Question

Каковы (положительны или отрицательны) изменение энтальпии, энтропии и энергии Гиббса при плавлении (Тпл = 1539 °C) технически чистого железа при 1600 °C?

Answer 1

Ответ:

Плавление технически чистого железа при температуре 1600 °C является эндотермическим процессом, поскольку требуется поглощение энергии для превращения твердого железа в жидкое состояние.

Изменение энтальпии (ΔH) для плавления можно определить как разницу между энтальпиями жидкого железа и твердого железа при температуре плавления:

ΔH = H(жидкое железо) - H(твердое железо)

Поскольку плавление является эндотермическим процессом, энтальпия жидкого железа должна быть больше, чем энтальпия твердого железа при температуре плавления. Таким образом, ΔH будет положительным числом.

Изменение энтропии (ΔS) также можно определить как разницу между энтропиями жидкого железа и твердого железа при температуре плавления:

ΔS = S(жидкое железо) - S(твердое железо)

Поскольку жидкое состояние имеет большую степень хаоса, чем твердое состояние, энтропия жидкого железа должна быть больше, чем энтропия твердого железа при температуре плавления. Таким образом, ΔS будет положительным числом.

Энергия Гиббса (ΔG) можно определить как разницу между энтальпией и энтропией, умноженных на температуру:

ΔG = ΔH - TΔS

Поскольку и ΔH, и ΔS положительны, ΔG будет отрицательным при температуре плавления. Это означает, что процесс плавления технически чистого железа при 1600 °C является спонтанным и термодинамически благоприятным.

Answer 2

Плавление технически чистого железа — это процесс, при котором твердое железо преходит в жидкое состояние. Давайте рассмотрим изменения энтальпии (ΔH), энтропии (ΔS) и энергии Гиббса (ΔG) при данном процессе.

1. Энтальпия (ΔH): Энтальпия - это тепловая энергия системы при постоянном давлении. В случае плавления железа, энтальпия изменяется положительно, так как требуется энергия для преодоления сил притяжения между атомами и молекулами в твердом состоянии. Энтальпия плавления обычно обозначается как ΔH_fus и измеряется в джоулях на моль. В данном случае ΔH_fus для железа будет положительной величиной.

2. Энтропия (ΔS): Энтропия - это мера беспорядка или хаоса в системе. При плавлении энтропия обычно увеличивается, так как молекулы в жидком состоянии обладают большей степенью свободы движения по сравнению с твердым состоянием. Поэтому ΔS для плавления железа также будет положительной величиной.

3. Энергия Гиббса (ΔG): Энергия Гиббса представляет собой меру того, насколько процесс спонтанный при постоянной температуре и давлении. ΔG можно выразить как ΔH - TΔS, где ΔH - изменение энтальпии, ΔS - изменение энтропии, T - абсолютная температура. Если ΔG < 0, то процесс будет спонтанным. Поскольку ΔH_fus положительно, а ΔS также положительно, значение ΔG для плавления железа будет зависеть от температуры.

При плавлении железа при 1600 °C, если температура выше температуры плавления, ΔG будет отрицательным, что означает, что процесс плавления будет спонтанным при данной температуре.

Таким образом, положительные изменения энтальпии и энтропии компенсируют друг друга, и при достаточно высокой температуре, процесс плавления будет спонтанным.