Berekening van de verandering in entropie door reactiewarmte

De term "entropie" verwijst naar wanorde of chaos in een systeem. Hoe groter de entropie, hoe groter de stoornis. Entropie bestaat in de natuurkunde en chemie, maar kan ook worden gezegd in menselijke organisaties of situaties. In het algemeen neigen systemen naar grotere entropie; volgens de tweede wet van de thermodynamicakan de entropie van een geïsoleerd systeem nooit spontaan afnemen. Dit voorbeeldprobleem laat zien hoe de verandering in entropie van de omgeving van een systeem kan worden berekend na een chemische reactie bij constante temperatuur en druk.

Merk allereerst op dat u nooit entropie, S berekent, maar eerder verandering in entropie, ΔS. Dit is een maat voor de stoornis of willekeur in een systeem. Wanneer ΔS positief is, betekent dit dat de omgeving entropie vergroot. De reactie was exotherm of exergonisch (ervan uitgaande dat energie naast warmte ook in andere vormen kan vrijkomen). Wanneer warmte vrijkomt, verhoogt de energie de beweging van atomen en moleculen, wat leidt tot een verhoogde wanorde.

Als ΔS negatief is, betekent dit dat de entropie van de omgeving is verminderd of dat de omgeving orde heeft gekregen. Een negatieve verandering in entropie trekt warmte (endotherm) of energie (endergoon) uit de omgeving, wat de willekeur of chaos vermindert.

Een belangrijk punt om in gedachten te houden is dat de waarden voor ΔS voor zijn de omgeving! Het is een kwestie van standpunt. Als u vloeibaar water in waterdamp verandert, neemt de entropie voor het water toe, ook al neemt deze voor de omgeving af. Het is zelfs nog verwarrender als je een verbrandingsreactie overweegt. Aan de ene kant lijkt het breken van een brandstof in zijn componenten de wanorde te vergroten, maar de reactie omvat ook zuurstof, dat andere moleculen vormt.

Bereken de entropie van de omgeving voor het volgende twee reacties.
a.) C₂H₈(g) + 50₂(g) → 3 CO₂(g) + 4H₂O (g)
ΔH = -2045 kJ
b.) H₂O (l) → H₂O (g)
ΔH = +44 kJ
Oplossing
De verandering in entropie van de omgeving na een chemische reactie bij constante druk en temperatuur kan worden uitgedrukt door de formule
ΔS_surr = -ΔH / T
waar
ΔS_surr is de verandering in entropie van de omgeving
-ΔH is reactiewarmte
T = Absolute temperatuur in Kelvin
Reactie a
ΔS_surr = -ΔH / T
ΔS_surr = - (- 2045 kJ) / (25 + 273)
** Denk eraan om ° C om te zetten naar K **
ΔS_surr = 2045 kJ / 298 K
ΔS_surr = 6,86 kJ / K of 6860 J / K
Let op de toename van de omringende entropie omdat de reactie exotherm was. Een exotherme reactie wordt aangegeven door een positieve AS-waarde. Dit betekent dat warmte aan de omgeving is afgegeven of dat de omgeving energie heeft gewonnen. Deze reactie is een voorbeeld van een verbrandingsreactie. Als u dit reactietype herkent, mag u altijd een exotherme reactie en een positieve verandering in de entropie verwachten.
Reactie b
ΔS_surr = -ΔH / T
ΔS_surr = - (+ 44 kJ) / 298 K
ΔS_surr = -0,15 kJ / K of -150 J / K
Deze reactie had energie uit de omgeving nodig om door te gaan en verminderde de entropie van de omgeving. Een negatieve AS-waarde geeft aan dat er een endotherme reactie is opgetreden die warmte uit de omgeving heeft opgenomen.
Antwoord:
De verandering in entropie van de omgeving van reactie 1 en 2 was respectievelijk 6860 J / K en -150 J / K.