Формула Больцмана для энтропии как термодинамической вероятности состояния системы.

Энтропия (S) – это количественная мера степени неупорядоченности системы.

Зависит от температуры. Чем выше температура, тем выше степень неупорядоченности.

Молекулярную природу энтропии раскрыл австрийский физик Людвиг Больцман (1844-1906). Связь энтропии с молекулярным хаосом он описал формулой S=k*lnW, где W – термодинамическая вероятность, k – постоянная величина, называемая константой Больцмана, которая связана с газовой постоянной соотношением k=R/N_A (N_A – постоянная Авогадро) и равна 1.38*10^-23 Дж/К

Энтропия скачкообразно изменяется при фазовых переходах вещества. Она повышается при плавлении, так как разрушается упорядоченная кристаллическая решетка, и ,особенно, при испарении, поскольку резко возрастает объем, доступный для хаотичного движения молекул. Процессы же кристаллизации и конденсации вещества, наоборот, приводят к уменьшению энтропии. Снижается она, хотя и не так резко, и при охлаждении газов, жидкостей, твердых тел. В идеально правильном кристалле при температуре абсолютного нуля (-273⁰С) энтропия равна нулю.

Прибора, который показывал бы величину энтропии, не существует. В то же время энтропию или ее изменение можно рассчитать. Например, увеличение энтропии вещества ΔS, вызванное добавлением количества теплоты ΔQ при температуре T, определяется по формуле: ΔS=ΔQ/T. Единицей измерения энтропии является Дж/К или Дж/(моль*К)

Критерий самопроизвольности процесса устанавливается вторым законом термодинамики. Он имеет несколько формулировок, равнозначность которых не всегда очевидна на первый взгляд. Впервые второй закон термодинамики был сформулирован в 1850 году Клазиусом: Тепло не может переходить самопроизвольно от менее нагретого тела к более горячему.

3. Напишите вариант реакции какого-нибудь металла-лантаноида или его окисла с водой. Определение амфотерности.

Лантаноиды – это 14 элементов, следующих за лантаном, у которых к электронной конфигурации лантана последовательно добавляются 14 4f-электронов. В свободном состоянии лантаноиды – весьма активные металлы. (В рядунапряжений они находятся значительно левее водорода), электродные
потенциалы лантаноидов составляют около –2,4 В). Поэтому все лантаноиды
взаимодействуют с водой с выделением водорода:
2Э + 6Н2О = 2Э(ОН)3 + 3Н2

2Nd + 6Н2О = 2Nd (ОН)3 +3Н2 (Неодим)

Амфотерность (от греч. amphoteros - и тот и другой) – способность некоторых химических соединений, напр. гидроксидов, аминокислот, взависимости от условий проявлять либо основные, либо кислотные свойства. Напр., в присутствии кислот Al(OH)3 ведет себя как основание

2Pm + 6Н2О = 2Pm (ОН)3 +3Н2 (Прометий)

2 Gd + 6Н2О = 2Pm (ОН)3 +3Н2 (Гадолиний)

2 Ho + 6Н2О = 2Но (ОН)3 +3Н2 (Гольмий)

2 Er + 6Н2О = 2Er (ОН)3 +3Н2 (Эрбий)

|Неодим |Nd |4f46s2 |+3 |

|Прометий |Pm |4f56s2 |+3 |

|Гадолиний |Gd |4f75d16s2 |+3 |

|Гольмий |Ho |4f116s2 |+3 |
|Эрбий |Er |4f126s2 |+3 |

Билет № 12

1. Что такое энергетический уровень и в каком порядке происходит их заполнение в атомах (принцип Паули, правила Гунда и Клечковского)?

Энергетический уровень - состояние электрона, характеризующееся различными значениями l -(орбитальное квантовое число).

S(орбитальное к.ч. 0) - Орбиталь максимально на ней находится 2 элек­трона

Р(орбитальное к.ч. ]) - Орбиталь максимально на ней находится 6 электронов

D( орбитальное к.ч. 2) - Орбиталь максимально на ней находится 10

электронов

F(орбитальное к.ч. 3) - Орбиталь максимально на ней находится 14 электронов

1 n 28, 2р|35,Зр|-Ч Зс1, 4р|5ь, 4с1, 5р|б8,4Г, 5с!, 6р|7я, 5Г, 6(1, 7р

Принцип Паули. В атоме не может быть двух электронов, у которых значения всех квантовых чисел (n, l, m, s) были бы одинаковы, т.е. на каждой орбитали может находиться не более двух электронов (c противоположными спинами).

Правило Клечковского (принцип наименьшей энергии). В основном состоянии каждый электрон располагается так, чтобы его энергия была минимальной. Чем меньше сумма (n + l), тем меньше энергия орбитали. При заданном значении (n + l) наименьшую энергию имеет орбиталь с меньшим n. Энергия орбиталей возрастает в ряду:

1S < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 5d » 4f < 6p < 7s.

Правило Хунда. Атом в основном состоянии должен иметь максимально возможное число неспаренных электронов в пределах определенного подуровня.