ТЕПЛОВАЯ ТЕОРЕМА НЕРНСТА. ТРЕТЬЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ
Интегрируя соотношение (13.50), получим
, (13.51)
где С - константа интегрирования. Ее значение можно определить в случае, если для какой-либо температуры экспериментально найдены величины k и Qmax. После подстановки найденного значения С в формулу (13.51) она может быть использована для определения константы равновесия k при любой температуре.
Другой метод определения k основан на тепловой теореме Нернста, лежащей в основе третьего закона термодинамики. Используя экспериментальные данные о состоянии конденсированных (твердых и жидких ) веществ, Нернст обнаружил, что разность является малой величиной и с приближением температуры к абсолютному нулю уменьшается быстрее, чем по линейному закону. Тогда из уравнения
следует, что при .Следовательно,
.
Отсюда
. (13.52)
Соотношения (13.52) являются математическим выражением тепловой теоремы Нернста. Эти соотношения позволяют исключить константу интегрирования С и получить зависимость аналитическим путем.
На основе этой теоремы можно заключить, что в уравнении Кирхгофа
при разность теплоемкостей в правой части стремится к нулю. Отсюда следует, что и сами теплоемкости также стремятся к нулю.
ТРЕТЬЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ В ФОРМУЛИРОВКЕ ПЛАНКА (ПОСТУЛАТ ПЛАНКА)
Ранее было получено, что (§ 13.9). Отсюда следует
.
Известно, что (§ 13.8)
.
Тогда
. (13.53)
Из (13.53) следует, что с приближением температуры к 0 K все реакции протекают без изменения энтропии, а при Т = 0K энтропия конденсированных систем равна нулю, т.е.
.
Это происходит потому, что при приближении к абсолютному нулю температур образуется периодическая пространственная решетка, в которой каждая молекула неподвижна. Т.е. происходит упорядочение взаимного расположения молекул и уменьшение термодинамической вероятности w. И при абсолютном нуле температур w=l. Отсюда по формуле Больцмана
,
где Дж/(моль.К) - константа Больцмана, получаем, что при . Это положение представляет собой третье начало термодинамики в формулировке Планка.
Третье начало термодинамики позволяет определить значение константы интегрирования в формуле (13.51) и, следовательно, абсолютное значение энтропии. При использовании дифференциальных уравнений термодинамики можно также определить абсолютные значения основных термодинамических функций F, Z и др.
Дата добавления: 2016-06-05; просмотров: 3069;