3.2: Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik

Auf der Suche nach einer Eigenschaft, die die Spontaneität eines Prozesses zuverlässig vorhersagen kann, wurde ein vielversprechender Kandidat identifiziert: die Entropie. Wissenschaftler bezeichnen das Maß der Zufälligkeit oder Unordnung innerhalb eines Systems als Entropie. Hohe Entropie bedeutet hohe Unordnung und niedrige Energie. Um die Entropie besser zu verstehen, denken Sie an das Schlafzimmer eines Schülers. Wenn keine Energie oder Arbeit hineingesteckt würde, würde der Raum schnell unordentlich werden. Es würde in einem sehr ungeordneten Zustand existieren, einem von hoher Entropie. Es muss Energie in das System gesteckt werden, in Form von Schülern, die arbeiten und alles wegräumen, um den Raum wieder in einen Zustand der Sauberkeit und Ordnung zu versetzen. Dieser Zustand ist von geringer Entropie.

Prozesse, die eine Zunahme der Entropie des Systems (ΔS > 0) mit sich bringen, sind sehr oft spontan, aber es gibt zahlreiche gegenteilige Beispiele. Indem wir die Berücksichtigung von Entropieänderungen auf die Umgebung ausweiten, können wir zu einer signifikanten Schlussfolgerung über die Beziehung zwischen dieser Eigenschaft und der Spontaneität gelangen. In thermodynamischen Modellen umfassen das System und die Umgebung alles, d.h. das Universum, und daher gilt Folgendes:

ΔS_univ = ΔS_sys + ΔS_surr

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass alle spontanen Änderungen eine Zunahme der Entropie des Universums verursachen. Eine Zusammenfassung des Zusammenhangs zwischen der Entropie und der Spontaneität des Prozesses ist in der Tabelle 1 gegeben.

Tabelle 1: Beziehung zwischen der Entropie und der Spontaneität des Prozesses.

Dieser Text ist eine Adaption von Openstax, Biology 2e, Abschnitt 6.3: Die Gesetze der Thermodynamik und Openstax, Chemie 2e, 16.3 Der zweite und dritte Hauptsatz der Thermodynamik.