄清楚反应是吸热(吸收热量)还是放热(释放热量)。另一个需要注意的重要事项是,反应步骤的顺序或反应步骤的数量不会影响反应的焓变值。

Examples

焓在现实生活中有很多应用和例子。其中一些可以列出如下-

    食品品牌和行业通过打破体内葡萄糖的结合来计算食物释放的能量,从而检查出售的食物中的卡路里数量。

    汽车行业也会检查发动机消耗了多少能量来消耗一定量的燃料。简单地说,他们利用焓和能量变化为汽车做出高效的能源选择并节省资金。

    冰箱压缩机也应用焓值。压缩机中的制冷剂化学物质被蒸发,因此,热量在吸热反应中被吸收。

Relation between Entropy and Enthalpy

在上面讨论的定义的帮助下,术语熵和焓的变化可以关联如下

当焓的变化为负时:$mathrm{Delta}$H=-ve,我们说热量被给予周围环境,即放热反应。它是一个稳定的系统,因此是自发的。这意味着周围环境的熵也会增加。

然而,当焓的变化为正时:$mathrm{Delta}$H=+ve,我们说热量是从周围添加到系统中的,即吸热反应。这意味着周围环境的熵减少了。

为了将反应的自发性与H和S完美地联系起来,使用了以下关系式

$$mathrm{ΔG=ΔH-TDelta S}$$

This equation is known as the Gibbs Helmholtz equation. In this equation, $mathrm{Delta}$G is the change in free energy. For any spontaneous reaction to happen, $mathrm{Delta}$G is always negative.

Difference between Entropy and Enthalpy

Sr. No. Entropy Enthalpy
1 It is a thermodynamic measurable property It is a kind of energy
2 It is the measure of randomness It is the measure of the total heat content of the system
3 A system always favours the maximum value of entropy A system always favors the minimum value of enthalpy
4 Its unit is $mathrm{JK^{1}}$ Its unit is J$mathrm{mol^{1}}$
5 It is denoted by symbol S It is denoted by symbol H

Conclusion

焓和熵是热力学中的重要术语,在检查反应的有利性和自发性时,它们密切相关。还可以看到许多差异,而焓是热含量的衡量标准,熵是系统的随机性程度。

FAQs

问题1.什么是赫斯定律

根据Hess恒定热量求和定律的说法,无论一个反应有多少步,或者这些步骤的顺序是什么,反应的总焓变都是每个步骤单独计算的所有焓变的总和。

Q2.影响反应焓变化值的两个主要因素是什么

答:反应物的温度和物质的相。物质的不同相会产生具有特定化学配方的反应物,在经历相变过程后,该反应物不一定以相同的方式传递热量。

Q3.为什么宇宙的熵在增加

答:在每一刻,大自然都在扩张,它的能量也在增加。熵是能量和随机性增加的度量,能量每时每刻都在膨胀和扩散。因此,自然是自发的,宇宙的熵也在增加。

Q4.什么是绝对熵

绝对熵是指当系统从绝对零度温度上升到某个更高的温度值时,熵的变化。

问题5.你如何知道一个反应是否有利

答:当$mathrm{Delta S}$为正时,即熵增加,这意味着系统变得更加无序,这是发生反应的有利条件。但是,当反应的$mathrm{Delta S}$为负时,熵会降低,这不是反应发生的自然有利条件。