Back to chapter

17.5:

שינוי אנתרופיה סטנדרטי עבור תגובה

JoVE Core
Química
É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo.  Faça login ou comece sua avaliação gratuita.
JoVE Core Química
Standard Entropy Change for a Reaction

Idiomas

COMPARTILHAR

ניתן למדוד שינויים באנתלפיה הקשורים בתגובות כימיות באמצעות קלורימטר, אבל לא ניתן למדידה ישירה השינוי באנטרופיה הקשור בתגובה. אנטרופיה היא פונקציה של מצב, כלומר, השינוי באנטרופיה תלוי באופן מוחלט במצבים ההתחלתיים והסופיים של המערכת. בדומה לשינויים באנתלפיה, ניתן לחשב שינויים באנטרופיה באמצעות טבלאות נתונים של אנטרופיות מולריות סטנדרטיות.בתגובה כימית המתרחשת בתנאים סטנדריים, השינוי באנטרופיה ייקבע באמצעות ההפרש בין סכום האנטרופיות המולריות הסטנדרטיות של התוצרים כפול המקדמים הסטויכומטריים שלהם וסכום האנטרופיה המולרית הסטנדרטית של המגיבים כפול המקדמים הסטויכומטריים שלהם. לדוגמה, הבערה של אתילן בתנאים תקניים, בהם מולר אחד של גז אתילן מגיב עם שלושה מולים של גז חמצן ליצירית שני מולים של גז פחמן דו חמצני ושני מולים של מים. שינוי האנטרופיה הסטנדרטית בתגובה שווה לסכום של פעמיים האנטרופיה של גז הפחמן הדו חמצני ופעמיים האנטרופיה של מים, פחות סך האנטרופיות הסטנדרטיות של גז אתילן ו3 פעמים האנטרופיה הסטנדרטית של חמצן.שימו לב שבשונה מאנטלפיות בהיווצרותם של יסודות, שסכומן הוא אפס, האנטרופיות המולריות של כל החומרים גדולות מאפס ב-298 קלווין. בהצבת הערכים המולריים של אנטרופיות המגיבים והתוצרים מתוך טבלאות הנתונים מתקבל שתיים כפול 213.8 ועוד שתיים כפול 70.0 פחות 219.5 ועוד שלוש כפול 205.3. אנטרופיית הנטו של התוצרים שווה ל-567.6 ג’ול לקלווין ואנטרופיית הנטו של המגיבים שווה ל-835.4 ג’ול לקלווין.ההפרש בין התוצרים והמגיבים שווה למינוס 268 ג’ול לקלווין בשינוי האנטרופיה הסטנדרטית הנוצר בבערה של אתילן. הערך השלילי מעיד שיש ירידה באנטרופיה. אפילו מבלי שנחשב את שינוי האנטרופיה המדויק, ניתן לצפות את הירידה באנטרופיה אם נתבונן על התגובה.זכרו שגזים מאופיינים ביותר אי סדר מאשר נוזלים. יש יותר מולים של גז במגיבים ארבעה מולים של גז, המורכבים ממול אחד של אתילן ומשלושה מולים של חמצן, בהשוואה לתוצרים רק שני מולים של פחמן דו חמצני, ואילו שאר התוצר הוא נוזל. נראה שבתגובה זו, המגיבים מסודרים פחות מהתוצרים.מכאן שהאנטרופיה קטנה ככל שהתגובה מתקדמת.

17.5:

שינוי אנתרופיה סטנדרטי עבור תגובה

Entropy is a state function, so the standard entropy change for a chemical reaction (ΔS°rxn) can be calculated from the difference in standard entropy between the products and the reactants.

Eq1

where np and nr represent the stoichiometric coefficients in the balanced equation of the products and reactants, respectively.

For example, ΔS°rxn for the following reaction at room temperature

Eq2

is computed as follows:

Eq3

A partial listing of standard entropies is provided in the table.

Substance   S° (J/mol·K)  
C (s, graphite) 5.740
  C (s, diamond)   2.38
CO (g) 197.7
CO2 (g) 213.8
CH4 (g) 186.3
C2H4 (g) 219.5
C2H6 (g) 229.5
CH3OH (l) 126.8
 C2H5OH (l 160.7
H2 (g) 130.57
H (g) 114.6
H2O (g) 188.71
H2O (l) 69.91
HCI (g) 186.8
H2S (g) 205.7
O2 (g) 205.03

Determination of ΔS°

Consider the condensation of water, in which 1 mole of gaseous H2O changes into 1 mole of liquid H2O.

Eq4

The standard entropy changes for the reaction, ΔS°rxn is calculated using the standard molar entropies and stoichiometric coefficients.

Eq5

The value for ΔS°rxn is negative, as expected for this phase transition (condensation).
As a second example, consider the combustion of methanol, CH3OH:

Eq6

The same procedure is followed to calculate the standard entropy change of the reaction:

Eq7

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Chapter 16.2: The Second and Third Law of Thermodynamics.