In eenvoudige terme meet entropie die hoeveelheid wanorde in 'n sisteem.
Entropie neig altyd om toe te neem: 'n Huis neig om te verval en moet in stand gehou word. Dinge by 'n hoë energietoestand neig om na 'n laer energietoestand te beweeg: Die son brand uit Erosie maak berge platter (verlies van potensiële energie) Gepompte bande neig om af te blaas Kookwater koel af Ys smelt
Clausius Die konsep het sy oorsprong in teorie van die termodinamika. Die eerste wet van die termodinamika sê dat wanneer 'n sisteem warmte (q) en arbeid (w) uitwissel met sy omgewing (die res van die heelal) dat die som van warmte en arbeid, die interne energie U van die heelal nie verander nie.
(Eerste hoofwet)
Maar daar is 'n belangrike verskil tussen w en q aan die een kant en U aan die ander kant. U is 'n toestandsfunksie wat nie van die pad van die proses afhang, maar net van die begin- en eindpunt. Dit is nie waar vir q en w nie. Warmte en arbeid is padafhanklik.
Wanneer mens egter 'n pad definieer wat omkeerbaar ("reversible") is, kan 'n nuwe funksie gedefinieer word wat die entropie S genoem word en wat weer 'n toestandsfunksie is:
Vir 'n infinitesimale verandering:
Vir 'n eindige verandering kan ons bepaal deur integrasie, byvoorbeeld vir 'n temperatuurverandering:
Bemerk gerus dat vir veranderings van toestandsfunksies soos U, S en T gewoonlik en gebruik word, maar vir pasfunksies gewoonlik
Omkeerbaarheid 'n Omkeerbare pad is 'n pad wat deur 'n reeks van toestande van rus gevoer word. Wat dit in praktyk eintlik beteken is dat die veranderings stadig genoeg deurgevoer word dat die sisteem in staat is hom vlekkeloos daarby aan te pas. Die reaksie van die sisteem is dus vinniger as die tydskaal van die aksie.
Dit moet benadruk word dat dit die tydskaal van die sisteem is wat dit bepaal en nie die menslike ervaring van 'vinnigheid' nie. As mens met die hand 'n silinder met gas indruk, kan dit vir die mens vinnig lyk, maar die gasmolekule beweeg baie vinniger as die mens se hand en die verandering is tog omkeerbaar.
Bepaling van absolute entropie
Volgens die Derde wet van termodinamika is die entropie van 'n perfekte kristal by die absolute temperatuurnulpunt van 0 Kelvin gelyk aan nul:
Die absolute entropie van 'n stof by 'n bepaalde temperatuur kan daarom vanaf die absolute nulpunt bereken word. Omdat
volg dat
waar die molêre hittekapasiteit by konstante druk is.
Stowwe sonder faseverandering
Indien 'n stof tussen 0 K en die gewenste temperatuur geen faseverandering ondergaan nie, word die absolute entropie by die temperatuur verkry uit
Die temperatuurafhanklikheid van word eksperimenteel bepaal. Die integraal kan dan numeries of met 'n geskikte wiskundige uitdrukking geëvalueer word.
Stowwe met faseveranderinge
Indien die stof tussen 0 K en die gewenste temperatuur een of meer faseveranderinge ondergaan, moet die entropieverandering wat met elke faseverandering gepaardgaan, ook in berekening gebring word.
Vir 'n faseverandering by die oorgangstemperatuur is
waar die entalpie van die faseverandering is.
Die absolute entropie by die gewenste temperatuur word dus verkry deur die entropieveranderings tydens verhitting binne elke fase, asook die entropieveranderings tydens faseveranderinge, bymekaar te tel.
Byvoorbeeld, indien 'n stof vanaf die vaste fase deur 'n smeltpunt na die vloeistoffase verhit word, is
Indien die stof ook verdamp voordat die gewenste temperatuur bereik word, word die ooreenstemmende verdampingsentalpie en verdere integraal op soortgelyke wyse bygevoeg.
Voorbeeld: metaan
Metaan () is by 25 °C in die gasfase. Om sy absolute standaardentropie by 25 °C te bepaal, word die stof se hittekapasiteit vanaf die absolute nulpunt geïntegreer en die entropieveranderings van enige faseveranderinge tussen 0 K en 298.15 K ingesluit.
Die resultaat is die absolute molêre standaardentropie
Hierdie waarde is 'n absolute entropie en nie 'n entropie van vorming nie. Anders as die standaardvormingsentalpie, wat per konvensie vir 'n element in sy standaardtoestand gelyk aan nul gestel word, is die absolute standaardentropie van so 'n stof by 25 °C nie nul nie.
Kyk ook Tweede wet van termodinamika Warmtekapasiteit Entalpie
Kategorie:Termodinamika