Der Begriff "Entropie" bezieht sich auf Unordnung oder Chaos in einem System. Je größer die Entropie ist, desto größer ist die Störung. Entropie existiert in Physik und Chemie, kann aber auch in menschlichen Organisationen oder Situationen existieren. Im Allgemeinen tendieren Systeme zu einer größeren Entropie; in der Tat nach dem zweiter Hauptsatz der Thermodynamikkann die Entropie eines isolierten Systems niemals spontan abnehmen. Dieses Beispielproblem zeigt, wie die Änderung der Entropie der Systemumgebung nach einer chemischen Reaktion bei konstanter Temperatur und konstantem Druck berechnet werden kann.
Was Entropieänderung bedeutet
Beachten Sie zunächst, dass Sie niemals die Entropie S berechnen, sondern die Entropie ΔS ändern. Dies ist ein Maß für die Störung oder Zufälligkeit in einem System. Wenn ΔS positiv ist, bedeutet dies, dass die Umgebung die Entropie erhöht. Die Reaktion war exotherm oder exergonisch (vorausgesetzt, Energie kann neben Wärme auch in anderen Formen freigesetzt werden). Wenn Wärme freigesetzt wird, erhöht die Energie die Bewegung von Atomen und Molekülen, was zu einer erhöhten Störung führt.
Wenn ΔS negativ ist, bedeutet dies, dass die Entropie der Umgebung verringert wurde oder dass die Umgebung Ordnung erlangt hat. Eine negative Änderung der Entropie entzieht der Umgebung Wärme (endotherm) oder Energie (endergonisch), wodurch die Zufälligkeit oder das Chaos verringert wird.
Ein wichtiger Punkt, den man beachten sollte, ist, dass die Werte für ΔS für sind die Umgebung! Es ist eine Frage der Sichtweise. Wenn Sie flüssiges Wasser in Wasserdampf umwandeln, nimmt die Entropie für das Wasser zu, obwohl sie für die Umgebung abnimmt. Noch verwirrender ist es, wenn Sie eine Verbrennungsreaktion in Betracht ziehen. Einerseits scheint es, als würde das Aufbrechen eines Kraftstoffs in seine Bestandteile die Störung erhöhen, aber die Reaktion enthält auch Sauerstoff, der andere Moleküle bildet.
Entropie-Beispiel
Berechnen Sie die Entropie der Umgebung für Folgendes zwei Reaktionen.
a.) C.2H.8(g) + 5 O.2(g) → 3 CO2(g) + 4H2O (g)
ΔH = -2045 kJ
b.) H.2O (l) → H.2O (g)
ΔH = +44 kJ
Lösung
Die Veränderung der Entropie der Umgebung nach einer chemischen Reaktion bei konstantem Druck und konstanter Temperatur kann durch die Formel ausgedrückt werden
ΔSsurr = -ΔH / T.
wo
ΔSsurr ist die Änderung der Entropie der Umgebung
-ΔH ist Reaktionswärme
T = Absolute Temperatur in Kelvin
Reaktion a
ΔSsurr = -ΔH / T.
ΔSsurr = - (- 2045 kJ) / (25 + 273)
** Denken Sie daran, ° C in K umzurechnen **
ΔSsurr = 2045 kJ / 298 K.
ΔSsurr = 6,86 kJ / K oder 6860 J / K.
Beachten Sie die Zunahme der umgebenden Entropie, da die Reaktion exotherm war. Eine exotherme Reaktion wird durch einen positiven ΔS-Wert angezeigt. Dies bedeutet, dass Wärme an die Umgebung abgegeben wurde oder dass die Umgebung Energie gewann. Diese Reaktion ist ein Beispiel für a Verbrennungsreaktion. Wenn Sie diesen Reaktionstyp erkennen, sollten Sie immer eine exotherme Reaktion und eine positive Änderung der Entropie erwarten.
Reaktion b
ΔSsurr = -ΔH / T.
ΔSsurr = - (+ 44 kJ) / 298 K.
ΔSsurr = -0,15 kJ / K oder -150 J / K.
Diese Reaktion benötigte Energie aus der Umgebung, um fortzufahren, und reduzierte die Entropie der Umgebung. Ein negativer ΔS-Wert zeigt an, dass eine endotherme Reaktion aufgetreten ist, die Wärme aus der Umgebung absorbiert hat.
Antworten:
Die Entropieänderung der Umgebung von Reaktion 1 und 2 betrug 6860 J / K bzw. -150 J / K.