Υπολογισμός της αλλαγής στην εντροπία από τη θερμότητα αντίδρασης

Ο όρος "εντροπία" αναφέρεται σε διαταραχή ή χάος σε ένα σύστημα. Όσο μεγαλύτερη είναι η εντροπία, τόσο μεγαλύτερη είναι η διαταραχή. Εντροπία υπάρχει στη φυσική και τη χημεία, αλλά μπορεί επίσης να ειπωθεί ότι υπάρχει σε ανθρώπινες οργανώσεις ή καταστάσεις. Σε γενικές γραμμές, τα συστήματα τείνουν προς μεγαλύτερη εντροπία. στην πραγματικότητα, σύμφωνα με την δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, η εντροπία ενός απομονωμένου συστήματος δεν μπορεί ποτέ να μειωθεί αυθόρμητα. Αυτό το παράδειγμα παρουσιάζει τον τρόπο υπολογισμού της μεταβολής στην εντροπία ενός περιβάλλοντος του συστήματος μετά από μια χημική αντίδραση σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση.

Πρώτα, παρατηρήστε ότι ποτέ δεν υπολογίζετε την εντροπία, S, αλλά μάλλον την αλλαγή στην εντροπία, ΔS. Αυτό είναι ένα μέτρο της διαταραχής ή τυχαιότητας σε ένα σύστημα. Όταν το ΔS είναι θετικό, σημαίνει ότι το περιβάλλον αυξάνει την εντροπία. Η αντίδραση ήταν εξωθερμική ή εξερνική (υποθέτοντας ότι η ενέργεια μπορεί να απελευθερωθεί σε μορφές εκτός από τη θερμότητα). Όταν απελευθερώνεται θερμότητα, η ενέργεια αυξάνει την κίνηση των ατόμων και των μορίων, οδηγώντας σε αυξημένη διαταραχή.

Όταν το ΔS είναι αρνητικό σημαίνει ότι η εντροπία του περιβάλλοντος μειώθηκε ή ότι η γύρω περιοχή κέρδισε την τάξη. Μια αρνητική αλλαγή στην εντροπία αντλεί θερμότητα (ενδοθερμική) ή ενέργεια (endergonic) από το περιβάλλον, γεγονός που μειώνει την τυχαιότητα ή το χάος.

Ένα σημαντικό σημείο που πρέπει να θυμάστε είναι ότι οι τιμές για ΔS είναι για περιβάλλον! Είναι θέμα απόψεως. Εάν αλλάξετε υγρό νερό σε υδρατμούς, η εντροπία αυξάνεται για το νερό, παρόλο που μειώνεται για το περιβάλλον. Είναι ακόμη πιο συγκεχυμένη αν εξετάσετε μια αντίδραση καύσης. Από τη μία πλευρά, φαίνεται να σπάει ένα καύσιμο στα συστατικά του θα μπορούσε να αυξήσει τη διαταραχή, όμως η αντίδραση περιλαμβάνει επίσης οξυγόνο, το οποίο σχηματίζει άλλα μόρια.

Υπολογίστε την εντροπία του περιβάλλοντος για τα ακόλουθα δύο αντιδράσεις.
μετα Χριστον₂H₈(g) + 5O₂(g) → 3 CO₂(g) + 4Η₂O (g)
ΔΗ = -2045 kJ
β.) Η₂O (1) → Η₂O (g)
ΔH = +44 kJ
Λύση
Η μεταβολή της εντροπίας του περιβάλλοντος χώρου μετά από χημική αντίδραση σε σταθερή πίεση και θερμοκρασία μπορεί να εκφραστεί από τον τύπο
ΔS_surr = -ΔΗ / Τ
που
ΔS_surr είναι η αλλαγή στην εντροπία του περιβάλλοντος
-ΔH είναι θερμότητα αντίδρασης
T = Απόλυτη θερμοκρασία σε Kelvin
Αντίδραση α
ΔS_surr = -ΔΗ / Τ
ΔS_surr = - (2045 kJ) / (25 + 273)
** Θυμηθείτε να μετατρέψετε ° C σε K **
ΔS_surr = 2045 kJ / 298 Κ
ΔS_surr = 6.86 kJ / Κ ή 6860 J / K
Σημειώστε την αύξηση της εντροπίας γύρω από το περιβάλλον, καθώς η αντίδραση ήταν εξωθερμική. Μία εξωθερμική αντίδραση υποδεικνύεται με θετική τιμή ΔS. Αυτό σημαίνει ότι η θερμότητα απελευθερώθηκε στο περιβάλλον ή ότι το περιβάλλον κέρδισε ενέργεια. Αυτή η αντίδραση είναι ένα παράδειγμα α αντίδραση καύσης. Εάν αναγνωρίσετε αυτόν τον τύπο αντίδρασης, θα πρέπει πάντα να περιμένετε μια εξώθερμη αντίδραση και θετική αλλαγή στην εντροπία.
Αντίδραση β
ΔS_surr = -ΔΗ / Τ
ΔS_surr = - (+ 44 kJ) / 298 Κ
ΔS_surr = -0,15 kJ / K ή -150 J / K
Αυτή η αντίδραση απαιτούσε ενέργεια από το περιβάλλον για να προχωρήσει και να μειώσει την εντροπία του περιβάλλοντος. Μια αρνητική τιμή ΔS υποδεικνύει μια ενδόθερμη αντίδραση, η οποία απορροφά θερμότητα από το περιβάλλον.
Απάντηση:
Η μεταβολή στην εντροπία του περιβάλλοντος της αντίδρασης 1 και 2 ήταν 6860 J / K και -150 J / K αντίστοιχα.