*مینا*
6th November 2009, 11:19 AM
قانون دوم ترموديناميک
بسياری از متون قانون دوم را اين گونه تعريف می کنند:انتروپی جهان در طی يک فرآيند خود به خودی افزايش می يابد؟و سپس qrev/T يا انرژی آزاد =ΔG و ΔS را به شما می فهمانند.
فهم اين خيلی پيچيده است.هنگامی که سال اول مهندسی شيمی هستيم اين را خيلی ساده فرض می کنيم.
قانون دوم بر مبنای تجربه ی بشری است و از تئوری ها و معادلات پيچيده به دست نيامده است.بنابراين فکر کنيد در مورد تجربه ای که شما داشته ايد:يک سنگ خواهد افتاد هنگامی که شما آن را بلند می کنيد و رها می کنيد.ماهی تابه و مواد داخل آن سرد خواهد شد هنگامی که آن را از روی چراغ گاز بر می داريد.آهن در هوا زنگ می زند.هوا در لاستيک های با فشار بالا از يک سوراخ کوچک به شدت خارج می شود تا به فشار پايين اتمسفری برسد.تکه های يخ در يک اتاق گرم ذوب می شوند.
در اين فرآيند ها چه اتفاقی می افتد؟بعضی از انواع انرژی از متمرکز شدن ( متمرکز شدن در سنگ يا ماهی تابه و ...) به پخش شدن تغيير می يابند.دوباره به مثال ها توجه کنيد تا اين تغيير را در همه آن ها مشاهده کنيد.
خوب اين هم يک راه ساده برای نشان دادن علم نهفته در قانون دوم:
انرژی به طور خود به خودی پخش می شود تا متمرکز نماند البته اگر عاملی آن را به تاخير نياندازد.
اما انتروپی و جهان چطور که در بسياری از متون هستند؟ به طور خلاصه انتروپی را از نظر می گذرانيم ولی «جهان» فقط به معنی «سيستمی است که شما آن را به همراه محيط اطرافش می بينيد يعنی هر چيزی که اطراف آن بسته است».سيستم بعلاوه محيط اطراف.اگر «سيستم بعلاوه محيط اطراف» شما را گيج می کند يا اينکه شما دوست داريد جزئيات بيشتری در مورد سه فرآيند ذکر شده در بالا بدانيد پاراگراف زير را بخوانيد.
۱.سنگ دارای انرژی پتانسيل است هنگامی که شما آن را از سطح زمين بلند می کنيد.هنگامی که آن را رها می کنيد انرژی پتانسيل به جنبشی تبديل می شود همچنين هنگامی که سقوط می کند مولکول های هوا را کنار می زند ( بنا براين مقداری از انرزی سنگ پراکنده می شود.)قبل از اينکه که به زمين برخورد کند به مقدار ناچيزی انرژی صوت ( هوای فشرده ) را پراکنده می کند و اندکی باعث گرم شدن خود و زمينی که به آن برخورد می کند می شود.سنگ بدون تغيير است ( پس از يک دقيقه که مقدار ناچيزی از گرمای برخورد را در هوا پراکنده کرده است).ولی انرژی پتانسيلی که ماهيچه های شما صرف بالا بردن سنگ نمود اکنون در محيط اطراف پخش شده است کمی در حرکت مولکول های هوا و کمی گرم شدن زمين و هوا.{سيستم : سنگ بالای زمين و سپس روی زمين. محيط اطراف : هوا به همراه زمين .}
۲.اتم های آهن در ماهی تابه داغ به سرعت در حال ارتعاش هستند.بنابراين انرژی حرکتی در ماهی تابه داغ متمرکز است.انرژی حرکتی اگر بتواند پخش می شود.هر گاه مولکول های ( با حرکت کند تر )هوای سردتر اتاق به ماهی تابه داغ برخورد می کنند اتم های به شدت مرتعش آهن مقداری از انرژی خود را به مولکول های هوا منتقل می کنند.بنابراين انرژی متمرکز ماهی تابه پخش می شود و به طور وسيع تر بين مولکول های هوا تقسيم می شود.{ سيستم : ماهی تابه و محيط اطراف : هوای اتاق .}
۳.آهن در سوزن ها يا چيزهای ديگر نبايد داغ باشد ( يعنی حرکت بسيار شديد مولکول ها يا اتم ها) برای اينکه انرژی متمرکز درون آن به صورت شميايی موجود باشد : اتم های آهن وبه همراه مولکول های اکسيژن موجود در هوا شامل يک انرژی شيميايی در ميان پيوندهای شيميايی خود هستند که اين انرژی از انرژی موجود در زنگ آهن ( اکسيد آهن )بيشتر است. (اين دليل واکنش اکسيژن با آهن است-آزاد کردن انرژی از سطح انرژی بالاتر موجود در پيوندهای اکسيژن به همراه پيوندهای آهن و شکل دادن سطح انرژی پايين تر موجود در پيوند های اکسيد آهن٫ با همه اين اختلاف در انرژی پخش شدن در محيط اطراف به صورت گرما نيز داريم يعنی واکنش گرمازا است و مولکول های محيط را وادار می کند که سريع تر حرکت کنند.اما فراموش نکنيد که حتی موادی که مقدار زيادی انرژی در پيوند های خود دارند از اين که اين انرژی را به صورت ناگهانی در محيط پخش کنند جلوگيری می شوند.مقدار زيادی انرژی لازم است برای اين که پيوند های آن ها شکسته شود قبل يا در حين واکنش.با وجود اين که انرژی خيلی بيشتری ممکن است در نتيجه واکنش و تشکيل پيوند های جديد آزاد شود.)بنابراين حتی در هوای مرطوب که سرعت فرآيند افزايش می يابد آهن به طور خود به خودی ( ولی نه خيلی سريع ) با اکسيژن واکنش می دهد و هر کدام انرژی های موجود در پيوند های خود را در محيط پخش می کنند هنگامی که آهن با اکسيژن اکسید آهن را تشکيل می دهند.{سيستم : آهن٫اکسيژن و اکسيد آهن.محيط اطراف : هوای نزديک ٫ رطوبت يا نمک به همراه هر چيزی که با زنگ آهن در تماس است.}
آنتروپی چيست؟
انتروپی پخش شدن خود به خودی انرژی را نشان می دهد: چه مقدار انرژی در يک فرآيند پخش می شود٫يا با چه وسعتی پخش می شود-در يک دمای خاص.(بعضی وقت ها يک معادله ساده٫تغييرات انتروپی=دما/انرژی پخش شده يا qreversible/T و هنگام تغيير فاز مانند ذوب و تبخير عبارت است از ΔS = ΔHfusion /T orΔHvaporization /T .)
در شيمی انرژی که انتروپی را بيان می کند عبارت است از «انرژی حرکتي» ٫ انرژی انتقالی٫ارتعاشی و چرخشی مولکول ها
http://uc-njavan.ir/MaXUpload/88/4-5-6/fig1.gif
و ΔH انرژی تغيير فاز -در بسياری از معادلات هم انرژی حرکتی و هم انرژی تغيير فاز با "q" يا ΔH نشان داده می شوند.«انرژی پيوند» انرژی پتانسيل که با پيوند های شيميايی در ارتباط است و ما در مثال اکسيد شدن آهن در مورد آن صحبت کرديم٫ فقط به وسيله انرژی پتانسيل تشکيل پيوند ها اندازه گيری می شود.در اين مورد نيز در مثال مذکور اندکی بحث شد.و اين نيز فقط به وسيله تغيير انتروپی هنگام انجام واکنش با رابطه ΔG = ΔH - T ΔS اندازه گيری می شود.
آيا اين توصيف از تغيير انتروپی پيچيده است؟انتروپی يک نوع مقياس «قبل و بعد» فلسفی و علمی است-اندازه گيری مقدار انرژی منتشر شده تقسيم بر دما يا وسعت پخش شدگی انرژی پس از اينکه چيزی اتفاق می افتد ( در يک دمای ثابت).هنگامی که اولين رابطه مربوط به انتروپی در يک فرآيند برگشت پذير ديده می شود ابتدا ممکن است گيج کننده و خلاصه به نظر برسد.اجازه دهيد به آن با استفاده از عبارت «چه مقدار» بنگريم٫يک مثال عملی: يخ در اتاق گرم به طور خود به خودی ذوب می شود.(تغيير فاز و افزايش انتروپی ).
تغيير فاز -«چه مقدار» انرژی در اين مثال پخش شده است.
از تجربه خود -به ياد آوريد که اين مبنا و اساس قانون دوم است-شما فکر می کنيد انرژی مولکول ها در چه جهتی حرکت کرده است.از آن مولکول های سريع موجود در هوای اتاق به سمت مولکول های کند يخ يا اينکه مولکول های کند تر يخ انرژی خود را به هوای گرم داده اند.مطمئناً هميشه از گرم تر به سردتر.انرژی حرکتی بيشتر مولکول های هوا مقداری انرژی را در يخ سرد پخش کرده اند و پيوند های هيدروژنی بين مولکول های آب در يخ را شکسته يا دگرگون ساخته اند.آب مايع در کوچک ترين دمای بالای نقطه ذوب شکل می گيرد و بالعکس يخ جامد در کوچک ترين دمای زير نقطه ذوب به وجود می آيد.
منبع : مجله ی شیمی دان
بسياری از متون قانون دوم را اين گونه تعريف می کنند:انتروپی جهان در طی يک فرآيند خود به خودی افزايش می يابد؟و سپس qrev/T يا انرژی آزاد =ΔG و ΔS را به شما می فهمانند.
فهم اين خيلی پيچيده است.هنگامی که سال اول مهندسی شيمی هستيم اين را خيلی ساده فرض می کنيم.
قانون دوم بر مبنای تجربه ی بشری است و از تئوری ها و معادلات پيچيده به دست نيامده است.بنابراين فکر کنيد در مورد تجربه ای که شما داشته ايد:يک سنگ خواهد افتاد هنگامی که شما آن را بلند می کنيد و رها می کنيد.ماهی تابه و مواد داخل آن سرد خواهد شد هنگامی که آن را از روی چراغ گاز بر می داريد.آهن در هوا زنگ می زند.هوا در لاستيک های با فشار بالا از يک سوراخ کوچک به شدت خارج می شود تا به فشار پايين اتمسفری برسد.تکه های يخ در يک اتاق گرم ذوب می شوند.
در اين فرآيند ها چه اتفاقی می افتد؟بعضی از انواع انرژی از متمرکز شدن ( متمرکز شدن در سنگ يا ماهی تابه و ...) به پخش شدن تغيير می يابند.دوباره به مثال ها توجه کنيد تا اين تغيير را در همه آن ها مشاهده کنيد.
خوب اين هم يک راه ساده برای نشان دادن علم نهفته در قانون دوم:
انرژی به طور خود به خودی پخش می شود تا متمرکز نماند البته اگر عاملی آن را به تاخير نياندازد.
اما انتروپی و جهان چطور که در بسياری از متون هستند؟ به طور خلاصه انتروپی را از نظر می گذرانيم ولی «جهان» فقط به معنی «سيستمی است که شما آن را به همراه محيط اطرافش می بينيد يعنی هر چيزی که اطراف آن بسته است».سيستم بعلاوه محيط اطراف.اگر «سيستم بعلاوه محيط اطراف» شما را گيج می کند يا اينکه شما دوست داريد جزئيات بيشتری در مورد سه فرآيند ذکر شده در بالا بدانيد پاراگراف زير را بخوانيد.
۱.سنگ دارای انرژی پتانسيل است هنگامی که شما آن را از سطح زمين بلند می کنيد.هنگامی که آن را رها می کنيد انرژی پتانسيل به جنبشی تبديل می شود همچنين هنگامی که سقوط می کند مولکول های هوا را کنار می زند ( بنا براين مقداری از انرزی سنگ پراکنده می شود.)قبل از اينکه که به زمين برخورد کند به مقدار ناچيزی انرژی صوت ( هوای فشرده ) را پراکنده می کند و اندکی باعث گرم شدن خود و زمينی که به آن برخورد می کند می شود.سنگ بدون تغيير است ( پس از يک دقيقه که مقدار ناچيزی از گرمای برخورد را در هوا پراکنده کرده است).ولی انرژی پتانسيلی که ماهيچه های شما صرف بالا بردن سنگ نمود اکنون در محيط اطراف پخش شده است کمی در حرکت مولکول های هوا و کمی گرم شدن زمين و هوا.{سيستم : سنگ بالای زمين و سپس روی زمين. محيط اطراف : هوا به همراه زمين .}
۲.اتم های آهن در ماهی تابه داغ به سرعت در حال ارتعاش هستند.بنابراين انرژی حرکتی در ماهی تابه داغ متمرکز است.انرژی حرکتی اگر بتواند پخش می شود.هر گاه مولکول های ( با حرکت کند تر )هوای سردتر اتاق به ماهی تابه داغ برخورد می کنند اتم های به شدت مرتعش آهن مقداری از انرژی خود را به مولکول های هوا منتقل می کنند.بنابراين انرژی متمرکز ماهی تابه پخش می شود و به طور وسيع تر بين مولکول های هوا تقسيم می شود.{ سيستم : ماهی تابه و محيط اطراف : هوای اتاق .}
۳.آهن در سوزن ها يا چيزهای ديگر نبايد داغ باشد ( يعنی حرکت بسيار شديد مولکول ها يا اتم ها) برای اينکه انرژی متمرکز درون آن به صورت شميايی موجود باشد : اتم های آهن وبه همراه مولکول های اکسيژن موجود در هوا شامل يک انرژی شيميايی در ميان پيوندهای شيميايی خود هستند که اين انرژی از انرژی موجود در زنگ آهن ( اکسيد آهن )بيشتر است. (اين دليل واکنش اکسيژن با آهن است-آزاد کردن انرژی از سطح انرژی بالاتر موجود در پيوندهای اکسيژن به همراه پيوندهای آهن و شکل دادن سطح انرژی پايين تر موجود در پيوند های اکسيد آهن٫ با همه اين اختلاف در انرژی پخش شدن در محيط اطراف به صورت گرما نيز داريم يعنی واکنش گرمازا است و مولکول های محيط را وادار می کند که سريع تر حرکت کنند.اما فراموش نکنيد که حتی موادی که مقدار زيادی انرژی در پيوند های خود دارند از اين که اين انرژی را به صورت ناگهانی در محيط پخش کنند جلوگيری می شوند.مقدار زيادی انرژی لازم است برای اين که پيوند های آن ها شکسته شود قبل يا در حين واکنش.با وجود اين که انرژی خيلی بيشتری ممکن است در نتيجه واکنش و تشکيل پيوند های جديد آزاد شود.)بنابراين حتی در هوای مرطوب که سرعت فرآيند افزايش می يابد آهن به طور خود به خودی ( ولی نه خيلی سريع ) با اکسيژن واکنش می دهد و هر کدام انرژی های موجود در پيوند های خود را در محيط پخش می کنند هنگامی که آهن با اکسيژن اکسید آهن را تشکيل می دهند.{سيستم : آهن٫اکسيژن و اکسيد آهن.محيط اطراف : هوای نزديک ٫ رطوبت يا نمک به همراه هر چيزی که با زنگ آهن در تماس است.}
آنتروپی چيست؟
انتروپی پخش شدن خود به خودی انرژی را نشان می دهد: چه مقدار انرژی در يک فرآيند پخش می شود٫يا با چه وسعتی پخش می شود-در يک دمای خاص.(بعضی وقت ها يک معادله ساده٫تغييرات انتروپی=دما/انرژی پخش شده يا qreversible/T و هنگام تغيير فاز مانند ذوب و تبخير عبارت است از ΔS = ΔHfusion /T orΔHvaporization /T .)
در شيمی انرژی که انتروپی را بيان می کند عبارت است از «انرژی حرکتي» ٫ انرژی انتقالی٫ارتعاشی و چرخشی مولکول ها
http://uc-njavan.ir/MaXUpload/88/4-5-6/fig1.gif
و ΔH انرژی تغيير فاز -در بسياری از معادلات هم انرژی حرکتی و هم انرژی تغيير فاز با "q" يا ΔH نشان داده می شوند.«انرژی پيوند» انرژی پتانسيل که با پيوند های شيميايی در ارتباط است و ما در مثال اکسيد شدن آهن در مورد آن صحبت کرديم٫ فقط به وسيله انرژی پتانسيل تشکيل پيوند ها اندازه گيری می شود.در اين مورد نيز در مثال مذکور اندکی بحث شد.و اين نيز فقط به وسيله تغيير انتروپی هنگام انجام واکنش با رابطه ΔG = ΔH - T ΔS اندازه گيری می شود.
آيا اين توصيف از تغيير انتروپی پيچيده است؟انتروپی يک نوع مقياس «قبل و بعد» فلسفی و علمی است-اندازه گيری مقدار انرژی منتشر شده تقسيم بر دما يا وسعت پخش شدگی انرژی پس از اينکه چيزی اتفاق می افتد ( در يک دمای ثابت).هنگامی که اولين رابطه مربوط به انتروپی در يک فرآيند برگشت پذير ديده می شود ابتدا ممکن است گيج کننده و خلاصه به نظر برسد.اجازه دهيد به آن با استفاده از عبارت «چه مقدار» بنگريم٫يک مثال عملی: يخ در اتاق گرم به طور خود به خودی ذوب می شود.(تغيير فاز و افزايش انتروپی ).
تغيير فاز -«چه مقدار» انرژی در اين مثال پخش شده است.
از تجربه خود -به ياد آوريد که اين مبنا و اساس قانون دوم است-شما فکر می کنيد انرژی مولکول ها در چه جهتی حرکت کرده است.از آن مولکول های سريع موجود در هوای اتاق به سمت مولکول های کند يخ يا اينکه مولکول های کند تر يخ انرژی خود را به هوای گرم داده اند.مطمئناً هميشه از گرم تر به سردتر.انرژی حرکتی بيشتر مولکول های هوا مقداری انرژی را در يخ سرد پخش کرده اند و پيوند های هيدروژنی بين مولکول های آب در يخ را شکسته يا دگرگون ساخته اند.آب مايع در کوچک ترين دمای بالای نقطه ذوب شکل می گيرد و بالعکس يخ جامد در کوچک ترين دمای زير نقطه ذوب به وجود می آيد.
منبع : مجله ی شیمی دان