Entropia e Entalpia são duas propriedades importantes de um sistema termodinâmico. Embora sejam diferentes uma da outra, estão relacionadas. Este post fornece uma comparação entre as duas e também diz a relação entre elas, com a ajuda de exemplos.
Relação entre Enthalpy e Entropia de um Sistema Fechado
T. ∆S = ∆H
Aqui, T é a temperatura absoluta, ∆H é a mudança na entalpia, e ∆S é a mudança na entropia. De acordo com esta equação, um aumento na entalpia de um sistema causa um aumento na sua entropia.
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Em química, termodinâmica refere-se ao campo que lida com o calor e a energia de um sistema e o estudo da mudança de energia de um sistema. Enthalpia e entropia são propriedades termodinâmicas.
Enthalpia Vs. Entropia
Enthalpia, denotada pelo símbolo ‘H’, refere-se à medida do conteúdo total de calor em um sistema termodinâmico sob pressão constante. A entalpia é calculada em termos de mudança, ou seja, ∆H = ∆E + P∆V(onde E é a energia interna). A unidade SI da entalpia é joules (J).
Entropia, denotada pelo símbolo ‘S’, refere-se à medida do nível de desordem em um sistema termodinâmico. Ela é medida como joules por kelvin (J/K). A entropia é calculada em termos de mudança, ou seja ∆S = ∆Q/T (onde Q é o conteúdo térmico e T é a temperatura).
Deixe-nos ver estas duas propriedades termodinâmicas em maior detalhe.
O que é Enthalpy?
Pode ser definido como a energia total de um sistema termodinâmico que inclui a energia interna. Além disso, para um sistema homogêneo, é a soma da energia interna E de um sistema e o produto da pressão (P) e volume (V) do sistema.
H = E + PV, onde PV refere-se ao trabalho mecânico feito no ou pelo sistema.
Enthalpia não pode ser medida diretamente. Assim, uma mudança na entalpia que pode ser medida é considerada. É dada por,
∆H = ∆E + P∆V
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Assim, a mudança na entalpia é a soma da mudança na energia interna e do trabalho feito.
Entalpia é uma função de estado e depende das mudanças entre o estado inicial e o estado final, ou seja, reagentes e produtos no caso de uma reacção química. Assim, a mudança de entalpia é importante.
Existem dois tipos de reacções químicas; nomeadamente, exotérmica e endotérmica.
Reacções exotérmicas são aquelas em que há uma libertação de calor. Neste caso, a energia é dada para o ambiente. A energia necessária para que a reacção ocorra é menor do que a energia total libertada. Além disso, a entalpia dos produtos é menor do que a entalpia dos reagentes. Assim, a mudança de entalpia ou ∆H é negativa ou tem um valor negativo.
Reacções endotérmicas são aquelas em que há uma absorção de calor. Neste caso, a energia é absorvida do seu ambiente sob a forma de calor. Aqui, a entalpia dos produtos é maior que a entalpia dos reagentes. Assim, a mudança de entalpia ou ‘∆H’ é positiva ou tem um valor positivo.
Assim, a entalpia de uma reação pode ser calculada da seguinte forma:
∆H = ∑ nHreactantes -∑ mHreactantes, onde n e m são os coeficientes dos produtos e reagentes.
É, de acordo com a equação acima, entalpia de uma reação é a soma das entalpias dos produtos subtraída da soma das entalpias dos reagentes.
O que é Entropia?
Inventada por Rudolf Clausius, é uma propriedade termodinâmica e pode ser definida como uma medida do número de formas específicas em que um sistema termodinâmico pode ser arranjado. Pode ser referida como uma medida de caos ou desordem em um sistema fechado. Diz-se que é o calor ou a energia térmica que não está mais disponível para trabalhar pelo sistema, portanto, característica da aleatoriedade das partículas.
De acordo com a segunda lei da termodinâmica, há sempre um aumento na entropia de um sistema isolado.
‘∆S’ ou a mudança na entropia foi originalmente representada por,
∆S = ∫ dQrev/T, onde T é a temperatura absoluta e dQ é a transferência de calor para o sistema.
Esta equação é para um processo termodinamicamente reversível. Além disso, ela também pode ser chamada de definição macroscópica de entropia.
Later, a entropia foi descrita por Ludwig Boltzmann com base no comportamento estatístico dos componentes microscópicos do sistema. De acordo com isto, a entropia é uma medida do número de possíveis configurações microscópicas dos átomos e moléculas (individualmente) de acordo com o estado macroscópico do sistema.
S = KB ln W onde,
S é a entropia de um gás ideal, KB é a constante de Boltzmann, e W é o número de microstatos correspondentes a um dado estado macroscópico.
Sólidos têm baixa entropia devido à sua estrutura mais regular em relação aos líquidos. Os líquidos têm uma entropia intermediária, pois são mais ordenados que os gases, mas menos ordenados que os sólidos. Os gases são conhecidos por terem a maior entropia, já que têm a maior desordem.
Exemplo
A entalpia e a entropia podem ser explicadas com um exemplo como o derretimento do gelo. Este processo de mudança de fase pode ser dado da seguinte forma:
H2O(s) –> H2O(l)
Neste sistema termodinâmico, o calor é absorvido pelo gelo, tornando assim ∆H positivo. Agora, devido à mudança de fase que está envolvida, ou seja, a transformação de sólidos em líquidos, o nível de desordem no sistema aumenta, tornando assim ∆S positivo.
Considerando novamente a equação de relação acima mencionada, ela sublinha o fato de que as duas propriedades termodinâmicas são diretamente proporcionais uma à outra. Entretanto, deve-se notar que a mudança de entropia de um sistema fechado nunca pode ser negativa.