Beräkna förändringen i entropi från reaktionsvärme

Termen "entropi" avser störning eller kaos i ett system. Ju större entropi, desto större är störningen. Entropi finns inom fysik och kemi, men kan också sägas finnas i mänskliga organisationer eller situationer. I allmänhet tenderar system till större entropi; i själva verket, enligt termodynamikens andra lag, kan entropin för ett isolerat system aldrig spontant minska. Detta exempelproblem visar hur man beräknar förändringen i entropin i ett systems omgivning efter en kemisk reaktion vid konstant temperatur och tryck.

Vilken förändring i entropi betyder

Först märker du att du aldrig beräknar entropi, S utan snarare förändrar entropi, ΔS. Detta är ett mått på störningen eller slumpmässigheten i ett system. När ΔS är positivt betyder det omgivningen ökad entropi. Reaktionen var exoterm eller exergonisk (förutsatt att energi kan frigöras i former förutom värme). När värme frigörs ökar energin rörelsen hos atomer och molekyler, vilket leder till ökad störning.

När ΔS är negativt betyder det att entropin i omgivningen minskades eller att omgivningen fick ordning. En negativ förändring i entropin drar värme (endotermisk) eller energi (endergonic) från omgivningen, vilket minskar slumpmässigheten eller kaoset.

En viktig punkt att tänka på är att värdena för ΔS är för omgivningen! Det är en fråga om synvinkel. Om du ändrar flytande vatten till vattenånga ökar entropin för vattnet, även om det minskar för omgivningen. Det är ännu mer förvirrande om du tänker på en förbränningsreaktion. Å ena sidan verkar det att bryta ett bränsle i dess komponenter skulle öka störningen, men reaktionen inkluderar också syre, som bildar andra molekyler.

Entropyexempel

Beräkna omgivningens entropi för följande två reaktioner.
a.) C₂H₈(g) + 5 O₂(g) → 3 CO₂(g) + 4H₂O (g)
^ H = -2045 kJ
b.) H₂O (l) → H₂O (g)
ΔH = +44 kJ
Lösning
Förändringen i omgivningens entropi efter en kemisk reaktion vid konstant tryck och temperatur kan uttryckas med formeln
AS_SURR = -H / T
var
AS_SURR är förändringen i omgivningens entropi
-ΔH är reaktionsvärme
T = absolut temperatur i Kelvin
Reaktion a
AS_SURR = -H / T
AS_SURR = - (- 2045 kJ) / (25 + 273)
** Kom ihåg att konvertera ° C till K **
AS_SURR = 2045 kJ / 298 K
AS_SURR = 6,86 kJ / K eller 6860 J / K
Observera ökningen i den omgivande entropin eftersom reaktionen var exoterm. En exoterm reaktion indikeras av ett positivt ΔS-värde. Detta innebär att värme släpptes till omgivningen eller att miljön fick energi. Denna reaktion är ett exempel på en förbränningsreaktion. Om du känner igen denna reaktionstyp bör du alltid förvänta dig en exoterm reaktion och positiv förändring i entropin.
Reaktion b
AS_SURR = -H / T
AS_SURR = - (+ 44 kJ) / 298 K
AS_SURR = -0,15 kJ / K eller -150 J / K
Denna reaktion behövde energi från omgivningen för att fortsätta och minskade omgivningens entropi. Ett negativt ΔS-värde indikerar att en endoterm reaktion inträffade, som absorberade värme från omgivningen.
Svar:
Förändringen i entropi av omgivningen i reaktion 1 och 2 var 6860 J / K respektive -150 J / K.