Rozdíl mezi entropií a entalpií v termodynamice

Entropie a entalpie jsou dvě důležité vlastnosti termodynamického systému. Přestože se od sebe liší, souvisejí spolu. V tomto příspěvku najdete jejich srovnání a také se dozvíte, jaký je mezi nimi vztah, a to na příkladech.

Vztah mezi entalpií a entropií uzavřené soustavy

T. ∆S = ∆H
Tady T je absolutní teplota, ∆H je změna entalpie a ∆S je změna entropie. Podle této rovnice zvýšení entalpie soustavy způsobí zvýšení její entropie.

Termodynamikou se v chemii rozumí obor, který se zabývá teplem a energií systému a studiem energetických změn systému. Entalpie a entropie jsou termodynamické vlastnosti.

Entalpie vs. Entropie

Entalpie, označovaná symbolem „H“, označuje míru celkového obsahu tepla v termodynamickém systému za konstantního tlaku. Entalpie se počítá ve smyslu změny, tj. ∆H = ∆E + P∆V(kde E je vnitřní energie). Jednotkou entalpie v soustavě SI je joule (J).

Entropie, označovaná symbolem „S“, označuje míru míry neuspořádanosti termodynamického systému. Měří se v joulech na kelvin (J/K). Entropie se počítá ve smyslu změny, tj, ∆S = ∆Q/T (kde Q je obsah tepla a T je teplota).

Podívejme se na tyto dvě termodynamické vlastnosti podrobněji.

Co je to entalpie?

Lze ji definovat jako celkovou energii termodynamického systému, která zahrnuje vnitřní energii. Dále je to pro homogenní systém součet vnitřní energie E systému a součinu tlaku (P) a objemu (V) systému.

H = E + PV, kde PV označuje mechanickou práci vykonanou na systému nebo systémem.

Entalpii nelze měřit přímo. Uvažuje se tedy změna entalpie, kterou lze změřit. Je dána vztahem,

∆H = ∆E + P∆V

Změna entalpie je součtem změny vnitřní energie a vykonané práce.

Entalpie je stavová funkce a závisí na změnách mezi počátečním a konečným stavem, tj. reaktanty a produkty v případě chemické reakce. Důležitá je tedy změna entalpie.

Existují dva typy chemických reakcí, a to exotermické a endotermické.

Exotermické reakce jsou takové, při kterých dochází k uvolňování tepla. V tomto případě dochází k odevzdávání energie do okolí. Energie potřebná k tomu, aby reakce proběhla, je menší než celková uvolněná energie. Navíc entalpie produktů je nižší než entalpie reaktantů. Změna entalpie neboli ∆H je tedy záporná nebo má zápornou hodnotu.

Endotermické reakce jsou takové, při nichž dochází k absorpci tepla. V tomto případě je energie absorbována z okolí ve formě tepla. Zde je entalpie produktů vyšší než entalpie reaktantů. Změna entalpie neboli „∆H“ je tedy kladná nebo má kladnou hodnotu.

Tak lze entalpii reakce vypočítat takto:

∆H = ∑ nHprodukty -∑ mHreaktanty, kde n a m jsou koeficienty produktů a reaktantů.

To znamená, že podle výše uvedené rovnice je entalpie reakce součtem entalpií produktů odečtených od součtu entalpií reaktantů.

Co je to entropie?

Vynalezl ji Rudolf Clausius, je to termodynamická vlastnost a lze ji definovat jako míru počtu specifických způsobů, kterými může být termodynamický systém uspořádán. Lze ji označit za míru chaosu nebo neuspořádanosti v uzavřeném systému. Říká se, že je to teplo nebo tepelná energie, která již není k dispozici k vykonání práce systémem, tedy charakteristická náhodnost částic.

Podle druhého termodynamického zákona dochází vždy k nárůstu entropie izolovaného systému.

‚∆S‘ neboli změna entropie byla původně vyjádřena vztahem,

∆S = ∫ dQrev/T, kde T je absolutní teplota a dQ je přestup tepla do systému.

Tato rovnice platí pro termodynamicky vratný proces. Dále ji lze také nazvat makroskopickou definicí entropie.

Později entropii popsal Ludwig Boltzmann na základě statistického chování mikroskopických složek systému. Podle něj je entropie mírou počtu možných mikroskopických konfigurací atomů a molekul (jednotlivě) v souladu s makroskopickým stavem systému.

S = KB ln W kde,
S je entropie ideálního plynu, KB je Boltzmannova konstanta a W je počet mikrostavů odpovídajících danému makrostavu.

Tekutiny mají nízkou entropii díky své pravidelnější struktuře ve srovnání s kapalinami. Kapaliny mají střední entropii, protože jsou uspořádanější než plyn, ale méně uspořádané než pevné látky. Je známo, že plyny mají nejvyšší entropii, protože mají největší neuspořádanost.

Příklad

Jak entalpii, tak entropii lze vysvětlit na příkladu, jako je tání ledu. Tento proces fázové změny lze zadat takto:

H2O(s) –> H2O(l)

V této termodynamické soustavě je teplo absorbováno ledem, a proto je ∆H kladné. Nyní se v důsledku probíhající fázové změny, tj. přeměny pevné látky na kapalinu, zvyšuje úroveň neuspořádanosti v systému, čímž se ∆S stává kladným.

Přihlédneme-li k výše uvedené rovnici vztahu, opět zdůrazňuje skutečnost, že obě termodynamické vlastnosti jsou navzájem přímo úměrné. Je však třeba poznamenat, že změna entropie uzavřeného systému nemůže být nikdy záporná.

.