熵概念的解讀和導(dǎo)學(xué).doc

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1、熵概念的解讀和導(dǎo)學(xué)我們知道有些化學(xué)反應(yīng)能發(fā)生，而另一些化學(xué)反應(yīng)卻不能發(fā)生，這是為什么呢？為什么一些化學(xué)反應(yīng)當(dāng)只有很少一點(diǎn)生成物產(chǎn)生時(shí)就達(dá)到了平衡，而另一些化學(xué)反應(yīng)卻實(shí)際上是完全反應(yīng)了。要弄清以上的問題，需要熱力學(xué)的知識——特別是應(yīng)用能與熵的概念和熱力學(xué)第一定律、第二定律來解釋?！痘瘜W(xué)》新教材選修《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊第2章《化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率》在學(xué)習(xí)“化學(xué)反應(yīng)的方向”時(shí)引入了熵的概念。有相當(dāng)多的學(xué)生在學(xué)習(xí)中認(rèn)為熵是一個(gè)是很枯燥的和比較難的并令人害怕的詞，它給人一個(gè)既抽象又難以理解的印象。那么我們怎樣來理解熵的概念及其意義呢

2、？熵的概念最初是德國物理學(xué)家魯?shù)罓柗?克勞修斯提出的，它揭示了熱傳遞的不可逆性：熱能總是自發(fā)地從高溫?zé)嵩聪虻蜏責(zé)嵩戳鲃?，而不能相反。現(xiàn)在我們可以對熵這個(gè)概念這樣來理解：每當(dāng)能量從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化到另一種狀態(tài)時(shí)，我們就會得到一定的懲罰，這個(gè)懲罰就是我們損失了能在將來用于做某種功的一定能量。熵的增加意味著我們的有效能量在減少，隨著熵值增大，物質(zhì)和能量的集中程度降低而出現(xiàn)混亂度增大。所以說混亂度越大，熵值越大。我們知道：構(gòu)成物質(zhì)的分子是時(shí)時(shí)刻刻在不斷運(yùn)動的。溫度越高，分子的運(yùn)動越劇烈，體系越混亂。據(jù)此我們可以理解1摩爾的水在氣態(tài)時(shí)分子可以

3、完全自由地運(yùn)動，所以熵值最大；固態(tài)時(shí)分子幾乎不能自由地運(yùn)動而排列最有序，所以熵值最小。蔗糖在水中的溶解過程，水的汽化過程，墨汁在水中的擴(kuò)散過程和氣體的互相擴(kuò)散過程都是體系混亂度增大的過程，即熵增加的過程。真實(shí)的化學(xué)過程也不是一種靜止的、孤立的過程，它是一種在開放體系中發(fā)生的動態(tài)過程。一個(gè)化學(xué)反應(yīng)只所以能產(chǎn)生，這是整個(gè)宇宙(更簡單地是指反應(yīng)體系及其環(huán)境的總和)的混亂度在增加。對一個(gè)放熱反應(yīng)來說，熱量轉(zhuǎn)入環(huán)境，使環(huán)境的熵值或混亂度增加了。在通常情況下，大多數(shù)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱的，因?yàn)獒尦龅臒崃哭D(zhuǎn)移到環(huán)境，使其熵值或混亂度得到很

4、大的增加。一般來說，這比在反應(yīng)體系內(nèi)熵值或混亂度減少的數(shù)值要高一些。但是我們也會遇到吸熱反應(yīng)，這時(shí)是化學(xué)反應(yīng)體系的混亂度增大，由于化學(xué)反應(yīng)體系從環(huán)境吸熱而比環(huán)境混亂度減少的數(shù)值大。因而總體上來說，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能發(fā)生，其熵值或混亂度會增加。這就是熱力學(xué)在化學(xué)反應(yīng)中的作用的全部內(nèi)涵，即一個(gè)反應(yīng)能夠進(jìn)行的條件是反應(yīng)體系和環(huán)境總嫡值增加。對于一個(gè)可逆的化學(xué)過程，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)就是熵最大狀態(tài)即最無序狀態(tài)。平衡狀態(tài)是一個(gè)動態(tài)平衡，是分子水平上的無序，微觀上的最大可能的無序。通過對熵概念的理解和解讀，我們還應(yīng)知道盡管自然界的物質(zhì)是不斷循環(huán)再生

5、的，但物質(zhì)的再生和循環(huán)必須以一定的衰變（熵的增加）為代價(jià)?？梢哉f世界的熵總是趨向最大的量，達(dá)到能量平均狀態(tài)。隨著物質(zhì)和能量的耗散，當(dāng)熵值達(dá)到最大的狀態(tài)---能量平均狀態(tài)，那時(shí)將會出現(xiàn)不再有任何自由的能量能夠來進(jìn)一步做功。從這個(gè)角度來說，樹立可持續(xù)性發(fā)展的理念、建立節(jié)約型社會是功在當(dāng)代利在千秋的現(xiàn)實(shí)要求