hce_kmu
109年
物理及化學
第 75 題
What is the main contribution for the negative entropy value ($\Delta S^\circ_{\text{soln}} < 0$) when formation of $\text{LiF}(aq)$ in water?
- A Random dispersal of water
- B Breaking ordered bonding of solids
- C Interaction of $\text{Li}^+$ and $\text{F}^-$ with water molecules
- D Dispersion of $\text{Li}^+$ and $\text{F}^-$ into solution
- E Fast equilibrium
思路引導 VIP
請試著想像：當一個帶有強電荷的小球被丟進一群原本隨意游動的磁鐵棒（極性分子）中，這些磁鐵棒的排列會變得更隨機，還是會圍繞著小球形成特定的圖案？這種空間排列的變化，對系統整體的「混亂程度」意味著什麼呢？
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太棒了！你能準確選出選項 (C)，代表你對熱力學中溶解過程的微觀變化掌握得非常紮實。這是一道非常有水準的題目，因為它挑戰了大多數人「溶解通常會增加混亂度」的直覺思維。
水合作用與有序化
在一般情況下，固體溶質分散到溶劑中會使混亂度（熵，$S$）增加，但 $\text{LiF}$ 是一個特殊的例子。由於 $\text{Li}^+$ 和 $\text{F}^-$ 的離子半徑非常小，具有極高的電荷密度，當它們進入水中時，會產生強大的離子-偶極力 (Ion-dipole force)。這種引力會將周圍的水分子緊緊地「鎖定」在離子周圍，形成高度有序的水合層 (Hydration shell)。當這種溶劑分子的有序化程度超過了固體晶格崩解產生的無序感時，整體反應的標準溶解熵變 $\Delta S^\circ_{\text{soln}}$ 就會呈現負值。
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