A2.3 Entropi
En dråbe frugtfarve breder sig i et glas vand, indtil hele glasset er farvet. Den samler sig aldrig til en dråbe igen. Is smelter på bordet, selv om det koster energi. Der må altså være noget andet end energi, som bestemmer, hvilken vej tingene går. Det andet er entropi.
Hvad er entropi?
Entropi er et mål for, hvor spredt stof og energi er. Den har symbolet S og måles i J/(mol · K).
Jo flere måder partiklerne kan være fordelt på, jo større er entropien. Sidder partiklerne på faste pladser, er der få muligheder. Kan de bevæge sig frit i et stort rum, er der mange. Entropien kaldes derfor også et mål for uorden.
Tre tommelfingerregler rækker langt:
- En gas har meget større entropi end en væske, og en væske har større entropi end et fast stof.
- Et opløst stof har større entropi end det samme stof som fast stof, fordi partiklerne er spredt ud i opløsningen.
- Store molekyler med mange atomer har større entropi end små.
Standardentropien for et stof
Tabellen Termodynamiske data har en standardentropi, S⊖, for hvert stof ved 25 °C.
| Stof | S⊖ i J/(mol · K) |
|---|---|
| C(s) | 5,7 |
| CaCO3(s) | 91,7 |
| H2O(l) | 70,0 |
| H2O(g) | 188,8 |
| H2(g) | 130,7 |
| CO2(g) | 213,8 |
Der er to forskelle fra standardentalpierne:
- Grundstoffer har ikke S⊖ = 0. Alle stoffer har en entropi, og den er altid positiv for et rent stof.
- Enheden er J/(mol · K) og ikke kJ/mol. Standardentalpier står i kilojoule, og standardentropier står i joule.
Fortegnet kan forudsiges
Tilvæksten i entropi for en reaktion, ΔS⊖, er positiv, hvis produkterne er mere spredt end reaktanterne. Gasserne betyder langt mest, så fortegnet kan som regel forudsiges ved at tælle gasmolekyler på hver side af reaktionspilen.
| Reaktionen danner | ΔS⊖ er |
|---|---|
| flere gasmolekyler, end den bruger | positiv |
| færre gasmolekyler, end den bruger | negativ |
| lige så mange gasmolekyler, som den bruger | tæt på nul |
Er der ingen gasser med, ser man på, om faste stoffer bliver til væsker eller opløste stoffer. Så stiger entropien også.
ΔS⊖ for en reaktion
Tilvæksten i entropi beregnes på samme måde som tilvæksten i entalpi:
\[ \Delta S^{\ominus} = \sum S^{\ominus}(\text{produkter}) - \sum S^{\ominus}(\text{reaktanter}) \]
Entropien i omgivelserne
Entropien i systemet er kun den halve historie. En exoterm reaktion sender varme ud i omgivelserne, og så stiger entropien dér, fordi energien bliver spredt. En endoterm reaktion trækker varme ind og får entropien i omgivelserne til at falde.
En reaktion kan kun forløbe af sig selv, hvis den samlede entropi i systemet og omgivelserne stiger. Det er termodynamikkens anden hovedsætning. Derfor kan en reaktion godt forløbe, selv om entropien i systemet falder. Den skal bare afgive så meget varme, at entropien i omgivelserne stiger endnu mere.
Det er upraktisk at skulle holde regnskab med omgivelserne. I afsnit A2.4 samles de to bidrag i én størrelse, som kun handler om systemet.
- Vis, hvilke tabelværdier der hører til hvilke stoffer og tilstandsformer.
- Kommentér fortegnet ud fra det konkrete reaktionsskema: tæl gasmolekylerne på hver side, og nævn tilstandsformerne. En sætning som “der bliver mere uorden” er ikke nok.
- Husk enheden J/(mol · K).