Entropia i entalpia to dwie ważne właściwości układu termodynamicznego. Chociaż różnią się od siebie, są powiązane. Ten post dostarcza porównania między nimi, a także mówi o związku między nimi, z pomocą przykładów.
Relationship between Enthalpy and Entropy of a Closed System
T. ∆S = ∆H
Tutaj, T to temperatura bezwzględna, ∆H to zmiana entalpii, a ∆S to zmiana entropii. Zgodnie z tym równaniem, wzrost entalpii układu powoduje wzrost jego entropii.
Czy chciałbyś dla nas pisać? Cóż, szukamy dobrych pisarzy, którzy chcą szerzyć słowo. Skontaktuj się z nami i porozmawiamy…
Pracujmy razem!
W chemii, termodynamika odnosi się do dziedziny, która zajmuje się ciepłem i energią systemu oraz badaniem zmian energii systemu. Entalpia i entropia są właściwościami termodynamicznymi.
Enthalpy Vs. Entropia
Enthalpy, oznaczana symbolem 'H’, odnosi się do miary całkowitej zawartości ciepła w układzie termodynamicznym pod stałym ciśnieniem. Entalpię oblicza się w kategoriach zmiany, tj. ∆H = ∆E + P∆V (gdzie E jest energią wewnętrzną). Jednostką entalpii w układzie SI jest dżul (J).
Entropia, oznaczana symbolem „S”, odnosi się do miary poziomu nieuporządkowania w układzie termodynamicznym. Mierzy się ją w dżulach na kelwin (J/K). Entropię oblicza się w kategoriach zmiany, tj, ∆S = ∆Q/T (gdzie Q to zawartość ciepła, a T to temperatura).
Przyjrzyjrzyjmy się tym dwóm właściwościom termodynamicznym bardziej szczegółowo.
Co to jest entalpia?
Można ją zdefiniować jako całkowitą energię układu termodynamicznego, która obejmuje energię wewnętrzną. Ponadto, dla układu jednorodnego, jest to suma energii wewnętrznej E układu oraz iloczynu ciśnienia (P) i objętości (V) układu.
H = E + PV, gdzie PV odnosi się do pracy mechanicznej wykonanej na lub przez układ.
Entalpii nie można zmierzyć bezpośrednio. Rozważa się więc zmianę entalpii, którą można zmierzyć. Jest ona dana przez,
∆H = ∆E + P∆V
Chcesz dla nas napisać? Cóż, szukamy dobrych pisarzy, którzy chcą szerzyć słowo. Skontaktuj się z nami i porozmawiamy…
Pracujmy razem!
Tak więc zmiana entalpii jest sumą zmiany energii wewnętrznej i wykonanej pracy.
Entalpia jest funkcją stanu i zależy od zmian pomiędzy stanem początkowym i końcowym tj. reagentami i produktami w przypadku reakcji chemicznej. Dlatego zmiana entalpii jest ważna.
Są dwa rodzaje reakcji chemicznych; mianowicie egzotermiczne i endotermiczne.
Reakcje egzotermiczne to takie, w których następuje wydzielanie ciepła. W tym przypadku energia jest oddawana do otoczenia. Energia potrzebna do zajścia reakcji jest mniejsza niż całkowita energia uwolniona. Ponadto entalpia produktów jest niższa niż entalpia reaktantów. Dlatego zmiana entalpii lub ∆H jest ujemna lub ma wartość ujemną.
Reakcje endotermiczne to takie, w których następuje pochłanianie ciepła. W tym przypadku energia jest pochłaniana z otoczenia w postaci ciepła. Tutaj entalpia produktów jest wyższa niż entalpia reagentów. Zatem zmiana entalpii lub „∆H” jest dodatnia lub ma wartość dodatnią.
W związku z tym entalpię reakcji można obliczyć w następujący sposób:
∆H = ∑ nHproduktów -∑ mHreaktantów, gdzie n i m są współczynnikami produktów i reaktantów.
Tzn. zgodnie z powyższym równaniem entalpia reakcji jest sumą entalpii produktów odjętych od sumy entalpii reagentów.
Co to jest entropia?
Wynaleziona przez Rudolfa Clausiusa, jest własnością termodynamiczną i może być zdefiniowana jako miara liczby specyficznych sposobów, w jakie układ termodynamiczny może być zorganizowany. Może być określana jako miara chaosu lub nieporządku w układzie zamkniętym. Mówi się, że jest to ciepło lub energia termiczna, która nie jest już dostępna do wykonania pracy przez system, a więc charakterystyczna dla losowości cząstek.
Zgodnie z drugim prawem termodynamiki, zawsze następuje wzrost entropii układu izolowanego.
„∆S” lub zmiana entropii była pierwotnie przedstawiana w postaci,
∆S = ∫ dQrev/T, gdzie T jest temperaturą bezwzględną, a dQ jest strumieniem ciepła w układzie.
To równanie dotyczy procesu termodynamicznie odwracalnego. Ponadto, można je również nazwać makroskopową definicją entropii.
Później entropia została opisana przez Ludwiga Boltzmanna w oparciu o statystyczne zachowanie mikroskopowych składników układu. Zgodnie z tym, entropia jest miarą liczby możliwych mikroskopowych konfiguracji atomów i cząsteczek (indywidualnie) zgodnie z makroskopowym stanem układu.
S = KB ln W gdzie,
S jest entropią gazu idealnego, KB jest stałą Boltzmanna, a W jest liczbą mikrostanów odpowiadających danemu makrostanowi.
Ciała stałe mają niską entropię ze względu na ich bardziej regularną strukturę w porównaniu z cieczami. Ciecze mają pośrednią entropię, ponieważ są bardziej uporządkowane niż gaz, ale mniej uporządkowane niż ciała stałe. Gazy są znane, aby mieć najwyższą entropię, ponieważ mają one najbardziej disorder.
Przykład
Zarówno entalpia i entropia mogą być wyjaśnione na przykładzie, takich jak topnienie lodu. Ten proces przemiany fazowej można przedstawić w następujący sposób:
H2O(s) –> H2O(l)
W tym układzie termodynamicznym ciepło jest pochłaniane przez lód, dzięki czemu ∆H jest dodatnie. Teraz, ze względu na zmianę fazową, która jest zaangażowana, tj. ciało stałe zamienia się w ciecz, poziom nieuporządkowania w systemie wzrasta, dzięki czemu ∆S jest dodatni.
Rozważając powyższe równanie relacji ponownie, podkreśla fakt, że dwie właściwości termodynamiczne są bezpośrednio proporcjonalne do siebie. Należy jednak zauważyć, że zmiana entropii w układzie zamkniętym nigdy nie może być ujemna.
.