17.5: Standard-Entropieänderung für eine Reaktion

Entropie ist eine Zustandsfunktion, daher kann die Standardentropieänderung für eine chemische Reaktion (ΔS°_rxn) aus der Differenz der Standardentropie zwischen den Produkten und den Reaktanten berechnet werden.

wobei n_p und n_r die stöchiometrischen Koeffizienten in der ausgeglichenen Gleichung der Produkte bzw. Reaktanten darstellen.

Zum Beispiel ΔS°_rxn für die folgende Reaktion bei Raumtemperatur

wird wie folgt berechnet:

Eine teilweise Auflistung der Standardentropien finden Sie in der Tabelle.

Bestimmung von ΔS°

Betrachten Sie die Kondensation von Wasser, bei der 1 Mol gasförmiges H₂O in 1 Mol flüssiges H₂O umgewandelt wird.

Die Standard-Entropieänderungen für die Reaktion, ΔS°_rxn, werden unter Verwendung der Standard-Molentropien und stöchiometrischen Koeffizienten berechnet.

Der Wert für ΔS°_rxn ist negativ, wie für diesen Phasenübergang (Kondensation) zu erwarten ist.
Betrachten Sie als zweites Beispiel die Verbrennung von Methanol, CH₃OH:

Zur Berechnung der Standard-Entropieänderung der Reaktion wird nach dem gleichen Verfahren vorgegangen:

Dieser Text wurde angepasst von Openstax, Chemistry 2e, Chapter 16.2: The Second and Third Law of Thermodynamics.

Enthalpieänderungen, die mit einer chemischen Reaktion verbunden sind, können mit einem Kalorimeter gemessen werden, aber die Entropieänderung, die mit einer Reaktion verbunden ist, kann nicht direkt gemessen werden.

Entropie ist eine Zustandsfunktion, was bedeutet, dass die Änderung der Entropie ausschließlich vom Anfangs- und Endzustand eines Systems abhängt. Wie Enthalpieänderungen können auch Entropieänderungen aus berechneten Referenztabellen von Standardmolentropien stammen.

Für eine Reaktion, die unter Standardbedingungen abläuft, wird die damit verbundene Entropieänderung bestimmt durch die Differenz zwischen der Summe der standardmolaren Entropien der Produkte multipliziert mit ihren stöchiometrischen Koeffizienten und der Summe der standardmolaren Entropien der Reaktanten multipliziert mit ihren stöchiometrischen Koeffizienten.

Betrachten Sie die Verbrennung von Ethylen unter Standardbedingungen, bei denen 1 Mol Ethylengas mit 3 Mol Sauerstoffgas reagiert, um 2 Mol Kohlendioxidgas und 2 Mol Wasser zu erzeugen.

Die Standard-Entropieänderung für die Reaktion ist gleich der Summe aus dem 2-fachen der Standard-Entropie von Kohlendioxid-Gas und dem 2-fachen der Standard-Entropie von Wasser, abzüglich der Summe der Standard-Entropie von Ethylengas und der 3-fachen Standard-Entropie von Sauerstoff.

Es ist zu beachten, dass im Gegensatz zu den Standardenthalpien der Elementbildung, die Null sind, die Standard-Molentropien aller Substanzen bei 298 K größer als Null sind.

Die Substitution der Werte für molare Entropien von Reaktanten und Produkten aus der Referenztabelle ergibt [(2 × 213,8) + (2 × 70,0)] − [(219,5 + 3) × (205,3)]. Die Nettoentropie der Produkte beträgt 567,6 J/K, und die Nettoentropie der Reaktanten beträgt 835,4 J/K.

Die Differenz zwischen den Produkten und den Reaktanten beträgt minus 268 J/K für die Standard-Entropieänderung der Verbrennung von Ethylen. Der negative Wert zeigt an, dass die Entropie abnimmt.

Auch ohne Berechnung der genauen Entropieänderung kann die Abnahme der Entropie durch die Untersuchung der Reaktion vorhergesagt werden. Erinnern Sie sich daran, dass Gase ungeordneter sind als Flüssigkeiten.

Es gibt mehr Mol Gas in den Reaktanten, 4 Mol Gas (mit 1 Mol Ethylen und 3 Mol Sauerstoff) im Vergleich zu den Produkten (nur 2 Mol Kohlendioxidgas), während das andere Produkt eine Flüssigkeit ist.

Bei dieser Reaktion sind die Reaktanten also ungeordneter als die Produkte. Daher nimmt die Entropie mit fortschreitender Reaktion ab.