Termin „entropia” odnosi się do nieporządku lub chaosu w systemie. Im większa entropia, tym większe zaburzenie. Entropia istnieje w fizyce i chemii, ale można również powiedzieć, że istnieje w ludzkich organizacjach lub sytuacjach. Ogólnie rzecz biorąc, systemy dążą do większej entropii; w rzeczywistości, zgodnie z druga zasada termodynamiki, entropia izolowanego układu nigdy nie może spontanicznie spaść. Ten przykładowy problem pokazuje, jak obliczyć zmianę entropii otoczenia układu po reakcji chemicznej w stałej temperaturze i ciśnieniu.
Co oznacza zmiana Entropii
Po pierwsze, zauważ, że nigdy nie obliczasz entropii, S, ale raczej zmieniasz entropię, ΔS. Jest to miara zaburzenia lub losowości w systemie. Kiedy ΔS jest dodatnia, oznacza to, że otoczenie zwiększyło entropię. Reakcja była egzotermiczna lub egzergoniczna (przy założeniu, że energia może być uwalniana w postaci innej niż ciepło). Kiedy ciepło jest uwalniane, energia zwiększa ruch atomów i cząsteczek, co prowadzi do zwiększonego zaburzenia.
Gdy ΔS jest ujemne, oznacza to, że entropia otoczenia została zmniejszona lub że otoczenie zyskało porządek. Negatywna zmiana entropii wyciąga ciepło (endotermiczne) lub energię (endergoniczną) z otoczenia, co zmniejsza losowość lub chaos.
Ważnym punktem, o którym należy pamiętać, jest to, że wartości ΔS są dla otoczenie! To kwestia punktu widzenia. Jeśli zmienisz ciekłą wodę w parę wodną, entropia wzrasta dla wody, nawet jeśli zmniejsza się dla otoczenia. Jest to jeszcze bardziej mylące, jeśli weźmie się pod uwagę reakcję spalania. Z jednej strony wydaje się, że włamanie paliwa do jego składników zwiększyłoby nieporządek, ale reakcja obejmuje również tlen, który tworzy inne cząsteczki.
Przykład Entropii
Oblicz entropię otoczenia dla następujących elementów dwie reakcje.
a.) C2H.8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4H2O (g)
ΔH = -2045 kJ
b.) H2O (l) → H2O (g)
ΔH = +44 kJ
Rozwiązanie
Zmiana entropii otoczenia po reakcji chemicznej przy stałym ciśnieniu i temperaturze można wyrazić wzorem
ΔSsurr = -ΔH / T
gdzie
ΔSsurr jest zmiana entropii otoczenia
-ΔH oznacza ciepło reakcji
T = Temperatura absolutna w Kelvin
Reakcja a
ΔSsurr = -ΔH / T
ΔSsurr = - (- 2045 kJ) / (25 + 273)
** Pamiętaj, aby przeliczyć ° C na K **
ΔSsurr = 2045 kJ / 298 K.
ΔSsurr = 6,86 kJ / K lub 6860 J / K
Zwróć uwagę na wzrost otaczającej entropii, ponieważ reakcja była egzotermiczna. Reakcja egzotermiczna jest wskazywana przez dodatnią wartość SS. Oznacza to, że ciepło zostało uwolnione do otoczenia lub środowisko zyskało energię. Ta reakcja jest przykładem reakcja spalania. Jeśli rozpoznasz ten typ reakcji, zawsze powinieneś spodziewać się reakcji egzotermicznej i pozytywnej zmiany w entropii.
Reakcja b
ΔSsurr = -ΔH / T
ΔSsurr = - (+ 44 kJ) / 298 K.
ΔSsurr = -0,15 kJ / K lub -150 J / K
Ta reakcja wymagała energii z otoczenia i zmniejszyła entropię otoczenia. Ujemna wartość SS wskazuje na wystąpienie reakcji endotermicznej, która pochłonęła ciepło z otoczenia.
Odpowiedź:
Zmiana entropii otoczenia reakcji 1 i 2 wyniosła odpowiednio 6860 J / K i -150 J / K.