Apskaičiuokite entropijos pokytį nuo reakcijos šilumos

Entropijos pavyzdžio problema

PM Images / Getty Images

Sąvoka „entropija“ reiškia netvarką arba chaosą sistemoje. Kuo didesnė entropija, tuo didesnė netvarka. Entropija egzistuoja fizikoje ir chemijoje, bet galima sakyti, kad egzistuoja ir žmonių organizacijose ar situacijose. Apskritai sistemos linkusios į didesnę entropiją; iš tikrųjų, pasak antrasis termodinamikos dėsnis , izoliuotos sistemos entropija niekada negali spontaniškai sumažėti. Šis pavyzdinis uždavinys parodo, kaip apskaičiuoti sistemos aplinkos entropijos pokytį po cheminės reakcijos esant pastoviai temperatūrai ir slėgiui.

Ką reiškia entropijos pokyčiai

Pirma, atkreipkite dėmesį, kad niekada neskaičiuojate entropijos S, o veikiau entropijos pokytį ΔS. Tai yra sistemos sutrikimo arba atsitiktinumo matas. Kai ΔS yra teigiamas, tai reiškia, kad aplinka padidino entropiją. Reakcija buvo egzoterminė arba eksergoninė (darant prielaidą, kad energija gali išsiskirti ne tik šiluma), bet ir kitomis formomis. Kai išsiskiria šiluma, energija padidina atomų ir molekulių judėjimą, todėl padidėja netvarka.

Kai ΔS yra neigiamas, tai reiškia, kad aplinkos entropija sumažėjo arba kad aplinka tapo tvarka. Neigiamas entropijos pokytis iš aplinkos ištraukia šilumą (endoterminę) arba energiją (energoninę), o tai sumažina atsitiktinumą arba chaosą.

Svarbu atsiminti, kad ΔS reikšmės yra skirtos apylinkes ! Tai požiūrio klausimas. Jei skystą vandenį pakeičiate vandens garais, vandens entropija padidėja, nors aplinkai ji mažėja. Tai dar labiau painu, jei atsižvelgsite į degimo reakciją. Viena vertus, atrodo, kad kuro suskaidymas į jo komponentus padidintų netvarką, tačiau reakcija taip pat apima deguonį, kuris sudaro kitas molekules.

Entropijos pavyzdys

Apskaičiuokite aplinkos entropiją šiais atvejais dvi reakcijos .
a.) C_duH₈(g) + 5 O_du(g) → 3CO_du(g) + 4H_duO(g)
ΔH = -2045 kJ
b.) H_duO(l) → H_duO(g)
ΔH = +44 kJ
Sprendimas
Aplinkos entropijos pokytis po cheminės reakcijos esant pastoviam slėgiui ir temperatūrai, galima išreikšti formule
S_zvimbimas= -ΔH/T
kur
S_zvimbimasyra aplinkos entropijos pokytis
-ΔH yra reakcijos šiluma
T = Absoliuti temperatūra Kelvine
Reakcija a
S_zvimbimas= -ΔH/T
S_zvimbimas= -(-2045 kJ)/(25 + 273)
**Nepamirškite konvertuoti °C į K**
S_zvimbimas= 2045 kJ/298 K
S_zvimbimas= 6,86 kJ/K arba 6860 J/K
Atkreipkite dėmesį į aplinkinės entropijos padidėjimą, nes reakcija buvo egzoterminė. Egzoterminę reakciją rodo teigiama ΔS vertė. Tai reiškia, kad šiluma buvo išleista į aplinką arba kad aplinka įgavo energijos. Ši reakcija yra pavyzdys a degimo reakcija . Jei atpažįstate šį reakcijos tipą, visada turėtumėte tikėtis egzoterminės reakcijos ir teigiamų entropijos pokyčių.
Reakcija b
S_zvimbimas= -ΔH/T
S_zvimbimas= -(+44 kJ)/298 K
S_zvimbimas= -0,15 kJ/K arba -150 J/K
Šiai reakcijai reikėjo energijos iš aplinkos, kad ji vyktų, ir sumažino aplinkos entropiją.Neigiama ΔS reikšmė rodo, kad įvyko endoterminė reakcija, kuri sugėrė šilumą iš aplinkos.
Atsakymas:
1 ir 2 reakcijos aplinkos entropijos pokytis buvo atitinkamai 6860 J/K ir -150 J/K.